JP2791858B2 - The semiconductor device manufacturing method - Google Patents

The semiconductor device manufacturing method

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JP2791858B2
JP2791858B2 JP16464394A JP16464394A JP2791858B2 JP 2791858 B2 JP2791858 B2 JP 2791858B2 JP 16464394 A JP16464394 A JP 16464394A JP 16464394 A JP16464394 A JP 16464394A JP 2791858 B2 JP2791858 B2 JP 2791858B2
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久 大谷
昭治 宮永
宏勇 張
順一 竹山
保彦 竹村
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株式会社半導体エネルギー研究所
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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜半導体を用いた半導体装置の構成およびその作製方法に関する。 The present invention relates to a structure and a method for manufacturing a semiconductor device using a thin film semiconductor. 例えば、 For example,
ガラス等の絶縁基板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)の構成および体装置及びその作製方法に関する。 Configuration and body apparatus of the TFT provided on an insulating substrate such as glass (thin film transistors) and a manufacturing method thereof.

【0002】 [0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ(以下TFT等)が知られている。 BACKGROUND ART thin film transistor using a thin film semiconductor (hereinafter TFT, etc.) are known. このTFTは、基板上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成されるものである。 The TFT is a thin film semiconductor formed on a substrate and is formed by using the thin-film semiconductor. このTFTは、各種集積回路に利用されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリックス型の液晶表示装置の各画素に設けられたスイッチング素子、さらには画素を駆動する周辺回路部分に形成されるドライバー素子として注目されている。 The TFT, the driver has been utilized in various kinds of integrated circuits, which are formed in particular electro-optical device, especially a switching element provided in each pixel of an active matrix type liquid crystal display device, the peripheral circuit portion further driving the pixel It has been attracting attention as an element.

【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。 [0003] TFT used in these devices, to use a thin film of silicon semiconductor is common. 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。 The thin film silicon semiconductor are roughly classified into two but composed of silicon semiconductor having as the crystallinity of amorphous silicon semiconductor (a-Si). 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、 Amorphous silicon semiconductor has low fabrication temperature, since the rich possible mass production can be produced relatively easily by a gas phase method, but the most commonly used, physical properties such as conductivity crystallinity because inferior to silicon semiconductors with,
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。 To obtain higher speed characteristic in the future, the establishment of a method for manufacturing a TFT comprising a silicon semiconductor having crystallinity has been strongly desired. 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。 As the silicon semiconductors with crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing crystalline components, semi-amorphous silicon or the like having an intermediate state of the crystalline and amorphous nature are known .

【0004】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体を得る方法としては、 (1) 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 [0004] As a method of obtaining a thin film of silicon semiconductor having these crystalline, deposited directly a film having a crystallinity at (1) deposition. (2) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光のエネルギーにより結晶性を有せしめる。 (2) Leave forming an amorphous semiconductor film, allowed to have a crystallinity by the energy of the laser beam. (3) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギーを加えることにより結晶性を有せしめる。 (3) Leave forming an amorphous semiconductor film, allowed to have a crystallinity by the application of heat energy. と言った方法が知られている。 He said methods are known as.

【0005】しかしながら、(1)の方法は良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成膜することが技術上困難であり、また成膜温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使用できないというコストの問題がある。 However, (1) method is that a technology on difficult to uniformly deposited over the entire surface of the film having good semiconductor properties on a substrate, and since the film formation temperature is as high as 600 ° C. or higher , inexpensive glass substrate and there is a cost problem that can not be used. また、(2)の方法は、現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さいため、スループットが低いという問題がまずあり、また大面積基板の全面を均一に処理するにはレーザーの安定性が充分ではなく、 Further, the method of (2) Taking an excimer laser which is currently the most commonly used example, for the irradiation area of ​​the laser light is small, there throughput is a problem that low first, also the entire surface of the large area substrate uniformly to treatment is not sufficiently stable laser,
次世代の技術という感が強い。 Strong feeling that the next generation of technology. (3)の方法は、 The method (3),
(1)、(2)の方法と比較すると大面積に対応できるという利点はあるが、やはり加熱温度として600℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下げる必要がある。 (1), the advantage over a larger when compared to the method of (2), but it is necessary also to temperatures higher than 600 ° C. The heating temperature, considering that the use of inexpensive glass substrates , it is necessary to further lower the heating temperature. 特に現在の液晶表示装置の場合には大画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の物を使用する必要がある。 Particularly in the case of the current liquid crystal display apparatus becomes larger screen, Therefore it is necessary to use a material of the glass substrate similarly large. この様に大型のガラス基板を使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の精度を下げ、大きな問題点となっている。 When using a large-sized glass substrate in this manner, things like shrinkage or distortion in the essential heating step in the semiconductor manufacturing are lowered precision of mask alignment, etc., it has become a serious problem. 特に現在最も一般的に使用されているコーニング7059ガラスの場合には、 In the case of glass Corning 7059 being particularly currently most commonly used,
歪み点が593℃であり、従来の加熱結晶化方法では大きな変形を起こしてしまう。 A strain point of 593 ° C., in the conventional heating crystallization method would cause large deformation. また、温度の問題以外にも現在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要である。 Further, since the heating time required for crystallization in also the current process in addition to the temperature problems extend to several tens of hours or more, it is also necessary to further shorten the time.

【0006】そして更に大きな問題としてこれらの方法によって作製された結晶性を有するシリコン薄膜は、偶発的な核発生とそこからの結晶成長によっているため、 [0006] Then since the silicon thin film having crystallinity produced by these methods as a further major problem, due to accidental nucleation and crystal growth therefrom,
その粒径、配向性等が殆ど制御できないことであった。 The particle size, orientation, and the like was that you can not hardly control.
これらを制御しようとする試みは過去から現在に渡り非常に多く行われており、その例として例えば特公平5─ Attempts to control these have been conducted numerous over the current from the past, for example Kokoku examples thereof 5─
71993に示される様な特許を挙げることができる。 Mention may be made of such patent is shown to 71,993.
しかしこの特許に示される様な方法においても、所詮はある限定された範囲内での偶発的な核を用いたに過ぎず、完全に膜の配向性を制御したわけではなく、また粒径の制御は全く行われていないのが現実である。 But in the methods as shown in this patent, only after all was used accidental nuclei within a certain limited range, completely does not mean to control the orientation of the film, also of particle size control is a reality is not performed at all.

【0007】 [0007]

【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。 [SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a means for solving the above problems. より具体的には非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とする。 More specifically using the method of crystallizing by heating a thin film made of amorphous silicon, in the method for manufacturing a thin film made of a silicon semiconductor having crystallinity, reduction of lowering the temperature and time necessary for crystallization as its object to provide a process to achieve both. 勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製した結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製されたものと同等以上の物性を有し、TFTの活性層領域にも使用可能なものであることは言うまでもないことである。 Of course, a silicon semiconductor having crystallinity prepared by using the process provided by the present invention has equivalent or physical properties to that produced in the prior art, as it can be used in the active layer region of a TFT it is needless to say that there is.

【0008】その際に、従来の偶発的な核発生を利用した方法に代わる新しい結晶性珪素薄膜の作製方法を提供するものである。 [0008] In this case, there is provided a method for manufacturing a new crystalline silicon thin film in place of the method using a conventional accidental nucleation. この方法は、比較的低温において十分な生産性を有する結晶性珪素薄膜の作製方法であると同時に、粒径の制御及び配向性についてもかなり高い制御性を有する方法である。 This method is relatively simultaneously at low temperatures is a manufacturing method of a crystalline silicon thin film having a sufficient productivity, it has a considerably higher controllability also control and orientation of the particle size.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]

〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の技術の項で述べた様な非晶質珪素の結晶化に付随する問題点を解決するため、熱結晶化を促進する方法、粒径及び配向性の制御方法を検討すべく、以下のような実験及び考察を行った。 BACKGROUND OF THE INVENTION The inventors have, for solving the problems associated with crystallization of the amorphous silicon such as described in the section of the prior art, a method of promoting heat crystallization, particle size and in order to consider a method of controlling the orientation, an experiment was conducted and discussion as follows.

【0010】まずは、熱結晶化を促進する方法について述べる。 [0010] First of all, we describe a method of promoting the thermal crystallization. まず実験事実として、ガラス基板上に非晶質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメカニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪素との界面から始まり、ある程度の膜厚以上までは基板表面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。 First, as experimental fact, the amorphous silicon film is formed on a glass substrate, examining the mechanisms of crystallizing by heating the film, crystal growth starts from the interface between the glass substrate and the amorphous silicon, a certain thickness until this was it is observed to proceed in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0011】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜との界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基となる種)が存在しており、その核から結晶が成長していくことに起因すると考察される。 [0011] The above phenomenon is the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, the crystal nuclei as the base for crystal growth (seeds which become the base of crystal growth) are present, the crystal is grown from the nuclei It is considered to be due to go. このような結晶核は、 Such a crystal nucleus,
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス表面の結晶成分(結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考えられる)あるいは応力に起因するものであると考えられる。 (As referred to as crystallized glass, the glass substrate surface is considered the crystalline component of silicon oxide is present) crystalline components of the impurity metal elements and glass surfaces are present in trace amounts on the surface of the substrate or due to stress It believed to be that.

【0012】そこで、より積極的に結晶核を導入することによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その後加熱結晶化を行う実験を試みた。 [0012] Therefore, thought that the possible lowering the crystallization temperature by introducing more aggressively crystal nuclei, in order to confirm the effect, deposited on a substrate other metals in trace amounts, the forming a thin film of amorphous silicon above experiments followed for heating crystallization was attempted. その結果、幾つかの金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こっていることが示唆された。 As a result, in the case of forming a number of metal on the substrate was confirmed a decrease in crystallization temperature, the crystal growth of foreign matter was as crystal nuclei is going was suggested. そこで低温化が可能であった複数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調査した。 Where it was further investigate the mechanism for a plurality of impurity metals was possible low temperature.

【0013】結晶化は、初期の核生成と、その核からの結晶成長の2段階に分けて考えることができる。 [0013] crystallization, early and nuclear generation, can be considered in two stages of crystal growth from the nucleus. ここで、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温度低温化に対する効果が確認された。 Here, the rate of the initial nucleation is point-like to fine crystals at a constant temperature is observed by measuring the time until occurrence, this time one in thin film formed of the impurity metal also be shortened if the effect on the crystallization temperature lowering the crystal nuclei introduced was confirmed. しかも予想外のことであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観測された。 And I is unexpected but was examined by varying the heating time grain growth after nucleation, after forming a certain metal, the amorphous silicon thin film deposited thereon in the crystallization, to the speed of crystal growth after nucleation was observed to increase dramatically. このメカニズムについては後ほど詳しく述べることにする。 This mechanism will be described in detail later is.

【0014】いずれにしろ、上記2つの効果により、ある種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えられなかったような、580℃以下の温度で4 時間程度の時間で十分な結晶性が得られることが判明した。 [0014] In any case, the above two effects, a thin film of amorphous silicon on which was formed some metals in trace amounts, when subsequently heated crystallization was unthinkable conventional such has been found that sufficient crystallinity can be obtained at time of about 4 hours at 580 ° C. or lower. この様な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であり、我々が選択した材料がニッケルである。 Among the impurity metals having such effect, it is remarkable most effective, the material that we have selected is nickel.

【0015】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケルの微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニング70 [0015] Nickel way of example do have a degree of effect, any no processing is performed, i.e. nickel small amount of thin film not deposited on the substrate (Corning 70
59)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪素からなる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶化する場合、その加熱温度として600℃とした場合、加熱時間として10時間以上の時間を必要としたが、ニッケルの微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素からなる薄膜を用いた場合には、4時間程度の加熱において同様な結晶化状態を得るこができた。 By heating a thin film of amorphous silicon formed by plasma CVD method in a nitrogen atmosphere 59), when the crystallization, when the 600 ° C. As a heating temperature, for 10 hours or longer heating time It was required, but in the case of using a thin film of amorphous silicon on the substrate by forming a small amount of thin film nickel, could this to obtain the same crystallization conditions in the heating of about 4 hours. 尚この際の結晶化の判断はラマン分光スペクトルを利用した。 Incidentally determination of crystallization at this time utilizing the Raman spectrum. このことだけからも、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るであろう。 This also only it will be seen that the effect of nickel is very large.

【0016】上記説明から判る様に、ニッケルの微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素からなる薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結晶化に要する時間の短縮が可能である。 [0016] As understood from the above description, from the top by forming a small amount of thin nickel case of forming a thin film made of amorphous silicon, to shorten the time required for lower temperatures and crystallization of the crystallization temperature possible it is. そこで、このプロセスをTFTの製造に用いることを前提に、さらに詳細な説明を加えていくことにする。 Therefore, assuming the use of this process for the manufacture of TFT, it will be gradually adding more detailed description. 尚、後ほど詳述するが、ニッケルの薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に成膜しても同様に低温化の効果を有すること、及びイオン注入等でも同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連の処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。 Incidentally, since it will be described later in detail, a thin film of nickel to have an effect similarly low temperature be formed on the amorphous silicon not only on the substrate, and was similar in the ion implantation or the like, herein future will be called the series of processes as "nickel dopants".

【0017】まずニッケル微量添加の方法について説明する。 [0017] First, a description will be given of a method of nickel trace additives. ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、 Dopants of nickel, a small amount of nickel thin film formed on a substrate, in a method for subsequently forming the amorphous silicon,
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でもあるいはプラズマ処理でも可能で、成膜方法は問わないことが判明している。 Previously deposited amorphous silicon, in a method of forming the upper small amount of nickel thin film from its, both likewise there is the effect of low temperature, even in the film forming method sputtering, any deposition or plasma treatment But possible, it has been found that not any film forming method. プラズマ処理とは、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマCVD装置において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることによって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法である。 The plasma treatment, the plasma CVD apparatus of a parallel plate type or positive column type catalyst element in the amorphous silicon film by generating a plasma in an atmosphere of a material containing a catalytic element as electrode, nitrogen or hydrogen, etc. a method of performing the addition of. ただし、基板上に微量なニッケル薄膜を成膜する場合、7059ガラス基板の上から直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同基板上に酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッケル薄膜を成膜した場合の方が効果がより顕著である。 However, when forming a small amount of nickel thin film on a substrate, 7059 from forming a small amount of nickel thin film directly on a glass substrate, forming a thin film of silicon oxide on the same substrate, trace thereon it is more pronounced the effect is better in the case of forming a a nickel thin film.
この理由として考えられることとして、珪素とニッケルが直接接触していることが今回の低温結晶化には重要であり、7059ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両者の接触あるいは反応を阻害するのではないかということが挙げられる。 As it is considered as this reason, the silicon and the nickel is in direct contact is important in this cold crystallization, the components other than silicon in the case of 7059 glass inhibits contact or reaction of both and the like may be referred to in or not.

【0018】また、微量添加の方法としては、非晶質珪素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確認されている。 Further, as a method of dopants, in addition to forming a thin film in contact with the top or bottom of the amorphous silicon, substantially the same effect even with the addition of nickel it is confirmed by ion implantation. ニッケルの量については、1×10 15 The amount of nickel, 1 × 10 15 a
toms/cm 3以上の量の添加において低温化が確認されているが、1×10 21 atoms/cm 3以上の添加量においては、ラマン分光スペクトルのピークの形状が珪素単体の物とは明らかに異なることから、実際に使用可能であるのは1×10 15 atoms/cm 3 〜5× Although low temperature in the addition of toms / cm 3 or more amount is confirmed, 1 × in 10 21 atoms / cm 3 or more amount, obviously the ones peak shape of Raman spectrum of the silicon single from different, the actually usable is 1 × 10 15 atoms / cm 3 ~5 ×
10 19 atoms/cm 3の範囲であると思われる。 It is likely to range from 10 19 atoms / cm 3. また、半導体物性として、TFTの活性層に使用することを考えると、この量を1×10 15 atoms/cm 3 Further, as the semiconductor properties, considering that used for an active layer of a TFT, this amount 1 × 10 15 atoms / cm 3 ~
1×10 19 atoms/cm 3に抑えることが必要である。 It is necessary to suppress the 1 × 10 19 atoms / cm 3 . しかしながら、上記のような元素が半導体中に多量に存在していることは、これら半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ましいことではない。 However, the elements described above are present in large amounts in the semiconductor, is it not desirable that inhibit the reliability and electrical stability of a device using such semiconductor.

【0019】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長する元素(本明細書では、結晶化を助長する元素を触媒元素という)は、非晶質珪素を結晶化させる際には必要であるが、結晶化した珪素中には極力含まれないようにすることが望ましい。 [0019] That is, (referred to herein as catalyst element an element which promotes crystallization) element for promoting crystallization such as the nickel is a necessary when crystallizing the amorphous silicon it is desirable not included as much as possible in the silicon crystallized. この目的を達成するには、触媒元素として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いものを選ぶと同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少なくし、 To achieve this goal, in the crystalline silicon as the catalyst element at the same time choose the one inactive tendency is strong, to minimize the amount of catalyst element necessary for crystallization,
最低限の量で結晶化を行なう必要がある。 It is necessary to perform the crystallization in a minimum amount. この量については、活性層中のニッケル濃度が1×10 19 atoms cm This amount will, 1 × nickel concentration in the active layer 10 19 atoms cm
-3以下でないとデバイス特性に悪影響が生じることが判明している。 -3 not less when it has been found that adverse effect on the device characteristics. そしてそのためには、上記触媒元素の添加量を精密に制御して導入する必要がある。 And therefore, it is necessary to introduce precisely controlling the amount of the catalytic element.

【0020】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法によって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 Further, when the case where the nickel as a catalyst element, and forming an amorphous silicon film, nickel is added to prepare a crystalline silicon film is performed by a plasma treatment method, it was studied the crystallization process and the like in detail the following items were found. (1)プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケルは非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入している。 (1) When nickel by plasma treatment was introduced onto the amorphous silicon film, already before performing the heat treatment, nickel invading to the portion of the considerable depth of the amorphous silicon film. (2)結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面から発生している。 (2) Initial nucleation of crystals are generated from the surface by introducing nickel. (3)蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結晶化が起こる。 (3) even when the film formed on the amorphous silicon film of nickel by vapor deposition, similarly crystallization occurs in the case of performing the plasma treatment.

【0021】上記事項から、プラズマ処理によって導入されたニッケルが全て効果的に機能していないということが結論される。 [0021] From the above matters, nickel introduced by plasma treatment is that all not effectively function is concluded. 即ち、多量のニッケルが導入されても十分に機能していないニッケルが存在していると考えられる。 That is believed that nickel is not functioning sufficiently be introduced a large amount of nickel is present. このことから、ニッケルと珪素が接している点(面)が低温結晶化の際に機能していると考えられる。 From this, it is considered that that the nickel and silicon are in contact (plane) is functioning during cold crystallization.
そして、可能な限りニッケルは微細に原子状に分散していることが必要であることが結論される。 Then, nickel as possible is concluded that it is necessary that the dispersed finely atomic. 即ち、「必要なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状で分散して導入されればよい」ということが結論される。 That is, the fact that "may be made introduced low concentration of nickel as possible within a range capable of low-temperature crystallization in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film is dispersed in atomic necessary" it is concluded.

【0022】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素膜の表面近傍のみに結晶化を助長する触媒元素を極微量導入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御することが困難であるという問題がある。 The method of introducing the trace amount of nickel only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film, in other words, a catalytic element for promoting crystallization only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film as a method for very small amount introduced is, there may be mentioned an evaporation method, an evaporation method is poor in controllability, there is a problem that it is difficult to strictly control the introduction amount of the catalytic element.

【0023】また、触媒元素の導入量は極力少ないことが必要とされるが、この場合、結晶性が不良となる問題が生じ、適切な量の触媒元素の制御が重要である。 Further, the introduction amount of the catalytic element is required to be as small as possible, in this case, there is a problem that crystallinity is poor, the control of the appropriate amount of the catalyst element is important. これらを解決する手段として、溶液を用いた触媒元素の添加方法を本発明人らが発明したが、これについては本明細書中では詳細は割愛する。 To solve these, the present invention have found a method of adding the catalytic element using a solution invented, which will in this specification details are omitted. この方法を用いることにより、1×10 16 atoms cm -3 〜1×10 19 atoms cm -3 By using this method, 1 × 10 16 atoms cm -3 ~1 × 10 19 atoms cm -3
の範囲内で触媒元素の濃度を制御可能であることが判明している。 It has been found within the scope of which can control the concentration of the catalytic element. また、ニッケル以外にも同様の効果が得られる触媒元素として、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I Further, as a catalyst element to be obtained the same effect in addition to nickel, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, I
n、Sn、Pb、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の元素を用いることが可能であることが発明者らの研究により判明している。 n, Sn, Pb, As, it has been found by studies of the inventors it is possible to use one or more kinds of elements selected from Sb.

【0024】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の結晶成長及び結晶形態の特色について述べ、そこから推測される結晶化機構について説明を加える。 [0024] Next, we describe features of crystal growth and crystalline form when performing a nickel trace additives, added is described crystallization mechanism deduced therefrom.

【0025】上述の通り、ニッケルを添加しない場合には、基板界面等の結晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長も同様にランダムで、作製方法によっては(110)或いは(111)に比較的配向した結晶が得られることが報告されており、当然ながら薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。 [0025] As described above, when not adding the nickel, nuclei are generated randomly from crystal nuclei substrate interface or the like, a random likewise crystal growth from the nuclei, by the manufacturing method (110) or ( 111) has been reported to be relatively oriented crystal can be obtained, substantially uniform crystal growth over the entire thin film is observed naturally.

【0026】まずこの機構を確認すべく、DSC(示差走査熱量計)による解析を行った。 [0026] First, in order to confirm this mechanism, were analyzed by DSC (differential scanning calorimetry). プラズマCVDで基板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試料容器に充填し、一定速度で昇温していった。 An amorphous silicon thin film formed on a substrate by plasma CVD, was filled in the sample container remains attached to the substrate, it began to heating at a constant rate. すると、 Then,
およそ700℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結晶化が観測された。 Clear exothermic peak at approximately 700 ° C. before and after was observed, crystallization was observed. この温度は、昇温速度を変えると当然シフトするが、例えば10℃/minの速度で行った場合には700.9℃から結晶化が開始した。 This temperature is of course shifted when changing the heating rate, for example, when performing a rate of 10 ° C. / min crystallization began from 700.9 ° C.. 次に昇温速度を3種類変えたものを測定し、それらから小沢法によって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求めた。 Then measure what was changed three types of heating rate to determine the activation energy for the crystal growth after the initial nucleation by from their Ozawa method. すると、およそ3.04eVという値が得られた。 Then, a value of about 3.04eV was obtained. また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングから求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによって、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長というモデルの妥当性が確認された。 Furthermore, was determined and the reaction rate equation from fitting with the theoretical curve, disordered nucleation and by the growth model, was found to be best explained, nuclei are generated randomly from crystal nuclei of the substrate surface or the like, the validity of the model of the crystal growth from the nucleus has been confirmed.

【0027】前述と全く同様の測定を、ニッケルを微量添加したものについても行ってみた。 [0027] The above-mentioned exactly the same measurement, the nickel tried to be performed on those obtained by adding a small amount. すると、10℃/ Then, 10 ℃ /
minの速度で昇温を行った場合には619.9℃から結晶化が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成長の活性化エネルギーはおよそ1.87eVであって、結晶成長が容易となっていることが数値的にも明らかとなった。 When the heating was carried out at a min rate of crystallization starting from 619.9 ° C., the activation energy of those obtained from the series of measurements crystal growth is an approximately 1.87EV, it facilitates crystal growth that it is has become clear even to numerically. また、理論曲線とのフィッティングから求めた反応速度式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶成長に一定方向の方向性を有することが示唆された。 Further, the reaction rate equation determined from fitting the theoretical curve is close to the model of the one-dimensional interface rate-limiting, having the direction of the predetermined direction to the crystal growth was suggested.

【0028】上記熱分析によって得られたデータを下記表5に示す。 [0028] shows the data obtained by the thermal analysis in the following Table 5.

【0029】この表5に示す活性化エネルギーは、試料を加熱していく段階で、試料から放出される熱量を計測し、その結果から小沢法と呼ばれる解析手段によって算出したものである。 The activation energy shown in Table 5, at the stage of gradually heating the sample, in which measures the amount of heat emitted from the sample was calculated from the result by the analyzing means, called Ozawa method.

【0030】 [0030]

【表5】 [Table 5]

【0031】上記表5における活性化エネルギーは、結晶化のし易さを示すパラメータであり、その値が大きい程結晶化はしにくく、またその値が小さい程結晶化がし易いことを示す。 The activation energy in the Table 5 is a parameter indicating the crystallization ease, hardly crystallization The larger the value, also indicating that the easy crystallization as its value is smaller. 表5を見ると、ニッケル添加の試料は、結晶化が進むにつれて活性化エネルギーが低下することが見てとれる。 Looking at Table 5, the samples of the nickel addition is taken activation energy as crystallization progresses to see that reduced. 即ち、結晶化が進んでいくにつれて、結晶化がより行ない易くなることが示されている。 That is, as crystallization progresses, it has been shown that crystallization is more easily performed.
一方、ニッケル無添加の従来の方法による結晶性珪素膜の場合は、結晶化が進行するにつれて、活性化エネルギーが高くなることが示されている。 On the other hand, in the case of the crystalline silicon film by the conventional method of nickel-free additives, as crystallization progresses, it has been shown that the activation energy is high. これは、結晶化が進行するにつれて、より結晶化しにくくなることを示している。 This is as crystallization proceeds, and indicates that the more difficult to crystallize. また、活性化エネルギーの平均値を比較すると、 Furthermore, when comparing the average value of the activation energy,
ニッケル添加によって結晶化させた珪素膜の値はニッケル無添加の結晶性珪素膜の場合の約62%であり、このことからもニッケル添加の非晶質珪素膜の結晶化のし易さが示唆される。 The value of the silicon film crystallized by the nickel addition is about 62% in the case of the crystalline silicon film of nickel-free additive, suggesting crystallization ease of amorphous silicon film added nickel This also It is.

【0032】次に、今回のニッケル微量添加したものの結晶形態について、800Åの非晶質珪素を出発膜として用いた場合のTEM(透過型電子顕微鏡)で観察した結果を示す。 Next, the crystal form but were added this nickel trace shows the result of observation by TEM (transmission electron microscope) in the case of using the amorphous silicon 800Å as a starting film. TEM観察の結果から判明した特徴的な現象として、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部分で結晶成長が異なるということが挙げられる。 As a characteristic phenomenon has been found from the results of TEM observation, the area with the addition of nickel, the crystal growth can be cited that differ in part in the vicinity thereof. 即ち、ニッケルを添加した領域について、断面から観察すると、 That is, the region with the addition of nickel, when viewed from a cross-sectional,
モアレあるいは格子像とみられる縞が基板にほぼ垂直に観測され、このことは添加したニッケルあるいはその珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加していないものと同様に基板にほぼ垂直に結晶が成長することを示すものと考えられる。 Fringes seen moire or grating image is observed substantially perpendicular to the substrate, this is nickel or compounds thereof with silicon added become crystal nuclei, is substantially perpendicular to the crystal to the substrate in the same manner as with no addition of nickel It is believed to indicate that to grow. また、ニッケルを添加した周辺の領域においては、基板に平行な方向に針状あるいは柱状に結晶成長している様子が観察された。 In the area around the addition of nickel, state in which crystal growth in the needle or columnar in a direction parallel to the substrate were observed.

【0033】これらの現象を更に詳細に説明する上で結晶学の基礎ではあるが以下の様な記号を用いて説明をすることにする。 [0033] Although the foundation of crystallography in order to explain these phenomena in more detail to the description with reference to the following such symbols. まず{hkl}とは、(hkl)面に等価な面の全てを含んだものを示す記号である。 The first {hkl}, a symbol indicating what that contains all of a plane equivalent to the (hkl) plane. また同様に〈hkl〉とは、〔hkl〕軸に等価な軸を全て含んだものを示す記号である。 Also similarly to <hkl>, a symbol indicating what includes all equivalent axis [hkl] axis.

【0034】ニッケルを添加した領域の近傍の結晶形態の観察結果を示す。 [0034] shows the observation results of crystal form in the vicinity of the region with the addition of nickel. まず、ニッケルを直接微量添加していない領域が結晶化すること自体が予想外であったのであるが、ニッケル微量添加部分、その近傍の横方向の結晶成長部分(以後横成長部分と略)、更に遠方の非晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行われず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度をSIMS First, areas nickel not directly dopants is to itself by crystallization was unexpected, nickel dopants portion (approximately the hereafter lateral growth portion) lateral crystal growth portion of the vicinity, further (not carried out cold crystallization is quite distant parts, amorphous portions remain) amorphous portion distant on, SIMS concentration of nickel
( 二次イオン質量分析法) により調べた所、図17に示すように横成長部分はニッケル微量添加部分から少ない濃度が検出され、非晶質部分は更に約1桁少ない量が観測された。 Were examined by (secondary ion mass spectrometry), the lateral growth part as shown in FIG. 17 are detected concentration less nickel dopants portion, the amorphous portion was observed more about one order of magnitude smaller amounts. すなわち、ニッケルはかなり広範囲に渡って拡散しており、ニッケルを添加した領域の近傍の領域の結晶化もまたニッケル微量添加の効果であると考えられる。 That is, nickel is diffused quite extensively is believed the crystallization of the neighboring regions of the region with the addition of nickel also to be effective for nickel dopants.

【0035】まず、800Åの非晶質珪素を用い、ニッケルを添加した領域の近傍の表面TEM像を図13に示す。 [0035] First, an amorphous silicon 800 Å, 13 a surface TEM image of the vicinity of the region with the addition of nickel. 図より明らかなように、特徴的な、幅の揃った針状または柱状の結晶が基板に概略平行方向に観測される。 As is apparent from the figure, characteristic, acicular or columnar crystals of uniform width is observed in substantially parallel direction to the substrate.
またその結晶の先端部分には、他の結晶部分とはコントラストの異なる層があることが観測され、その後の高分解能TEM及びTEM−EDXの結果から、この部分がNiSi 2であって、結晶の成長方向に対して垂直にN Also the tip portion of the crystal, and another crystalline portion is observed that there are different layers of contrast, from the results of subsequent high resolution TEM and TEM-EDX, this part a NiSi 2, the crystal N perpendicular to the growth direction
iSi 2層が存在している(これは膜厚によって変わるのであるが、このことについては後ほど詳述する)ことが判明している。 i Si 2 layer is present (which it is to vary the thickness, this will be described in detail later) that it has been found. この基板に概略平行な横成長は、ニッケルを微量添加した領域から、大きいものでは数百μm Generally parallel lateral growth on the substrate, the nickel from the area slightly added, is so large several hundred μm
も成長することが観測され、時間の増加及び温度が高くなるに比例して成長量も増大することも判った。 Also has been observed to grow, also was also found to increase the growth amount in proportion to the increase and the temperature of the time is high. 例として、550℃、4時間においては約20μm程度の成長が観測された。 Examples, 550 ° C., was observed about 20μm order of growth in 4 hours. 次いで、上記針状あるいは柱状に結晶成長した領域3点についてのTEDパターン(電子線回折像)を図14に示す。 Then, showing TED pattern (electron beam diffraction image) for the needle-like or crystal growth regions 3 points columnar Figure 14. このTEDパターンは、基板に垂直な方向からとったものである。 This TED pattern is taken from a direction perpendicular to the substrate. このパターンは、珪素膜の結晶構造を示すものである。 The pattern shows the crystalline structure of the silicon film. このパターンを見ると、 Looking at this pattern,
非常にパターンがシンプルであり、単結晶或いは多くても双晶のようなものが見られる程度で、結晶方位は非常に揃っていることがわかる。 A very simple pattern, the extent that even single crystal or more like a twin is observed, it can be seen that the crystal orientation is very uniform. このパターンより上記80 Above than the pattern 80
0Åの非晶質珪素膜を出発膜として用い、横成長させた結晶はその軸方向が〈111〉方向であることがわかる。 Using an amorphous silicon film of 0Å as starting film, the crystal obtained by the lateral growth is seen that the axial direction of <111> is the direction. この関係を、図16に示す。 This relationship is shown in Figure 16.

【0036】以上の実験事実に基づき、発明者らは以下のような機構により結晶化が進行すると考えている。 [0036] Based on the fact above experiments, it crystallized by following such a mechanism is thought to proceed.

【0037】まず縦成長について考えると、結晶化の初期段階において核発生が起こるが、この際の活性化エネルギーがニッケルの微量添加により低減される。 Firstly Considering longitudinal growth, although nucleation in the initial stage of crystallization occurs, this time the activation energy of is reduced by trace addition of nickel. このことはニッケルを添加することにより、より低温から結晶化が発生していることから自明であって、この理由としてはニッケルの異物としての効果以外にも、非晶質珪素が結晶化するよりも低温で生成するニッケルと珪素からなる金属間化合物の内の一つ(NiSi 2 )が、結晶シリコンと格子定数が近いために結晶核として作用していると考えられる。 By this is the addition of nickel, from a lower temperature from the crystallization is an obvious from what is happening, as a reason other than the effect of a foreign body nickel, amorphous silicon is crystallized also one of the intermetallic compound of nickel and silicon to produce at a low temperature (NiSi 2) is considered crystalline silicon lattice constant is acting as a crystal nucleus to close. また、この核発生はニッケルの添加した領域全面についてほぼ同時に発生するため、結果として結晶成長は面のまま成長するような機構となり、この場合反応速度式は一次元的界面律速過程となり、基板に概略垂直方向に結晶成長した結晶が得られる。 As for the nucleation region entirely added nickel for generating substantially simultaneously, the crystal growth as the result is a mechanism to grow while surface, in this case the reaction rate equation becomes one-dimensional interface rate-determining step, the substrate crystals grown in the substantially vertical direction is obtained. しかしながら、膜厚に制限されること、及び応力等の影響で、完全に揃った結晶軸を有するとまではいかない。 However, it is limited to the film thickness, and the influence of stress or the like, does not go up to have a completely uniform crystal axis.

【0038】しかしながら、基板に水平方向は、垂直方向と比較して均質であるため、柱状あるいは針状の結晶がニッケル添加部分を核として横方向に揃って成長し、 [0038] However, the horizontal direction to the substrate, because it is homogeneous in comparison with the vertical direction, the columnar or needle-like crystals grow aligned laterally nickel added portion as a nucleus,
その成長面の方向は〈111〉となり、例えば800Å Its direction of growth surface <111> becomes, for example 800Å
の非晶質珪素膜を用いた場合には結晶成長方向も同様に〈111〉となる。 Likewise the <111> crystal growth direction in the case of using the amorphous silicon film. 勿論この場合も反応速度式は一次元界面律速型となることが予想される。 Course kinetics in this case is expected to be one-dimensional interface rate-determining type. 結晶成長の活性化エネルギーは、前述の通りニッケルを添加することにより低減されているため、この横方向の成長速度は非常に速いことが期待され、事実そうなっている。 Activation energy for crystal growth, since it is reduced by adding as described above nickel, the growth rate of the lateral is expected to be very fast, this is so true.

【0039】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近傍の横成長部分についての電気特性を説明する。 Next, explaining the electrical characteristics of the nickel dopants portion and the lateral growth part of the neighborhood. ニッケル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十時間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニッケルの添加量を前述の様に10 17 atoms/cm 3 Electrical characteristics of the nickel dopants portion conductive is not substantially added nickel respect constant film, i.e. a comparable value to that performed several tens of hours crystallization at about 600 ° C., and the temperature of the conductivity-dependent was determined the activation energy from the sex, the amount of nickel as mentioned above 10 17 atoms / cm 3
〜10 18 atoms/cm 3程度とした場合には、ニッケルの準位に起因すると思われる様な挙動は観測されなかった。 In the case of a ~10 18 atoms / cm 3 about is, behavior such as is believed to be due to the level of nickel was observed. 即ち、この実験事実からは、上記の濃度であればTFTの活性層等として使用が可能であることが考察される。 That is, from the fact this experiment, it can be used as the active layer etc. of the TFT if the concentration of the above is considered.

【0040】それに対し、横成長部分は、導電率がニッケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、結晶性を有する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。 [0040] In contrast, the lateral growth part, conductivity more than one order of magnitude higher than that of nickel dopants portion, as the silicon semiconductor having crystallinity had significantly higher values. このことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致したため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、 This is because the path direction of the current matched the lateral direction of crystal growth is thought to be due to electrons was grain boundaries is small or almost no existing between passing between the electrodes,
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。 Consistent with the results of transmission electron micrographs no match. 即ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい状態が実現されている、と考えることができる。 That is, since the movement of the carrier is in line with grain boundaries of the acicular or crystals grown in a columnar shape, the carrier can be considered likely migrate state is achieved, the.

【0041】また、上記図13に示す針状あるいは柱状に結晶成長した先端部を拡大した珪素の結晶構造を示す写真であるTEM写真を図15に示す。 Further, FIG. 15 shows a TEM photograph is a photograph showing the crystal structure of the silicon of the enlarged tip portion which is grown in needle-like or columnar shown in FIG 13. 図15には、その端部に黒い部分が現れており、この部分は前述の通りNiS The Figure 15, which appeared black portions at its end, this portion is as defined above NiS
2であることが判明している。 It has been found to be a i 2. 即ち、基板に平行に針状あるいは柱状に結晶成長する結晶の先端部にはニッケルが集中的に存在しており、その中間領域においては、 That is, the distal end portion of the crystal to crystal growth parallel to the needle-like or columnar substrate is present centrally nickel, in its intermediate region,
ニッケル濃度が低いことが理解される。 The nickel concentration it is understood less.

【0042】そこで、本明細書で開示する発明の効果の一つとしては、上記結晶粒界に概略沿った方向と半導体装置(例えばTFT)内のキャリアが移動する方向を概略一致せしめることにより、キャリアの移動度を向上させることが挙げられる。 [0042] Therefore, as one advantage of the invention disclosed herein, the direction in which the carriers in the grain direction of the semiconductor device along outlined in field (e.g. TFT) is moved by allowed to substantially aligned, and the like to improve the mobility of carriers. また、基板と平行な方向に結晶成長した領域の先端部を避けて、その中間領域、即ち、 Also, to avoid the tip of the regions grown in the direction parallel to the substrate, the intermediate region, i.e.,
横方向に結晶成長した結晶性珪素膜の成長端部とニッケルが添加された領域の中間の領域を利用することにより、キャリアの移動し易い結晶性珪素膜を利用すると同時に、ニッケルの濃度の低い領域を利用する構成を挙げることができる。 By growing end and nickel laterally grown crystal crystalline silicon film utilizes an intermediate region of added area, and at the same time using a mobile easily crystalline silicon film of the carrier, a low concentration of nickel it can be exemplified a configuration that utilizes region.

【0043】この結晶粒界に沿った方向は、針状または柱状に結晶成長した成長方向であり、しかもこの成長方向は、800Åの膜厚においては(正確には、これ以上の膜厚においては同様であることが判明しているが) The direction along the crystal grain boundary is a needle-like or growth direction was crystal-grown columnar, yet the growth direction, in the thickness of 800 Å (more precisely, in this more thickness Although it has been found to be similar)
〈111〉の軸方向に結晶性を有する方向であり、さらにまたこの方向は、前述のように他の方向(例えば結晶成長に垂直な方向)に対して選択的に高い導電率を有する方向である。 <111> is a direction axially having crystallinity, furthermore this direction is a direction having other direction (e.g. a direction perpendicular to the crystal growth) a selectively high conductivity with respect to the above is there. また現実問題として、結晶成長方向とキャリアの流れる方向とが完全に一致することは困難であり、また結晶も完全に全面に渡って、一様な方向に揃って成長するわけではない。 As a practical matter, the direction of flow of the crystal growth direction and a carrier it is difficult to completely match, also crystals completely over the entire surface, not to grow aligned in a uniform direction. そこで実際問題としては、結晶成長の方向は平均的な方向として定められる。 So as a practical matter, the direction of crystal growth is defined as the average direction. またその方向とキャリアの流れる方向とは±20°程度の範囲であれば一致しているとみなすこととし、800Åの非晶質珪素膜を用いた場合には完全にこの範囲に入っていることが判明している。 Also it has entered fully into this range if the the direction and the direction of flow of the carrier and be considered to be consistent if the range of about ± 20 °, an amorphous silicon film of 800Å There has been found.

【0044】次に、粒径及び配向性の制御方法について説明する。 Next, a description will be given of a control method of particle size and orientation. 触媒元素を導入して結晶化を施した試料について、X線回折を行ったが、その際にパラメータとして以下の内容について検討した。 For samples subjected to crystallization by introducing a catalytic element, it has been subjected to X-ray diffraction to examine the contents of the following when the as parameters.

【0045】・触媒元素を非晶質珪素薄膜の表面に導入した場合と、下地との界面に導入した場合の比較 ・触媒を添加した領域(縦成長と本明細書中では表記する)と、その周辺の横成長領域の比較 ・非晶質珪素膜の膜厚を変化させたときの依存性 ・触媒濃度を変化させた時の依存性 ・横成長プロセスを使用した場合で、該横成長領域が上下とも酸化珪素ではさまれた構造とするか、上面が酸化珪素が無い構造とするかの比較 [0045] - in the case of a catalytic element was introduced to the surface of the amorphous silicon thin film, an area with the addition of comparison and catalyst when introduced into an interface between the base (referred to in the longitudinal growth and herein), in case of using the dependency and lateral growth process when changing the dependence-catalyst concentration in the case of changing the thickness of the comparison and the amorphous silicon film in the lateral growth region of its periphery transverse growth region comparison but either the upper and lower both sandwiched by the silicon oxide structure, if the upper surface is that there is no silicon oxide structure

【0046】そして、上記のパラメータを変化させたときに、得られた傾向を定量的に評価するため下記数1に示すように(111)配向比率を定義することにし、 [0046] Then, to the time of changing the above parameters, as shown in the following Equation 1 in order to quantitatively evaluate the tendency obtained (111) defining the orientation ratio,
(111)配向性が高いという目安を上記(111)配向比率が0.67以上(完全にランダムな粉末においては上記定義に従うと(111)配向比率が0.33となり、この比率の倍以上の比率があれば(111)配向と呼んでも問題がないと考えた為である)とすることにした。 (111) According to the above definition in a measure of high orientation above (111) orientation ratio is 0.67 or more (a completely random powder (111) orientation ratio is 0.33, more than double the ratio ratio has to be if (111) is referred to as the orientation is also because we consider that there is no problem) there.

【0047】 [0047]

【数1】 [Number 1]

【0048】そしてこの(111)配向比率を基に評価した結果、下記表1、表2、表3、表4及び図1の様な傾向が観察された。 [0048] Then the (111) a result of evaluation based on the orientation ratio, the following Table 1, Table 2, Table 3, trends such as Table 4 and Figure 1 were observed.

【0049】 [0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】 [0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】 [0051]

【表3】 [Table 3]

【0052】 [0052]

【表4】 [Table 4]

【0053】尚、作製方法は表中に示されたパラメータ以外は全て同一であり、触媒元素としてニッケルを用い、添加方法は溶液からのニッケル添加方法(以後液相法と省略)を用い、特に横成長と示されていないものに関してはシリコン表面に塗布した場合の縦成長を用いた。 [0053] Incidentally, the manufacturing method are all except parameters shown in Table same, using nickel as a catalyst element, method of addition using nickel addition method from a solution (abbreviated hereinafter liquid phase), particularly with respect to those not indicated as lateral growth using a vertical growth when applied to the silicon surface. ただし、横成長プロセスにおいて、上面の酸化珪素膜の有無を比較する実験においては、上面に酸化珪素がない横成長プロセスを実現するためにOCD等のSOG However, in the lateral growth process, in experiments comparing the presence or absence of a silicon oxide film on the upper surface, the OCD or the like in order to realize the lateral growth process is not silicon oxide on the top surface SOG
用の溶液中にニッケルを添加したものを用い、他の横成長プロセスとは逆に直接添加領域(縦成長領域)のみにOCDを残し、横成長すべき領域上には酸化珪素が無い構造とした。 The solution used after adding nickel into the use, leaving OCD only directly doped region (vertical growth region) opposite to the other lateral growth processes, the structure of silicon oxide is not on to be laterally grown region did. また、固相成長(図中ではSPCとも表記する)を550℃8時間、その後のレーザー結晶化(補助的に行うことにより、結晶性を飛躍的に高めることが可能である)を300mJ/cm 2とした。 Also, solid phase growth (also referred to as SPC in the drawings) to 550 ° C. 8 h, followed by (by performing supplementarily, it is possible to improve the crystallinity dramatically) laser crystallization of 300 mJ / cm 2 and it was.

【0054】表1は、表中に示されている通り、触媒添加場所を変化させた場合の結果であり、添加場所が異なるだけで配向性が全く異なるという特異的な傾向が観測された。 [0054] Table 1, as indicated in the table, the results in the case of changing the catalyst addition location, specific tendency addition locations are different only in orientation is entirely different was observed. 粒径においては、添加場所の依存性は殆ど観測されず、任意の場所について粒径分布を測定したところ、分布の幅は触媒元素を添加しなかった場合の半分程度であり、均一な粒径が得られていることが判明した。 In the particle size dependence of the addition location is hardly observed, was measured for particle size distribution for any location, the width of the distribution is about half in the case of not adding the catalyst element, uniform particle size it has been found that have been obtained.

【0055】表2は、結晶成長方法を変えた場合の結果であり、全面にニッケルを導入した場合(縦成長)と、 [0055] Table 2 shows the results of the case of changing the crystal growth method, the entire surface when introduced nickel (longitudinal growth),
アモルファスシリコンの上に酸化珪素を成膜し(カバー酸化珪素)、該酸化珪素をパターニングして触媒元素を添加する窓を開け、そこからの横成長をさせた部分との比較である。 Forming a silicon oxide on the amorphous silicon (a cover of silicon oxide), patterning the oxide silicon opened the window of adding a catalytic element to a comparison of the allowed part of the lateral growth therefrom. その結果、縦成長部分は比較的ランダムであり、上面に酸化珪素膜の有る横成長部分は、膜厚にもよるが(膜厚依存性については後述)ほぼ完全に(11 As a result, the vertical growth section is relatively random, lateral growth part of the silicon oxide film on the upper surface, (described later film thickness dependence) depending on the film thickness almost completely (11
1)配向性を有していた。 1) I had an orientation.

【0056】表3は膜厚依存性についてであるが、膜厚は300Åから5000Åについて実験を行ったところ、横成長部分については膜厚が薄いほど(111)配向性が強くでるという傾向がはっきりと確認された。 [0056] Table 3, but is about the thickness dependency, where the film thickness of an experiment about 5000Å from 300Å, a tendency that the thinner the thickness of the lateral growth part (111) orientation comes out strongly is clearly It was identified as. この内、400Åから800Åについては図9に示されるようにほぼ誤差範囲内で直線性が見出された。 Of these, linearity was found within almost error range as for the 800Å from 400Å shown in FIG. 尚、縦成長部分に関しては、元々がランダムであるため明確な傾向は観測されなかった。 With respect to the vertical growth part, originally it was observed a clear tendency for random. 表4は横成長プロセスにおいて、上面の酸化珪素膜の有無を比較する実験の結果であるが、上面に酸化珪素がない横成長プロセスの試料は膜厚によりその配向性が変化するが何れも(111)配向性以外の配向を示すのに対し、上面の酸化珪素が有る場合の横成長プロセスで得られる結晶性珪素の配向性は(111)配向性が強く、特に図9からも強く示唆されるように、800Å以下ではかなり強い(111)配向であることは前述の通りである。 Table 4 in the lateral growth process, but the results of experiments comparing the presence or absence of a silicon oxide film on the upper surface, either but its orientation by sample thickness in the lateral growth process with no silicon oxide on the top surface is changed ( 111) to indicate the orientation of the non-orientation, the orientation of the crystalline silicon obtained by the lateral growth process in the case of silicon oxide on the top surface is present (111) orientation is strong particularly strongly suggested from FIG. 9 in so that it is below 800Å it is rather strong (111) orientation is as described above. そしてこのことから、 And from this fact,
膜厚を800Å以下とすることによって、(111)配向を強くできることが結論される。 By less 800Å thickness, it is concluded to be able to strongly (111) orientation.

【0057】図1は、縦成長を用い、ニッケルの添加量を変化させた場合の依存性をプロットしたものであるが、横軸はニッケルの酢酸塩あるいは硝酸塩を用いて液相添加を行った際のドーズ量を、左側の縦軸が(11 [0057] Figure 1, using a vertical growth, but is a plot of the dependence when changing the amount of nickel, the horizontal axis was liquid phase addition by use of acetate or nitrate of nickel the dose of time, the left vertical axis is (11
1)配向比率を、また右側の縦軸がレーザー結晶化前のシリコン膜の内、固相成長によって結晶化している面積の比率を示したものである。 1) the orientation ratio, also among the right vertical axis laser crystallization before the silicon film, in which the ratio of the area is crystallized by solid phase growth. この図より、(111)配向比率を、触媒元素の濃度によってランダムから(11 From this figure, (111) orientation ratio from random by the concentration of the catalytic element (11
1)配向性まで自由に変化させることが可能であることが理解される。 1) It is understood that can be changed freely to orientation. また、これらはレーザー結晶化前に固相成長で成長した割合の変化と完全に一致していることが判り、そのことは濃度変化の代わりに加熱温度及び加熱時間を変えてレーザー結晶化前に固相成長で成長した割合を変えても同様の傾向が見られることにより確認された。 It also knows that exactly match the change in the percentage grown in solid-phase crystallization before the laser crystallization, that matter by changing the heating temperature and heating time instead of the concentration changes before laser crystallization a similar trend is also changing the proportion grown by a solid-phase growth has been confirmed by being seen.

【0058】次に、図には示していないが、粒径について示すと、光学顕微鏡から観測された粒径(必ずしもこの中が単結晶であるかは現在までのところ判明していない。)はドーズ量を増やすに連れて、33μmから20 Next, although not shown in FIG, indicating the particle size, particle size observed from optical microscopy (or necessarily have therein a single crystal has not been found so far.) The As the increase the dose, from 20 to 33μm
μmまで減少していくことが確認された。 It was confirmed that decreases until μm.

【0059】では、上記の実験結果はどの様な機構によるかであるが、配向性についてはシリコン─酸化珪素界面の影響を、固相成長の際にどの程度受けたかで全てを解釈することが可能である。 [0059] In the above experimental results is either by what kind of mechanism, the effect of silicon ─ silicon oxide surfactants for orientation, to interpret all of it has received what extent during solid phase growth possible it is. この様な観点から上記の現象を解釈すると以下の様になる。 From such a point of view it becomes as follows to interpret the above-mentioned phenomenon.

【0060】表1の結果については、下地界面に触媒元素を導入した場合には、核発生する際にすでに下地の影響を受けており、この時点で(111)配向性になる可能性が高い。 [0060] For the results in Table 1, when introducing the catalyst element to the substrate interface is already influenced by the underlying when nucleation is likely to be (111) orientation at this point . それに比して、表面で核発生する場合には下地の影響を受けずに、ランダムな核発生をすることができる。 Compared to, in the case of nucleation at the surface can be made without being affected by the underlying, random nucleation. そして結晶成長の間中、その履歴をもっていると考えられるのである。 And during the crystal growth, it is to be considered to have its history.

【0061】表2の結果については、縦成長部分は上述と同様の機構であり、横成長に関しては、成長点が下地及びカバーの酸化珪素と接触しながら成長する為、これらの影響を大きく受けやすいと考えられる。 [0061] For the results in Table 2, the vertical growth section is similar to the above mechanism, with respect to the lateral growth, since the growth points grow while in contact with the silicon oxide of the base and the cover, heavily these effects It is considered cheap.

【0062】表3の膜厚依存性については、膜厚が厚くなれば、系全体の自由エネルギーに対する下地酸化珪素との界面のエネルギーの比率が相対的に低下し、(11 [0062] For the third film thickness dependency table, thicker the film thickness, relatively lowered the ratio of energy of the interface between the underlying silicon oxide with respect to free energy of the entire system, (11
1)に配向させる力が弱まる為と考えられる。 Is considered to be due to a force to be oriented to 1) is weakened.

【0063】表4の2つの横成長(上面に酸化珪素膜が有るものと無いもの)の結果については、上面が酸化珪素で覆われたものは、結果として上下を酸化珪素で囲まれていることとなり、その界面を安定化させるべく(1 [0063] For Table 4 two lateral growth of (and some do not silicon oxide film is present on the upper surface) results that the upper surface is covered with silicon oxide is surrounded top and bottom as a result of silicon oxide it and becomes, in order to stabilize the interface (1
11)配向性となるものと考えられる。 11) is believed to be the orientation. それに対し、上面に酸化珪素の無い横成長プロセスはこの界面の寄与が半分になるためそれだけ拘束力が弱まり(111)以外の配向性を示すものと考えられる。 In contrast, the lateral growth process with no silicon oxide on the top surface would indicate orientation other than the much binding for contributing is half of the interface weakened (111). ところで前述の様に、上面に酸化珪素の無い横成長プロセスにおいては、 However as mentioned above, in the lateral growth process with no silicon oxide on the top surface,
膜厚と配向性の間に明確な相関があった。 There was a clear correlation between the film thickness and the orientation. 例えば500 For example, 500
Åの非晶質珪素を用いた場合には(200)あるいは(311)の配向性が強く観察された。 In the case of using the amorphous silicon Å it was observed strongly orientation of the (200) or (311). これについては、結晶学的な解析、及び図18に示す様な写真より、図 In this regard, crystallographic analysis, and from the photo, such as shown in FIG. 18 and FIG.
19の様な機構で結晶成長が起こっていると考えることができる。 In such a mechanism of 19 it can be thought of as a crystal growth is happening. 即ち、結晶の成長面501あるいは506は(111)面であり、これは常に一定であるが、この面が基板に対してどの様な角度を有しているかはその膜厚によりほぼ一義的に決定するというものである。 That is, the growth plane 501 or 506 of the crystal is (111) plane, this is always constant, whether the surface has any such angle with respect to the substrate is almost uniquely by its thickness it is that determined. その結果膜厚が変化すれば、例えば800Åの膜厚においては、見掛け上の結晶成長方向504と結晶成長面501 If the result film thickness change, for example, in the thickness of 800 Å, the crystal growth direction 504 of the apparent facets 501
はほぼ垂直であり、その結果配向性(配向性と言った場合一般的には基板に垂直方向の配向性を言う)としては〈111〉軸に垂直な方向が観測されることになる。 It is substantially perpendicular, so that the observed direction perpendicular to the <111> axis is consequently orientation (if said orientation generally refers to orientation in the direction perpendicular to the substrate). しかし膜厚500Åにおいては、結晶成長面506と見掛け上の結晶成長方向505とは垂直ではなく、その為配向性も変化する。 However, in the film thickness 500 Å, the crystal growth direction 505 of the apparent crystal growth plane 506 not perpendicular, and therefore also changes orientation. 即ち、上面に酸化珪素が無い横成長プロセスにおいては、膜厚を変化させることにより配向性制御が可能である。 That is, in the lateral growth process of silicon oxide is not in the upper surface, it is possible orientation controlled by varying the film thickness. 図1の結果は、上述の縦成長がランダムな理由に付加して、レーザー結晶化が(111)配向であることを認めることによって容易に説明される。 Results in Figure 1, the vertical growth of the above in addition to random reasons, laser crystallization (111) is easily explained by recognizing that it is oriented.
その機構を簡単に示したものが図2である。 That briefly shows the mechanism is Fig. 図中のAは触媒元素のドーズ量が少なく、レーザー結晶化前に固相成長で結晶化しているランダムな部分が少なく、それよりもレーザー結晶化した(111)配向性の部分が多い例であり、図中のBは、殆どが固相成長したもので、レーザー結晶化した(111)配向の部分が殆どない例である。 A has less dose of the catalytic element in the figure, less random portion that is crystallized solid growth before laser crystallization, it was laser crystallization than (111) orientation of the parts in many cases There, B in the figure, in which most of the solid phase growth, and laser crystallization (111) is an example orientation of a portion little. これを裏付ける実験として、レーザー結晶化の際のエネルギー密度及び照射時間を変化させた実験を行なってみた。 As an experiment to support this, I tried experimenting with varying energy density and irradiation time during the laser crystallization. すると、エネルギー密度及び照射時間を増大させるに連れ、(111)配向比率が高くなることが判明した。 Then, take the increasing energy density and irradiation time were found to be high (111) orientation ratio. この結果は、レーザーにより結晶化する割合を高めることが(111)配向比率を高めることに直結していることを示すものと考えられる。 This result would indicate that to increase the rate of crystallization by laser connected directly to increase the (111) orientation ratio.

【0064】次に粒径については、前述の現象を説明するためには、触媒元素を用いた場合にはその添加場所等によらず、触媒元素のドーズ量により核発生密度が一義的に決定し、その結果結晶成長できる大きさが決まってきてしまうと考えると説明可能である。 [0064] Next, the particle size, in order to explain the phenomenon described above, in the case of using a catalyst element regardless of the addition location or the like, nucleation density uniquely determined by the dose of the catalytic element and it can be explained by considering the thus been decided large enough to result crystal growth.

【0065】よってこれらをまとめると、低温結晶化及び配向性の制御方法は以下の様になる。 [0065] Thus Taken together, the control method for low temperature crystallization and orientation is as follows.

【0066】まず前提としてニッケルに代表される触媒元素を表面から液相法で添加する方法を用い、結晶化には固相成長とレーザー結晶化を併用することにする。 [0066] First using the method of adding a liquid phase process the catalyst element typified by nickel assumption from the surface, to be used in combination with solid-phase growth and laser crystallization in crystallization. この様に触媒元素を微量に添加することにより結晶化温度の低温化及び要する時間の飛躍的な短縮が可能となる。 Dramatically shortening of low temperature and time required for the crystallization temperature becomes possible by adding such a catalyst element in a trace amount.

【0067】・(111)配向性が高い膜を得たい場合 横成長プロセスを用いるか、レーザー結晶化前の結晶化比率を小さくする。 [0067] - (111) if desired to obtain a high orientation films or using lateral growth process, to reduce the laser crystallization before the crystallization ratio. この方法を用いることにより、(1 By using this method, (1
11)配向比率を0.67〜1の間で任意に制御することが可能である。 11) it is possible to control the orientation ratio arbitrarily between 0.67 to 1. この結晶化比率を下げる方法としては、触媒元素のドーズ量を小さくする、あるいは固相成長条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。 As a method of lowering the crystallization ratio, to reduce the dose of the catalytic element, or may be selected one of the methods of changing the solid phase growth conditions.

【0068】・ランダムな膜を得たい場合 縦成長プロセスを用いて、レーザー結晶化前の結晶化比率を大きくする。 [0068] - If random is desired to obtain a film with a longitudinal growth process, to increase the laser crystallization before the crystallization ratio. この結晶化比率を高める方法としては、触媒元素のドーズ量を多くする、あるいは固相成長条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。 As a method of increasing the crystallization ratio, to increase the dose of the catalytic element, or may be selected one of the methods of changing the solid phase growth conditions.

【0069】・上記の中間の配向性を有する膜を得たい場合 縦成長プロセスを用い、レーザー結晶化前の結晶化比率を適当にする。 [0069] - If you want to give the above intermediate layer having an orientation of using a vertical growth process, to appropriate the laser crystallization before the crystallization ratio. このプロセスを用いることにより、(1 By using this process, (1
11)配向比率を0.33〜1の間で任意に制御することが可能である。 11) it is possible to control the orientation ratio arbitrarily between 0.33 to 1. この結晶化比率を適当な値にする方法としては、触媒元素のドーズ量を変える、あるいは固相成長条件を変える方法のいずれかを選択すればよい。 As a method for the crystallization ratio to a suitable value, varying the dose of the catalytic element, or may be selected one of the methods of changing the solid phase growth conditions.

【0070】・その他の配向性の膜を得たい場合 上面に酸化珪素の無い横成長プロセスを用い、膜厚を変化させることにより配向性を制御する。 [0070] - the lateral growth process with no other silicon oxide on the upper surface when it is desired to obtain the orientation of the film, controls the orientation by changing the film thickness. この際には、膜厚としては800Åから300Å程度の間で変化させることが制御性から言って望ましい。 At this time, it as a film thickness varied between about 300Å from 800Å is preferred to say the controllability. それ以上厚い場合には、膜厚よりも柱状結晶の幅が小さくなり、ランダムな傾向に成りやすく、また300Å以下では結晶成長が困難であった。 In the case more thick, the width of the columnar crystals is smaller than the thickness, easily become a random trend, also in 300Å or less was difficult crystal growth.

【0071】次に、結晶の粒径を変える手段としては以下の様にすれば良い。 [0071] Then, as the means for changing the particle size of the crystal can be as follows. ・粒径を大きくする場合、添加する触媒元素の濃度を下げる。 • If the grain size is increased, reducing the concentration of the catalyst element to be added.

【0072】・粒径を小さくする場合、添加する触媒元素の濃度を上げる。 [0072] In the case of small-particle size, increase the concentration of the catalytic element to be added.

【0073】尚、上記の触媒元素の添加量を制御するのと同時に、固相成長の温度及び時間を制御することは有効である。 [0073] Incidentally, at the same time to control the amount of the catalytic element, it is effective to control the temperature and time of the solid-phase growth. しかしながら最大どの程度まで粒径を大きくできるかは前記触媒元素の添加量によって一義的に決定される。 However it can increase the particle size to what extent the maximum is uniquely determined by the amount of the catalyst element.

【0074】本発明においては、触媒元素としてニッケルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができるが、その他利用できる触媒元素の種類としては、好ましくはPt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Pd、P、 [0074] In the present invention, it is possible to obtain a most remarkable effect when using nickel as a catalyst element, the type of the catalytic element can be other available, preferably Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Pd, P,
As、Sbを利用することができる。 As, it is possible to use the Sb. これらの元素は珪素に対して侵入型の元素であり、珪素膜中に拡散していき、結晶化を助長する作用を有する。 These elements are elements of invasive to silicon, will diffuse into the silicon film, it has an effect of promoting crystallization.

【0075】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やアルコール等の溶液を用いた液相法に限定されるものではなく、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。 [0075] Further, a method of introducing the catalytic element is not limited to a liquid phase method using a solution such as an aqueous solution or alcohol, it can be widely used laden material a catalyst element. 例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いることができる。 For example, it is possible to use containing a catalytic element metal compound or oxide.

【0076】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上でTFTに応用する方法について説明する。 [0076] Finally in a description of a method of applying the TFT being based on various properties described above. ここでTF Here TF
Tの応用分野としてはTFTを画素の駆動に用いるアクティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとする。 The field of application of T shall assume an active matrix type liquid crystal display device using a TFT for driving the pixel. 前述の様に、最近の大画面のアクティブマトリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮みを抑えることが重要であるが、本発明のニッケル微量添加プロセスを用いることにより、ガラスの歪み点に比較して十分に低い温度で結晶化が可能であり、特に好適である。 As described above, in the active matrix type liquid crystal display device of the recent large screen, but it is important to suppress the shrinkage of the glass substrate, by using a nickel dopants process of the present invention, compared to the strain point of the glass to a possible crystallization at a sufficiently low temperature, it is particularly preferred.
本発明を用いれば、従来非晶質珪素を用いていた部分を、ニッケルを微量添加し、500〜550℃程度で4 With the present invention, the portion which has been using the conventional amorphous silicon, the nickel was slightly added, 4 at about 500-550 ° C.
時間程度結晶化させることにより、結晶性を有するシリコンに置き換えることが容易に可能である。 By the time the order crystallized, it can be easily be replaced with silicon having crystallinity. 勿論、デザインルール等をそれ相応に変更する必要はあるが、装置、プロセス共従来の物で十分に対応可能であり、そのメリットは大きいものと考えられる。 Of course, there is need to modify accordingly the design rules, etc., device, ones of the process both prior is sufficiently adaptable, the benefits will be big. 本明細書中においては、絶縁ゲイト型を有する薄膜トランジスタ(TF In this specification, a thin film transistor having an insulated gate (TF
T)の例を主に示すが、本明細書で開示する発明は、薄膜半導体を用いた素子に広く利用することができる。 Mainly showing an example of a T), but that the invention disclosed herein, can be widely used in devices using thin film semiconductor. 例えば、薄膜ダイオードや薄膜バイポーラトランジスタ、 For example, thin film diode or thin film bipolar transistor,
さらには薄膜半導体を用いた光電変換装置に利用することができる。 Further, it is possible to use the photoelectric conversion device using a thin film semiconductor.

【0077】 [0077]

【実施例】 【Example】

〔実施例1〕本実施例は、1200Åの酸化珪素膜を選択的に設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケルを導入し、横成長を行わせ、(111)配向性の高いシリコン膜を作製する例である。 Example 1 In this example, the formed selectively a silicon oxide film of 1200 Å, the silicon oxide film is selectively introduced nickel as a mask, to perform the lateral growth, (111) highly oriented silicon an example of manufacturing a membrane.

【0078】図3に本実施例における作製工程の概略を示す。 [0078] shows an outline of manufacturing process in this embodiment in FIG. まず、ガラス基板11(コーニング7059、1 First, the glass substrate 11 (Corning 7059,1
0cm角)上の非晶質珪素膜12(プラズマCVDの5 0cm angle) on the amorphous silicon film 12 (plasma CVD 5
00Åの膜)上にマスクとなる酸化珪素膜21(カバー酸化珪素)を1000Å以上、ここでは1200Åの厚さに成膜する。 00Å of film) on the silicon oxide film 21 serving as a mask (cover silicon oxide) to 1000Å or more, here, formed to a thickness of 1200 Å. この酸化珪素膜21の膜厚については、 The thickness of the silicon oxide film 21,
発明者等の実験によると500Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密であれば更に薄くても良いと思われる。 According to the experiment of the inventors, it has confirmed that there is no 500Å any problem, think that the film quality may be even thinner if it is dense.

【0079】そして通常のフォトリソパターニング工程によって、必要とするパターンに酸化珪素膜21をパーニングする。 [0079] Then by ordinary photolithography patterning process, Paningu silicon oxide film 21 in a pattern required. そして、酸素雰囲気中における紫外線の照射で薄い酸化珪素膜20を成膜する。 Then, to deposit a thin silicon oxide film 20 by the irradiation of ultraviolet rays in an oxygen atmosphere. この酸化珪素膜は、濡れ性を改善し、後に導入されるニッケルを含有した溶液が均一に塗布する目的で形成される。 This silicon oxide film serves to improve the wettability, solution containing nickel that is introduced later is formed for the purpose of uniform application. この酸化珪素膜20の作製は、酸素雰囲気中でUV光を5分間照射することによって行なわれる。 Preparation of the silicon oxide film 20 is carried out by irradiation with UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. なおこの酸化珪素膜20 It should be noted that the silicon oxide film 20
の厚さは20〜50Å程度と考えられる。 The thickness of is considered to be about 20~50Å. (図3 (Fig. 3
(A)) (A))

【0080】この状態において、100ppmのニッケルを含有した酢酸塩溶液を5ml滴下(10cm角基板の場合)する。 [0080] In this state, the acetate solution containing 100ppm of nickel 5ml dropwise (in 10cm square substrate). またこの際、スピナー15で50rpm Also this time, 50rpm by a spinner 15
で10秒のスピンコートを行い、基板表面全体に均一な水膜14を形成させる。 In perform spin coating for 10 seconds to form a uniform water film 14 on the entire surface of the substrate. さらにこの状態で、1分間保持した後スピナーを用いて2000rpm、60秒のスピンドライを行う。 Further in this state, the spin drying of 2000 rpm, 60 seconds with a spinner was held for 1 minute. なおこの保持は、スピナー上において0〜100rpmの回転をさせながら行なってもよい。 Note This holding may be performed while the causes rotation of 0~100rpm on the spinner.
(図3(B)) (FIG. 3 (B))

【0081】そして550度(窒素雰囲気)、8時間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜12の結晶化を行う。 [0081] Then 550 degrees (nitrogen atmosphere), by heat treatment of 8 hours, the crystallization of the amorphous silicon film 12. この際、ニッケルが導入された部分22の領域から23で示されるように、ニッケルが導入されなった領域へと横方向に結晶成長が行われる。 At this time, as nickel is shown in the region from 23 parts 22 introduced, lateral crystal growth is performed to nickel was introduced region. 今回の条件では横成長量として30μm程度が得られた。 About 30μm as lateral growth amount is obtained in this condition. そしてその後、カバー酸化珪素をバッファーフッ酸を用いて剥離し、300mJ/cm 2のパワー密度でKrFエキシマレーザ(248nm)によるレーザー結晶化を行った。 Thereafter, the cover silicon oxide stripped using buffered hydrofluoric acid was performed with a laser crystallization by a KrF excimer laser (248 nm) at a power density of 300 mJ / cm 2.

【0082】この様にして得られたシリコン膜をX線回折を行ってみたところ、(111)配向比率が0.91 [0082] When the silicon film obtained in this manner I went to X-ray diffraction, (111) orientation ratio 0.91
7と、(111)配向性が非常に高い膜が得られた。 7, (111) orientation was obtained a very high membrane. その結果を図4に示す。 The results are shown in FIG.

【0083】〔実施例2〕本実施例は、実施例1と全く同一のプロセスを用い、非晶質珪素膜の膜厚のみを40 [0083] Example 2 This example, exactly by the same process as in Example 1, only the thickness of the amorphous silicon film 40
0Åと800Åの2種類で試した例である。 Is an example tried in two 0Å and 800Å.

【0084】結果としては、X線回折から求めた(11 [0084] As a result was determined from X-ray diffraction (11
1)配向比率については、400Åの試料は約1.0とほぼ完全に(111)配向の膜であり、800Åの試料は0.720と500Åに比較して若干(111)配向性が弱くなっていることが判明した。 For 1) orientation ratio, a sample of 400Å is a membrane of almost completely (111) orientation and about 1.0, a sample of 800Å is weakened slightly (111) orientation as compared to 0.720 and 500Å it is has been found.

【0085】〔実施例3〕本実施例では、結晶化を助長する触媒元素を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しかる後に加熱により結晶化させ、さらにレーザー光の照射により結晶性を高める例である。 [0085] In Example 3 This example, be contained in an aqueous solution a catalytic element for promoting crystallization is applied onto the amorphous silicon film, it is crystallized by heating Thereafter, further irradiation of the laser beam it is an example of increasing the crystallinity by. この構成は前述の記載においては縦成長にあたり、比較的ランダムな配向性を有する膜を得ることができる。 This arrangement Upon longitudinal growth in the foregoing description, it is possible to obtain a film having a relatively random orientation.

【0086】図5を用いて、触媒元素(ここではニッケルを用いる)を導入するところまでを説明する。 [0086] with reference to FIG. 5, the catalytic element (in this case nickel is used) describing far to introduce. 本実施例においては、基板11としてコーニング7059ガラスを用いる。 In this embodiment, a Corning 7059 glass as the substrate 11. またその大きさは100mm×100mm Also its size is 100mm × 100mm
とする。 To.

【0087】まず、非晶質珪素膜12をプラズマCVD [0087] First, plasma CVD amorphous silicon film 12
法やLPCVD法によって100〜1500Å形成する。 To 100~1500Å formed by law or LPCVD. ここでは、プラズマCVD法によって非晶質珪素膜12を500Åの厚さに成膜する。 Here, an amorphous silicon film 12 to a thickness of 500Å by plasma CVD. (図5(A)) (FIG. 5 (A))

【0088】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くためにフッ酸処理を行い、その後酸化膜13を10〜50 [0088] Then, a hydrofluoric acid treatment to remove dirt and spontaneous oxide film, after which the oxide film 13 10-50
Åに成膜する。 Forming a film on Å. 汚れが無視できる場合には、酸化膜13 If the dirt is negligible, oxide film 13
の代わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。 It may be used the natural oxide film instead of.

【0089】なお、この酸化膜13は極薄のため正確な膜厚は不明であるが、20Å程度であると考えられる。 [0089] Incidentally, the oxide film 13 is unknown exact thickness for very thin, is considered to be about 20 Å.
ここでは酸素雰囲気中でのUV光の照射により酸化膜1 Wherein the oxide film 1 by UV light irradiation in an oxygen atmosphere
3を成膜する。 3 forming a. 成膜条件は、酸素雰囲気中においてUV Film formation conditions, UV in an oxygen atmosphere
を5分間照射することにおって行なった。 It was carried out Oh to be irradiated for 5 minutes. この酸化膜1 The oxide film 1
3の成膜方法としては、熱酸化法を用いるのでもよい。 As the third film forming method may also use a thermal oxidation method.
また過酸化水素による処理によるものでもよい。 Or it may be by treatment with hydrogen peroxide.

【0090】この酸化膜13は、後のニッケルを含んだ酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の為のものである。 [0090] The oxide film 13 is a step of applying the acetate solution containing nickel after, for disseminating acetate solution on the entire surface of the amorphous silicon film, ie for wettability improvement it is. 例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全体にニッケルを導入することができない。 For example, when applied directly acetate solution on the surface of the amorphous silicon film, because amorphous silicon repels the acetate solution, it is impossible to introduce a nickel on the entire surface of the amorphous silicon film. 即ち、均一な結晶化を行うことができない。 That is, it is impossible to perform uniform crystallization.

【0091】つぎに、ニッケルの酢酸塩水溶液を作る。 Next, make the acetic acid salt aqueous solution of nickel.
ニッケルの濃度は25ppmとする。 The concentration of nickel and 25ppm. そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜12上の酸化膜13の表面に2ml Then 2ml The acetate solution on the surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12
滴下し、水膜14を形成する。 It dropped, to form a water film 14. またこの状態を5分間保持する。 Also this state is held for 5 minutes. そしてスピナーを用いてスピンドライ(200 The spin-drying (200 using a spinner
0rpm、60秒)を行う。 0rpm, 60 seconds) is performed. (図5(C)、(D)) (FIG. 5 (C), (D))

【0092】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、1 [0092] The concentration of nickel in the acetate solution, 1
ppm以上であれば実用になるが、所望の配向性と鑑みて、今回は25ppmとした。 It becomes practical if ppm or more, in view of the desired orientation, this time was set to 25 ppm. また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜13は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入することができる。 In the case of using a non-polar solvent such as toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, the oxide film 13 is not necessary, it is possible to introduce the catalyst element directly on the amorphous silicon film.

【0093】このニッケル溶液の塗布工程を、1回〜複数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜12の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケルを含む層を形成することができる。 [0093] The step of applying the nickel solution by performing one to several times, a layer comprising nickel has a thickness average of several Å~ several hundred Å on the surface of the amorphous silicon film 12 after spin drying it can be formed. この場合、この層のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。 In this case, the nickel of the layer subsequent heating step, to diffuse into the amorphous silicon film and acts as a catalyst for promoting crystallization. なお、この層というのは、完全な膜になっているとは限らない。 It should be noted that, because this layer is not necessarily a complete film. 尚、本実施例においては塗布回数は1回とした。 Incidentally, the number of applications in this example was once.

【0094】上記溶液の塗布の後、1分間その状態を保持させる。 [0094] After application of the solution, to retain its state for 1 minute. この保持させる時間によっても、最終的に珪素膜12中に含まれるニッケルの濃度を制御することができるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。 By the time that this is held, but ultimately it is possible to control the concentration of nickel contained in the silicon film 12, the most significant control factor is the concentration of the solution.

【0095】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中において550度、8時間の加熱処理を行う。 [0095] Then, performed in a heating furnace, 550 ° in a nitrogen atmosphere, a heat treatment of 8 hours. この結果、 As a result,
基板11上に形成された一部結晶性を有する珪素薄膜1 Silicon thin film having a portion crystallinity formed on the substrate 11 1
2を得ることができる。 It is possible to obtain a 2. この段階での結晶化比率を、コンピュータを用いた画像解析から求めたところ、98. The crystallization ratio at this stage, was determined from the image analysis using a computer, 98.
84%であった。 It was 84%.

【0096】上記の加熱処理は450度以上の温度で行うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけらばならず、生産効率が低下する。 [0096] The above heat treatment may be performed at 450 degrees or higher, it must kicked such longer when the temperature is low heating time, production efficiency is reduced. また、550度以上とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が表面化してしまう。 Further, the heat resistance problem of the glass substrate resulting in surfaced used as the substrate when the 550 degrees or more.

【0097】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触媒元素を導入する方法を採用してもよい。 [0097] In this embodiment, the method of introducing a catalytic element on the amorphous silicon film, may be employed a method of introducing a catalytic element under the amorphous silicon film. しかしながらその場合には、前述の通り(111)配向性が非常に高くなってしまうことに注意する必要がある。 However in that case, it should be noted that as described above (111) orientation becomes very high.

【0098】加熱処理により一部結晶性を有する珪素膜12を得たら、KrFエキシマレーザ(波長248n [0098] After obtaining the silicon film 12 having a partially crystalline by heat treatment, KrF excimer laser (wavelength 248n
m、パルス幅30nsec)を窒素雰囲気中において2 m, the pulse width 30 nsec) in a nitrogen atmosphere 2
00〜350mJ/cm 2のパワー密度で数ショト、本実施例では300mJ/cm 2で1ショット照射し、珪素膜12を完全に結晶化せしめる。 00~350mJ / cm 2 of power density number Shoto, in the present embodiment 1 shot irradiated at 300 mJ / cm 2, completely allowed to crystallize the silicon film 12. この工程は、赤外光の照射によってもよい。 This step may be by irradiation of infrared light.

【0099】この様にして得られた結晶性を有する珪素膜を、X線回折を行って配向性を評価した。 [0099] The silicon film having been crystalline obtained in this manner, was to evaluate the orientation and subjected to X-ray diffraction. その結果を図6に示す。 The results are shown in FIG. (111)(220)(311)のピークがはっきりと観測され、これについて(111)配向比率を計算すると0.405となりランダムな膜が希望通り得られていることが判明した。 (111) (220) peak of the (311) was clearly observed, 0.405 next random film was found to be obtained as desired if this for (111) to calculate the orientation ratio.

【0100】〔実施例4〕本実施例は、実施例3において、触媒元素であるニッケル塩の濃度を1ppmとしたものである。 [0100] Example 4 This example, in Example 3, is the concentration of the nickel salt is a catalytic element which was 1 ppm. その他の処理は全て実施例3と同様である。 Other processes are the same as those in Example 3. この様な構成とすることにより、1つの結晶粒径を大きくすることが可能である。 By virtue of the above configuration, it is possible to increase one crystal grain size. また、本実施例に関しては、固相成長条件を4時間のものと16時間の物の2つの条件で実験を行った。 With respect to the present embodiment, experiments were conducted in two conditions those ones and 16 h 4 h solid phase growth conditions. 熱処理後の薄膜を顕微鏡観察した結果、この様に濃度を下げ、固相成長の時間を4時間とした試料は、実施例3の試料よりも非晶質珪素の部分が多く、また結晶性珪素からなる結晶核の数も低下していた。 Thin the results of microscopic observation after heat treatment, such as lowering the concentration, the sample was 4 hours time solid phase growth is often part of the amorphous silicon than the sample of Example 3, also crystalline silicon the number of crystal nuclei consisting also was reduced. 次にレーザー結晶化後の試料をセコエッチ後SE Then after Sekoetchi the sample after the laser crystallization SE
Mにより観察してみた。 We tried to observed by M. その結果、今回の様に溶液濃度を低下することにより、一つの結晶粒の大きさを、実施例2の場合と比較して大きくすることが可能であることが判明した。 As a result, by reducing the solution concentration as the current, the crystal grain of a size, it has been found it is possible to increase in comparison with the case of Example 2.

【0101】更に、レーザー結晶化後の試料をX線回折を行ってみたところ、固相成長が4時間の物は(11 [0102] Further, when the sample after laser crystallization tried subjected to X-ray diffraction, the ones of the solid phase growth for 4 hours (11
1)配向比率が0.730と、(111)配向性の膜が得られた。 1) orientation ratio and 0.730, (111) orientation of the film was obtained. また16時間固相成長を行った膜は、同配向比率が0.4程度に低下しており、ランダムな膜となっていた。 Film also subjected to 16 hours solid phase growth, the orientation ratio is decreased to about 0.4, has been a random film. 〔実施例5〕本実施例は、本明細書で開示する発明の方法を利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、TFTを得る例である。 EXAMPLE 5 This example uses a crystalline silicon film method was prepared using the invention disclosed in this specification is an example of obtaining the TFT. 本実施例のTFTは、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分に用いることができる。 TFT of this embodiment can be used in the driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device. なお、TFTの応用範囲としては、液晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路に利用できることはいうまでもない。 As the application range of the TFT, not only the liquid crystal display device, it is needless to say that available thin film integrated circuit, commonly referred to.

【0102】図7に本実施例の作製工程の概要を示す。 [0102] A summary of the manufacturing process according to this embodiment FIG.
まずガラス基板11上に下地の酸化珪素膜(図示せず) First silicon oxide film underlying on a glass substrate 11 (not shown)
を2000Åの厚さに成膜する。 The deposited to a thickness of 2000Å. この酸化珪素膜は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。 This silicon oxide film is provided to prevent the diffusion of impurities from the glass substrate.

【0103】そして、非晶質珪素膜を実施例1と同様な方法で500Åの厚さに成膜する。 [0103] Then, formed to a thickness of 500Å the amorphous silicon film in the same manner as in Example 1. そして、自然酸化膜を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜を20Å After the hydrofluoric acid treatment to remove the natural oxide film, 20 Å thin oxide film
程度の厚さに酸素雰囲気でのUV光の照射によって成膜する。 Forming membranes by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere to a thickness on the order. この薄い酸化膜の作製方法は、過水処理や熱酸化による方法でもよい。 Manufacturing method of the thin oxide film may be a method due to the excessive water treatment or thermal oxidation.

【0104】そして25ppmのニッケルを含有した酢酸塩溶液を塗布し、1分間保持し、スピナーを用いてスピンドライを行う。 [0104] Then applying the acetate solution containing 25ppm of nickel, and held for 1 minute, performing spin drying using a spinner. その後バッファフッ酸によって酸化珪素膜20と21を取り除き、550度、8時間の加熱によって、珪素膜を結晶化させる。 Thereafter removed by buffer hydrofluoric acid and the silicon oxide film 20 21, 550 degrees, by heating for 8 hours, to crystallize the silicon film. (ここまでは実施例1に示した作製方法と同じ) (So ​​far, the same as the manufacturing method shown in Example 1)

【0105】上記加熱処理を行うことによって、非晶質成分と結晶成分とが混在した珪素膜を得られる。 [0105] By performing the heat treatment, the resulting silicon film and the amorphous component and crystalline component are mixed. この結晶成分には結晶核が存在している。 It is present crystal nuclei in the crystalline component. さらにKrFエキシマレーザー光を200〜300mJ/cm 2 、本実施例では300mJ/cm 2で照射することにより、珪素膜の結晶性を助長させる。 Further 200~300mJ / cm 2 a KrF excimer laser beam, in this embodiment by irradiation with 300 mJ / cm 2, thereby promoting crystallization of the silicon film. このレーザー光の照射工程においては、基板を400℃程度に加熱する。 In the irradiation step of the laser beam, the substrate is heated to about 400 ° C.. この工程よって、更に結晶化を高める。 By this step, further increasing the crystallization.

【0106】次に、結晶化した珪素膜をパターニングして、島状の領域104を形成する。 Next, by patterning the crystallized silicon film to form an island-like region 104. この島状の領域10 Area 10 of the island-like
4はTFTの活性層を構成する。 4 constitutes an active layer of a TFT. そして、厚さ200〜 Then, 200 thickness
1500Å、ここでは1000Åの酸化珪素膜105を形成する。 1500 Å, where a silicon oxide film 105 of 1000 Å. この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜として機能する。 This silicon oxide film functions as a gate insulating film. (図7(A)) (FIG. 7 (A))

【0107】上記酸化珪素膜105の作製には注意が必要である。 [0107] The preparation of the above-mentioned silicon oxide film 105 is necessary to be careful. ここでは、TEOSを原料とし、酸素とともに基板温度150〜600℃、好ましくは300〜45 Here, the TEOS as a raw material, oxygen with the substrate temperature of 150 to 600 ° C., preferably from 300 to 45
0℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。 At 0 ° C., it was decomposed and deposited by RF plasma CVD. TE TE
OSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜25 Pressure ratio of OS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, and the pressure is 0.05~0.5Torr, RF power is 100 to 25
0Wとした。 It was 0W. あるいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、 The low pressure CVD method or normal pressure CVD method with ozone gas or as a raw material TEOS,
基板温度を350〜600℃、好ましくは400〜55 The substrate temperature 350 to 600 ° C., preferably from 400 to 55
0℃として形成した。 0 was formed as ℃. 成膜後、酸素もしくはオゾンの雰囲気で400〜600℃で30〜60分アニールした。 After the film formation was 30-60 minutes annealing at 400 to 600 ° C. in an oxygen or ozone atmosphere.

【0108】この状態でKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)あるいはそれと同等な強光を照射することで、シリコン領域104の結晶化を助長させてもよい。 [0108] KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) in this state or in it and by irradiating strong light equivalent, may be promoting crystallization of silicon region 104. 特に、赤外光を用いたRTA In particular, RTA using infrared light
(ラピットサーマルアニール)は、ガラス基板を加熱せずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製においては有用である。 (Rapid thermal annealing), without heating the glass substrate, only can be selectively heated silicon, and since it is possible to reduce the interface state at the interface between silicon and silicon oxide film, an insulated gate useful in the preparation of type field effect semiconductor device.

【0109】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これをパターニングし、ゲイト電極106を形成する。 [0109] Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000Å~1μm formed by electron beam evaporation, which was patterned to form a gate electrode 106. アルミニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重量%ドーピングしておいてもよい。 Scandium (Sc) may be previously 0.15 to 0.2 wt% doping in aluminum. 次に基板をpH≒ Then pH ≒ the substrate
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化を行う。 Immersed in ethylene glycol solution of 7,1~3% of tartaric acid, the cathode platinum, the gate electrode of the aluminum as an anode, anodic oxidation. 陽極酸化は、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させる。 Anodic oxidation, increases the voltage at the first constant current to 220V, and held 1 hour to terminate in that state. 本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速度は2〜5V/分が適当である。 In this embodiment the constant current state, the rising speed of the voltage is suitably 2 to 5 V / min. このようにして、厚さ1500〜3500Å、例えば、2000Åの陽極酸化物109を形成する。 In this way, the thickness 1500~3500A, for example, to form an anodic oxide 109 of 2000 Å. (図7(B)) (FIG. 7 (B))

【0110】その後、イオンドーピング法(プラズマドーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不純物(燐)を注入する。 [0110] Thereafter, by ion doping method (also called plasma doping), the island-like silicon film of each TFT, implanted in a self-aligning manner impurity (phosphorus) using the gate electrode portion as a mask. ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH 3 )を用いる。 The doping gas used phosphine (PH 3). ドーズ量は、1〜4×10 Dose, 1 to 4 × 10
15 cm -2とする。 And 15 cm -2.

【0111】さらに、図7(C)に示すようにKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns [0111] Further, KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20ns As shown in FIG. 7 (C)
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶性の劣化した部分の結晶性を改善させる。 ec) by irradiating, thereby improving the crystallinity of the deteriorated portion of the crystalline by introduction of the impurity regions. レーザーのエネルギー密度は150〜400mJ/cm 2 、好ましくは200〜250mJ/cm 2である。 The energy density of the laser is 150~400mJ / cm 2, preferably 200~250mJ / cm 2. こうして、N型不純物(燐)領域108、109を形成する。 Thus, to form an N-type impurity (phosphorus) regions 108 and 109. これらの領域のシート抵抗は200〜800Ω/□となる。 The sheet resistance of these regions will be 200~800Ω / □.

【0112】この工程において、レーザー光を用いる代わりに、フラッシュランプを使用して短時間に1000 [0112] In this step, instead of using a laser beam, in a short time using a flash lamp 1000
〜1200℃(シリコンモニターの温度)まで上昇させ、試料を加熱する。 1200 raised to ° C. (temperature of the silicon monitor), the sample is heated. ここでRTA(ラピッド・サーマル・アニール)(RTP、ラピット・サーマル・プロセスともいう)等のいわゆるレーザー光と同等の強光の照射を用いてもよい。 Here RTA (rapid thermal annealing) may be used radiation-called laser beam equivalent intense light (RTP, also referred to as Rapid thermal process) or the like.

【0113】その後、全面に層間絶縁物110として、 [0113] Then, as an interlayer insulator 110 over the entire surface,
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD Plasma CVD of TEOS as raw material, and this oxygen
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV Law or a low pressure CVD method or normal pressure CV with ozone,
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。 The thickness is 3000Å ​​silicon oxide film by Method D. 基板温度は250〜450℃、例えば、350℃とする。 The substrate temperature is 250 to 450 ° C., for example, to 350 ° C..
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機械的に研磨する。 After the film formation, to obtain a flatness of the surface to polish the silicon oxide film mechanically. (図7(D)) (FIG. 7 (D))

【0114】そして、層間絶縁物110をエッチングして、図7(E)に示すようにTFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタンの配線112、113を形成する。 [0114] Then, an interlayer insulator 110 is etched, a contact hole is formed in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 7 (E), to form the wiring 112 and 113 of chromium or titanium nitride.

【0115】最後に、水素中で300〜400℃で0. [0115] Finally, in, 300~400 ℃ in hydrogen 0.
1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了する。 And 1-2 hours annealed to complete the hydrogenation of the silicon. このようにして、TFTが完成する。 In this way, TFT is completed. そして、同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。 Then, to complete the active matrix type liquid crystal display device caused to sequence a number of TFT manufactured at the same time in a matrix.
このTFTは、ソース/ドレイン領域108/109とチャネル形成領域114を有している。 The TFT has a source / drain region 108/109 and a channel forming region 114. また115がN The 115 N
Iの電気的接合部分となる。 The electrical junction of I.

【0116】本実施例の構成を採用した場合、活性層中に存在するニッケルの濃度は、3×10 18 cm -3程度あるいはそれ以下の、1×10 16 atoms cm -3 〜3×10 [0116] When employing the configuration of this embodiment, the concentration of nickel present in the active layer is of 3 × 10 18 cm -3 of about or less, 1 × 10 16 atoms cm -3 ~3 × 10
18 atoms cm -3であると考えられる。 18 is considered to be atoms cm -3.

【0117】本実施例で作製されたTFTは、移動度がNチャネルで75cm 2 /Vs以上のものが得られている。 [0117] TFT manufactured in this example, mobility of not less than 75 cm 2 / Vs in the N-channel is obtained. またV thも小さく良好な特性を有していることが確認されている。 Also to have a small good characteristics V th has been confirmed. さらに、移動度のバラツキも±5%以内であることが確認されている。 Furthermore, it has been confirmed the variation of mobility is within ± 5%. このバラツキの少なさは、配向性がランダムであるため、デバイスの動作特性に異方性がないためであると考えられる。 Lack of this variation, since the orientation is random, is thought to be because there is no anisotropy in the operating characteristics of the device. レーザー光のみを利用した場合には、Nチャネル型で100cm 2 When using only the laser light, 100 cm in N-channel type 2 /
Vs以上のものを容易に得ることができるが、バラツキが大きく、本実施例のような均一性を得ることができない。 The more than Vs can be easily obtained, but the variation is large, it is impossible to obtain uniformity as in this embodiment.

【0118】〔実施例6〕本実施例は、実施例5のニッケル濃度を1ppmとし、結晶粒径を大きくする構成である。 [0118] Example 6 This example, the nickel concentration in Example 5 and 1 ppm, a configuration to increase the grain size. それ以外の構成は実施例5と全く同一である。 The rest of the configuration is exactly the same as in Example 5.

【0119】結果としては、移動度がNチャネルで15 [0119] As a result, the mobility of an N-channel 15
0cm 2 /Vs以上のものが得られた。 0cm 2 / Vs or more of those were obtained. これは結晶粒径が大きくなった効果であると考えられる。 This is believed to be the effect of grain size is increased. しかしながら、移動度のバラツキが±30%程度存在し、均一性はそれほど高くなかった。 However, variations in the mobility exist about ± 30%, was not so high uniformity. この理由は明らかではないが、 The reason for this is not clear,
(111)配向性をある程度有しているため、デバイスに異方性が生じてしまった可能性があると推測される。 (111) because it has a certain degree of orientation, anisotropy in the device is presumed that there is a possibility that had occurred.

【0120】〔実施例7〕本実施例においては、実施例2に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分から横方向(基板に平行な方向)に結晶成長した領域を用いて電子デバイスを形成する例を示す。 [0120] In Example 7 In the present Example, the selective introduction of nickel as shown in Example 2, electrons with lateral regions grown on (direction parallel to the substrate) from the section an example of forming the device. このような構成を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすることができる。 When employing such a configuration, it is possible to further reduce the nickel concentration in the active layer region of the device can be a highly preferred arrangement over the electrical stability and reliability of the device. また、非晶質珪素膜の膜厚を400Åとすることによって、ほぼ完全に(111)配向性の膜を得ることが可能である。 Further, by a 400Å thickness of the amorphous silicon film, it is possible to obtain substantially complete (111) orientation of the film.

【0121】図8に本実施例の作製工程を示す。 [0121] A fabrication process according to the present embodiment FIG. まず、 First of all,
基板201を洗浄し、TEOS(テトラ・エトキシ・シラン)と酸素を原料ガスとしてプラズマCVD法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜202を形成する。 Washing the substrate 201, the oxygen and TEOS (tetraethoxysilane) forming a base film 202 of silicon oxide having a thickness of 2000Å by plasma CVD as the material gas. そして、プラズマCVD法によって、厚さ300〜 Then, by plasma CVD, 300 thickness
1500Å、本実施例では400Åの真性(I型)の非晶質珪素膜203を成膜する。 1500 Å, in this embodiment, an amorphous silicon film 203 of an intrinsic (I type) of 400 Å. 次に連続的に厚さ500 Then continuously thickness 500
〜2000Å、例えば1000Åの酸化珪素膜205をプラズマCVD法によって成膜する。 ~2000A, deposited by e.g. 1000Å plasma CVD silicon oxide film 205. そして、酸化珪素膜205を選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域206を形成する。 Then, a silicon oxide film 205 is selectively etched to form a region 206 exposed amorphous silicon.

【0122】そして実施例2に示した方法により結晶化を助長する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液(ここでは酢酸塩溶液)塗布する。 [0122] Then (acetate salt solution here) solution containing nickel as a catalyst element for promoting crystallization by the method described in Example 2 is applied. 酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は100ppmである。 The concentration of nickel in the acetate solution is 100 ppm. その他、詳細な工程順序や条件は実施例1で示したものと同一である。 Other detailed process sequence and conditions were identical to those shown in Example 1.
この工程は、実施例5または実施例6に示した方法によるものであってもよい。 This step may be by the method shown in Example 5 or Example 6.

【0123】この後、窒素雰囲気下で500〜620 [0123] After this, under a nitrogen atmosphere 500-620
℃、例えば550℃、8時間の加熱アニールを行い、珪素膜203の結晶化を行う。 ° C., for example 550 ° C., subjected to heat annealing for 8 hours, to crystallize the silicon film 203. 結晶化は、ニッケルと珪素膜が接触した領域206を出発点として、矢印で示されるように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行する。 Crystallization as the starting point region 206 nickel and silicon film are in contact, the crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by the arrows. 図においては領域204はニッケルが直接導入されて結晶化した部分、領域203は横方向に結晶化した部分を示す。 Partial region 204 crystallized is introduced directly nickel in the figure, region 203 indicates the crystallized portion in the lateral direction. この203で示される横方向への結晶は、2 Crystals in the lateral direction indicated by the 203, 2
5μm程度である。 It is about 5μm. (図8(A)) (FIG. 8 (A))

【0124】上記加熱処理による結晶化工程の後にさらにレーザー光の照射により珪素膜203の結晶性を助長させる。 [0124] thereby promoting crystallization of the silicon film 203 by irradiation of the further laser beam after the crystallization step by the heat treatment. この工程は、実施例1と全く同一であるが、酸化珪素膜205を除去せずにレーザー結晶化を施すために、実施例1よりも更に高エネルギー、本実施例中では350mJ/cm 2で結晶化を行った。 This step is the same manner as in Example 1, in order to perform the laser crystallization without removing the silicon oxide film 205, a higher energy than in Example 1, the in this example at 350 mJ / cm 2 the crystallization was carried out.

【0125】次に、酸化珪素膜205を除去する。 [0125] Next, to remove the silicon oxide film 205. この際、領域206の表面に形成される酸化膜も同時に除去する。 At this time, the oxide film formed on the surfaces of the regions 206 is also removed simultaneously. そして、珪素膜204をパターニング後、ドライエッチングして、島状の活性層領域208を形成する。 Then, after patterning the silicon film 204, it is dry-etched to form an island-like active layer region 208.
この際、図8(A)で206で示された領域は、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。 At this time, the region shown by 206 in FIG. 8 (A) is a nickel was directly introduced region is a region in which nickel is present in high concentrations. また、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とが確認されている。 Further, also the tip of the crystal growth, and is also confirmed that nickel is present in high concentrations. これらの領域では、その中間の領域に比較してニッケルの濃度が高いことが判明している。 In these areas, it has been found that high concentration of nickel as compared to its middle area. したがって、本実施例においては、活性層208において、これらのニッケル濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないようにした。 Accordingly, in this embodiment, in the active layer 208, the area these high nickel concentration not overlap with the channel formation region.

【0126】その後、100体積%の水蒸気を含む10 [0126] Then, 10 containing 100% by volume of water vapor
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲気中において、1時間放置することによって、活性層(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209 Pressure of 500 to 600 ° C., typically in an atmosphere of 550 ° C., by leaving 1 hour, to oxidize the surface of the active layer (silicon film) 208, a silicon oxide film 209
を形成する。 To form. 酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。 The thickness of the silicon oxide film is set to 1000 Å. 熱酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃ After forming the silicon oxide film 209 by thermal oxidation, a substrate, an ammonia atmosphere (1 atm, 100%), 400 ° C.
に保持させる。 To be held to. そして、この状態で基板に対して、波長0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20 Then, the substrate in this state, the wavelength 0.6~4Myuemu, for example, infrared light having a peak in 0.8~1.4μm irradiated 180 seconds, a silicon oxide film 20
9に対して窒化処理を施す。 Subjected to nitriding treatment against 9. なおこの際、雰囲気に0. It should be noted that at this time, 0 to the atmosphere.
1〜10%のHClを混入してもよい。 1-10% HCl may be mixed. (図8(B)) (FIG. 8 (B))

【0127】引き続いて、スパッタリング法によって、 [0127] Then, by a sputtering method,
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を成膜する。 Thickness 3000~8000A, is deposited, for example, (including 0.01 to 0.2% of the scandium) 6000 Å of aluminum. そして、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極210を形成する。 Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 210. (図8(C)) (FIG. 8 (C))

【0128】さらに、このアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物層211を形成する。 [0128] Further, the surface of this aluminum electrode was anodically oxidized to form an oxide layer 211 on the surface. この陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行う。 The anodic oxidation is performed in tartaric acid ethylene glycol solution containing 1-5%. 得られる酸化物層211の厚さは2 The thickness of the resulting oxide layer 211 is 2
000Åである。 Is 000Å. なお、この酸化物211は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。 Incidentally, the oxide 211, in the ion doping process after, since the thickness forming the offset gate region may be determined the length of the offset gate region in the above anodization step. (図8 (Figure 8
(D)) (D))

【0129】次に、イオンドーピング法(プラズマドーピング法でもよい)によって、活性層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスクとして、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここでは燐)を添加する。 [0129] Next, an ion doping method by (or plasma doping), active layer region gate electrode portion (the source / drain and a channel), that is, the oxide layer 211 and its surrounding gate electrode 210 as a mask (here phosphorous) impurity imparting self-alignment manner N conductivity type is added. ドーピングガスとして、フォスフィン(PH 3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80kVとする。 Used as the doping gas, phosphine (PH 3), the acceleration voltage 60~90KV, eg, 80 kV. ドーズ量は1×10 15 〜8×10 Dose is 1 × 10 15 ~8 × 10
15 cm -2 、例えば、4×10 15 cm -2とする。 15 cm -2, for example, a 4 × 10 15 cm -2. この結果、N型の不純物領域212と213を形成することができる。 As a result, it is possible to form the impurity regions 212 and 213 of the N-type. 図からも明らかなように不純物領域とゲイト電極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。 An offset state of Hore distance x from the impurity region and the gate electrode As is clear from FIG. このようなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(NチャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。 Such an offset state, (in the case of N-channel TFT minus) of reverse voltage to the gate electrode is effective in reducing the leakage current due to application of a (also referred to as off current).
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効である。 In particular, since it is desired leakage current is low so as not escape the charge accumulated in the pixel electrode in order to obtain a satisfactory image in TFT for controlling the pixels of an active matrix as in the present embodiment, there is provided an offset it is effective.

【0130】その後、レーザー光の照射によってアニールを行う。 [0130] Thereafter, annealing by irradiation with laser light. レーザー光としては、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いるが、他のレーザーであってもよい。 As the laser beam, KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used, it may be another laser. レーザー光の照射条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm 2 The laser light irradiation conditions, the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2,
例えば250mJ/cm 2とし、一か所につき2〜10 For example, the 250mJ / cm 2, 2~10 per location
ショット、例えば2ショット照射した。 Shot, for example, for 2 shots. 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。 By heating the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of irradiation of the laser beam may be made to increase the effect. (図8(E)) (Figure 8 (E))

【0131】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21 [0131] Then, silicon oxide with a thickness of 6000Å film 21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成する。 4 is formed by a plasma CVD method as an interlayer insulator. さらに、スピンコーティング法によって透明なポリイミド膜215を形成し、表面を平坦化する。 Further, to form a transparent polyimide film 215 by spin coating to planarize the surface.

【0132】そして、層間絶縁物214、215にコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線217、218を形成する。 [0132] Then, contact holes in the interlayer insulator 214 and 215, a metal material, for example, to form electrodes and wiring 217 and 218 of the TFT by a multilayered film of titanium nitride and aluminum. 最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、TFTを有するアクティブマトリクスの画素回路を完成する。 Finally, 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm, annealing is performed for 30 minutes to complete a pixel circuit of an active matrix having a TFT. (図8 (Figure 8
(F)) (F))

【0133】本実施例で作製したTFTは高移動度を得ることができるので、アクティブマトリックス型の液晶表示装置のドライバー回路に利用することができる。 [0133] Since the TFT manufactured in this embodiment can obtain high mobility, can be used for the driver circuit of an active matrix type liquid crystal display device. 具体的には移動度がNチャネルで250cm 2 /Vs以上のものが得られた。 Specifically mobility is 250 cm 2 / Vs or more ones obtained with N channel. これは結晶の配向性が非常に高くなったため、粒界におけるポテンシャル障壁が低下したことに起因していると予想される。 This is because the orientation of the crystal is very high, the potential barrier at the grain boundaries are expected to be due to decreased.

【0134】〔実施例8〕本実施例は、実施例7の横成長の方法をOCDを用いた方法に変更したものである。 [0134] EXAMPLE 8 This example is a modification of the method of the lateral growth of Example 7 to the method using the OCD.
即ち、500Åの真性(I型)の非晶質珪素膜203の後に連続的に成膜した厚さ500〜2000Å、例えば1000Åの酸化珪素膜205を省略し、その代わりにニッケルを含有させたSOG膜、ここでは東京応化製のOCD Type−2 のノンド─プの材料 Si−5 That, 500 Å intrinsic to the thickness was continuously formed after the amorphous silicon film 203 (I-type) 500 to 2000, for example, omit the silicon oxide film 205 of 1000 Å, and instead contain a nickel SOG film, here in Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. of OCD Type-2 throat ─ material Si-5 of flops
9000−SGを用い、この中にニッケル化合物を含有させた物を成膜した。 Using 9000-SG, it was deposited material which contains nickel compounds therein. 成膜に先立っては、表面をオゾンにさらして非常に薄い酸化膜を形成し、その後にOCD Prior to deposition, to form a very thin oxide film by exposing the surface to ozone, followed by OCD
を成膜した。 The film was formed. その後80℃及び150℃のプリベ─クを行い、続いて250℃のキュアを行った。 Then perform Prevailing ─ click of 80 ° C. and 0.99 ° C., followed by a cure of 250 ° C.. このキュアの温度が高すぎるとこの工程において既にニッケルが非晶質珪素中に拡散してしまうため注意が必要である。 Already it must be aware that nickel diffuses into the amorphous silicon in this process the temperature of the curing is too high. また、オゾンによって生成した非常に薄い酸化膜はこのキュア工程における拡散のバリヤーとして作用し、これが無い場合には250℃でも充分にニッケルが拡散してしまうので注意が必要である。 Also, very thin oxide film produced by the ozone acts as a barrier for diffusion in this curing step, if it is not it is necessary to note that nickel is sufficiently even 250 ° C. diffuses. 次に、所定のパタ−ニングを行う。 Then, a predetermined pattern - performing training. このパターニングは実施例7のマスクを用いて、レジストでポジネガ反転させたものを用いた。 This patterning using a mask of Example 7 was used as the positive-negative is reversed in the resist. パターニング後のエッチングは、OCDのエッチングレートが非常に早い為、ウェットよりもドレイプロセスが望ましい。 Etching after patterning, since the very early etching rate of OCD, drain process is preferable than wet. 以下の工程は実施例7とほぼ同様であるため省略する。 It omitted because the steps are substantially the same manner as in Example 7. 得られたTFTの特性は実施例7の物と殆ど同様であった。 Characteristics of the resulting TFT were almost the same as those of Example 7. 得られたTFTのゲ─ト部分を剥離し、その下の活性層部分の配向性を電子線回折から調べたところ、ほぼ(200)配向となっていることが観測された。 Gate ─ root section of the resulting TFT was peeled off, was examined the orientation of the active layer portion of the underlying from electron diffraction was observed that the nearly (200) orientation.

【0135】〔実施例9〕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 [0135] EXAMPLE 9 This example, P-channel type TFT using a crystalline silicon film formed on a glass substrate
(PTFT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。 It is an example of a circuit that combines the complementary and an N-channel type TFT (referred to PTFT) (referred to NTFT). 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。 Structure of this embodiment, the switching elements and peripheral driver circuit of the pixel electrode of an active type liquid crystal display device can be further used for the image sensor and the integrated circuit. 図10に本実施例の作製工程の断面図を示す。 Figure 10 shows a cross-sectional view of manufacturing steps of this embodiment. まず、 First of all,
基板(コーニング7059)301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302を形成する。 Substrate to form a base film 302 of silicon oxide having a thickness of 2000Å by sputtering on (Corning 7059) 301. つぎにメタルマスクまたは酸化珪素膜等によって形成されたマスク303を設ける。 Then providing a mask 303 formed by a metal mask or silicon oxide film or the like. このマスク30 This mask 30
3は、300の領域でスリット状に下地膜302を露呈させる。 3, to expose the underlying film 302 like a slit 300 region of. 即ち、図10(A)の状態を上面から見ると、スリット状に下地膜302は露呈しており、他ぼ部分はマスクされている状態となっている。 That is, looking at the state shown in FIG. 10 (A) from the top, the underlying film 302 like a slit is exposed, the other pot portion is in a state of being masked.

【0136】上記マスク303を設けた後、スパッタリング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの珪化ニッケル膜(化学式NiSi x 、0.4≦x≦2. [0136] After providing the mask 303, by sputtering, the thickness 5~200A, e.g. 20Å of nickel silicide film (chemical formula NiSi x, 0.4 ≦ x ≦ 2 .
5、例えば、x=2.0)を300の領域に選択的に成膜する。 5, for example, formed selectively x = 2.0) to 300 of the region.

【0137】つぎに、プラズマCVD法によって、厚さ500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型) [0137] Next, by plasma CVD, the thickness 500~1500A, e.g. 1000Å intrinsic (I type)
の非晶質珪素膜304を成膜する。 An amorphous silicon film 304. そして、これを水素還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気圧),550℃、または不活性雰囲気化(大気圧),5 Then, (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to 1 atm) which under a hydrogen reducing atmosphere, 550 ° C., or in an inert atmosphere of (atmospheric pressure), 5
50℃、で4時間アニールして結晶化させる。 50 ° C., in 4 hours annealed to be crystallized. この際、 On this occasion,
珪化ニッケル膜が選択的に成膜された300の領域においては、基板301に対して垂直方向に非晶質珪素膜3 In 300 the region of the nickel silicide film is selectively formed, an amorphous silicon film 3 in a direction perpendicular to the substrate 301
04の結晶化が起こる。 Crystallization of 04 occurs. そして、領域300以外の領域では、矢印305で示すように、領域300から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行われる。 Then, in a region other than the region 300, as indicated by arrow 305, crystal growth is carried out from the region 300 in the lateral direction (direction parallel to the substrate).

【0138】上記工程の結果、非晶質珪素膜304を結晶化させて、結晶性珪素膜を得ることができる。 [0138] Results of the above process, the amorphous silicon film 304 is crystallized, it is possible to obtain a crystalline silicon film. その後、スパッタリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜306をゲイト絶縁膜として成膜する。 Thereafter, and the silicon oxide film 306 having a thickness of 1000Å by sputtering as a gate insulating film. スパッタリングには、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタリング時の基板温度は200〜400℃、例えば350 The sputtering, silicon oxide is used as the target, the substrate temperature during sputtering 200 to 400 ° C., for example 350
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.5、例えば0.1以下とする。 ° C., the sputtering atmosphere of oxygen and argon, argon / oxygen = 0 to 0.5, for example 0.1 or less. そして、素子間分離を行ない、TFTの活性層領域を確定する。 Then, perform the inter-element isolation, to determine the active layer region of the TFT. この際、チャネル形成領域となる部分に305で示す結晶成長の先端部が存在しないようにすることは重要である。 In this case, it is important that the tip portion of the crystal growth shown by 305 in the portion to be a channel formation region is to be absent. こうすることで、ソース/ドレイン間を移動するキャリアがチャネル形成領域において、ニッケル元素の影響を受けないようにすることができる。 Thereby, it is possible carriers that move between the source / drain in the channel forming region, so as not affected by the nickel.

【0139】引き続いて、スパッタリング法によって、 [0139] Then, by a sputtering method,
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミニウム(0.1〜2%のシリコンを含む)を成膜する。 Thickness 6000~8000A, is deposited, for example (including 0.1 to 2% silicon) 6000 Å of aluminum.

【0140】そして、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極307、309を形成する。 [0140] Then, by patterning the aluminum film to form a gate electrode 307, 309. 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308、310を形成する。 Further, the surface of this aluminum electrode was anodically oxidized to form an oxide layer 308, 310 on the surface. 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。 The anodic oxidation, tartaric acid were carried out in 1-5% an ethylene glycol solution containing. 得られた酸化物層308、310の厚さは200 The thickness of the resulting oxide layer 308 200
0Åであった。 It was 0Å. なお、この酸化物308と310とは、 Note that the oxide 308 and 310,
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。 In ion doping process after, since the thickness forming the offset gate region may be determined the length of the offset gate region in the above anodization step.

【0141】次に、イオンド注入によって、活性層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成する)に一導電型を付与する不純物を添加する。 [0141] Next, by Iondo implantation, doped with an impurity imparting one conductivity type into the active layer regions (source / drain, constituting a channel). このドーピング工程において、ゲイト電極307とその周囲の酸化層308、ゲイト電極309とその周囲の酸化層310をマスクとして不純物(燐およびホウ素)を注入する。 In this doping step, implanting impurities (phosphorus and boron) oxide layer 308 and its surrounding gate electrode 307, gate electrode 309 and the oxide layer 310 surrounding the mask. ドーピングガスとして、フォスフィン(PH 3 )およびジボラン(B As the doping gas, phosphine (PH 3) and diborane (B
26 )を用い、前者の場合は、加速電圧を60〜90 Using 2 H 6), in the former case, the acceleration voltage of 60 to 90
kV、例えば80kV、後者の場合は、40〜80k kV, for example 80 kV, in the latter case, 40~80K
V、例えば65kVとする。 V, for example, to 65kV. ドース量は1×10 15 〜8 Dose of the 1 × 10 15 to 8
×10 15 cm -2 、例えば、燐を2×10 15 cm -2 、ホウ素を5×10 15とする。 × 10 15 cm -2, for example, phosphorus 2 × 10 15 cm -2, and 5 × 10 15 boron. 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する。 In doping, by covering one of the areas with a photoresist, selectively doping the respective elements. この結果、N型の不純物領域314と316、P型の不純物領域311と31 As a result, impurity regions 314 of the N-type and 316, a P-type impurity regions 311 31
3が形成され、Pチャネル型TFT(PTFT)の領域とNチャネル型TFT(NTFT)との領域を形成することができる。 3 is formed, it is possible to form a region between the region and the N-channel type TFT of the P-channel type TFT (PTFT) (NTFT).

【0142】その後、レーザー光の照射によってアニール行う。 [0142] Thereafter, annealing by irradiation of a laser beam. 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。 As the laser beam, KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used, and may be another laser. レーザー光の照射条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm 2 The laser light irradiation conditions, the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2,
例えば250mJ/cm 2とし、一か所につき2〜10 For example, the 250mJ / cm 2, 2~10 per location
ショット、例えば2ショット照射する。 Shot, for example, 2 shots. 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は有用である。 It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of irradiation of the laser beam. このレーザアニール工程において、先に結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、このレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行し、P型を付与する不純物がドープされた不純物領域3 In the laser annealing process, since nickel in the previously crystallized regions is diffused by irradiation of the laser beam, recrystallization proceeds easily, impurity imparting P-type doped impurities area 3
11と313、さらにはNを付与する不純物がドープされた不純物領域314と316は、容易に活性化させることができる。 11 and 313, more impurity regions 314 and 316 doped with impurities imparting N can be easily activated.

【0143】この工程は、赤外線(例えば1.2μm) [0143] This process, infrared (for example, 1.2μm)
によるランプアニールによる方法でもよい。 It may be in the process according to the lamp annealing by. 赤外線は珪素へは吸収されやすく、1000度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。 Infrared is easily absorbed into the silicon, it is possible to perform effective annealing comparable to 1000 degrees of thermal annealing. その反面、ガラス基板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。 On the other hand, since hardly absorbed in the glass substrate, it can be said that there is no heating the glass substrate to a high temperature, and since less time of treatment, in the process of shrinkage of the glass substrate becomes a problem is the method of choice .

【0144】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜31 [0144] Then, with a thickness of 6000Å silicon oxide film 31
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し、これ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 8 was formed by a plasma CVD method as an interlayer insulator, to which contact holes are formed, a metallic material, for example, TF by a multilayered film of titanium nitride and aluminum
Tの電極・配線317、320、319を形成する。 Forming an electrode and wiring 317,320,319 of T. 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。 Finally, 350 ° C. in a hydrogen atmosphere of 1 atm, annealing is performed for 30 minutes, to complete the semiconductor circuit constructed a TFT complementary. (図10(D)) (FIG. 10 (D))

【0145】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。 [0145] The circuit shown in the above is a CMOS structure provided complementary to the PTFT and NTFT, in the step, create two TFT simultaneously by cutting in the middle, two independent TFT simultaneously it is also possible to produce.

【0146】図11に、図10(D)を上面から見た概要を示す。 [0146] Figure 11 shows an outline as seen from above Figure 10 (D). 図11における符号は図10の符号に対応する。 Symbols in FIG. 11 corresponding to the code of Figure 10. 図11 Figure 11
に示すように結晶化の方向は矢印で示す方向であり、ソース/ドレイン領域の方向(ソース領域とドレイン領域を結んだ線方向)に結晶成長が行われている。 Direction of the crystallization, as shown in is a direction indicated by an arrow, the crystal growth in a direction (linear direction connecting the source region and the drain region) of the source / drain regions is performed. この構成のTFTの動作時において、キャリアはソース/ドレイン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って移動する。 During operation of the arrangement of the TFT, the carrier is moved along the crystal grown between the source / drain acicular or columnar. 即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界に沿って移動する。 That carrier is moved along the grain boundary of the needle-like or columnar crystals. 従って、キャリアが移動する際に受ける抵抗を低減することができ、高移動度を有するTF Therefore, it is possible that the carrier to reduce the resistance experienced when moving, TF with high mobility
Tを得ることができる。 T it is possible to obtain.

【0147】本実施例においては、Niを導入する方法として、非晶質珪素膜304下の下地膜302上に選択的にNiを薄膜(極めて薄いので、膜として観察することは困難である)として形成し、この部分から結晶成長を行わす方法を採用したが、非晶質珪素膜304を形成後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方法でもよい。 [0147] In this embodiment, as a method for introducing Ni, selectively Ni on the underlying film 302 under the amorphous silicon film 304 thin (so extremely thin, it is difficult to observe the film) formed as has been adopted a method to perform the crystal growth from this portion, after forming an amorphous silicon film 304 may be a method of forming a selective nickel silicide film. 即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面から行ってもよいし、下面から行ってもよい。 That is, the crystal growth may be performed from the upper surface of the amorphous silicon film may be performed from the lower surface. また、予め非晶質珪素膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッケルイオンをこの非晶質珪素膜304中に選択的に注入する方法を採用してもよい。 Further, by forming a pre-amorphous silicon film, further using an ion doping method may be employed a method of selectively implanting nickel ions into the amorphous silicon film 304. この場合は、ニッケル元素の濃度を制御することができるという特徴を有する。 In this case, it has a feature that it is possible to control the concentration of nickel element. また非晶質珪素膜に対するニッケルの導入手段は、プラズマ処理やCVD法による方法でもよい。 The introduction means of nickel to the amorphous silicon film may be a method by plasma treatment or CVD.

【0148】〔実施例10〕本実施例は、アクティブ型の液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチング素子として各画素に設けた例である。 [0148] Example 10 This example, in the active-type liquid crystal display device, an example in which each pixel an N-channel type TFT as a switching element. 以下においては、一つの画素について説明するが、他に多数(一般には数十万)の画素が同様な構造で形成される。 In the following description for one pixel, the pixel of the large number of other (tens of thousands in general) is formed in the same structure. また、N In addition, N
チャネル型ではなくPチャネル型でもよいことはいうまでもない。 It goes without saying that it may be a P-channel type instead of the channel type. また、液晶表示装置の画素部分に設けるのではなく、周辺回路部分にも利用できる。 Instead of providing the pixel portion of the liquid crystal display device can also be used in the peripheral circuit portion. また、イメージセンサや他の装置に利用することができる。 It is also possible to use an image sensor or other device. 即ち薄膜トランジタと利用するのであれば、特にその用途が限定されるものではない。 If words to use a thin film Toranjita, not particularly its use is limited.

【0149】本実施例の作製工程の概略を図12に示す。 [0149] The outline of the manufacturing steps of this embodiment shown in FIG. 12.
本実施例において、基板401としてはコーニング70 In this embodiment, the substrate 401 Corning 70
59ガラス基板(厚さ1.1mm、300×400m 59 glass substrate (thickness 1.1 mm, 300 × 400 meters
m)を使用した。 m) was used. まず、下地膜402(酸化珪素)をスパッタリング法で2000Åの厚さに形成する。 First, it formed to a thickness of 2000Å underlying film 402 (silicon oxide) by sputtering. この後選択的にニッケルを導入するために、メタルマスクや酸化珪素膜、またはフォトレジスト等により、マスク40 For the selective introduction of nickel Thereafter, a metal mask or a silicon oxide film or a photoresist or the like, the mask 40
3を形成する。 3 to form. そして、スパッタリング法により珪化ニッケル膜を成膜する。 Then, the formation of the nickel silicide film by sputtering. この珪化ニッケル膜は、スパッタリング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの厚さに形成する。 This nickel silicide film, by sputtering, the thickness 5~200A, formed in a thickness of, for example, 20 Å. この珪化ニッケル膜は、化学式NiS The nickel silicide film has the formula NiS
x 、0.4≦x≦2.5、例えば、x=2.0で示される。 i x, 0.4 ≦ x ≦ 2.5 , for example, represented by x = 2.0. このようにして、選択的に領域404に珪化ニッケル膜が形成される。 Thus, a nickel silicide film is formed selectively region 404.

【0150】この後、LPCVD法もしくはプラズマC [0150] After this, LPCVD method or a plasma C
VD法で非晶質珪素膜405を1000Åの厚さに形成し、400℃で1時間脱水素化を行った後、加熱アニールによって結晶化を行う。 The amorphous silicon film 405 was formed to a thickness of 1000Å at VD method, after 1 hour dehydrogenation at 400 ° C., is crystallized by thermal annealing. このアニール工程は、水素還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気圧)、550℃で4時間行った。 This annealing step, under a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to 1 atm), was carried out for 4 hours at 550 ° C.. またこの加熱アニール工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。 It may also make this thermal annealing step in an inert atmosphere such as nitrogen.

【0151】このアニール工程において、非晶質珪素膜405下の一部の領域には、珪化ニッケル膜が形成されているので、この部分から結晶化が起こる。 [0151] In this annealing step, some regions of the lower amorphous silicon film 405, since a nickel silicide film is formed, crystallization occurs from this portion. この結晶化の際、図12(B)の矢印で示すように、珪化ニッケルが成膜されている部分404では、基板401に垂直方向にシリコンの結晶成長が進行する。 During this crystallization, as shown by the arrows in FIG. 12 (B), the in portion 404 nickel silicide is deposited, crystal growth of silicon proceeds in a direction perpendicular to the substrate 401. また、同様に矢印で示されるように、珪化ニッケルが成膜されいていない領域(領域404以外の領域)においては、基板に対し、 Further, as shown in the same arrows, in the region where the nickel silicide is not yet been deposited (region other than the region 404), to the substrate,
平行な方向に結晶成長が行われる。 Crystal growth is performed in a direction parallel to.

【0152】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜4 [0152] Thus, the semiconductor film 4 made from crystalline silicon
05を得ることができる。 05 can be obtained. 次に、上記半導体膜405をパターニングして島状の半導体領域(TFTの活性層) Next, the semiconductor film 405 is patterned island-shaped semiconductor region (active layer of the TFT)
を形成する。 To form. この際、矢印の如く結晶成長した結晶の先端部が活性層、特にチャネル形成領域に存在しないようにすることが重要である。 At this time, it is important that the tip of the crystals grown as indicated by the arrow is prevented present in the active layer, particularly the channel forming region. 具体的には、図12(B)の矢印の先端部が結晶成長に終点(端部)である場合、ニッケルが導入された404の部分とこの矢印の終点(図面左端)の部分の結晶性珪素膜405をエッチングで除去し、結晶性珪素膜405の基板に平行な方向に結晶成長した中間部分を活性層として利用することが有用である。 Specifically, the arrows when the tip portion is the end point for crystal growth (end), the crystalline portion of the part and the end point of the arrow of the nickel was introduced 404 (drawing left) shown in FIG. 12 (B) the silicon film 405 is removed by etching, it is useful to use a substrate intermediate portion that crystal growth in a direction parallel to the crystalline silicon film 405 as an active layer. これは、ニッケルが結晶成長先端部に集中している事実を踏まえ、この先端部に集中したニッケルがTFT This given the fact that the nickel is concentrated in the crystal growth tip, nickel concentrated at the tip TFT
の特性に悪影響を及ぼすことを防ぐためである。 It is to prevent the characteristics adversely affected.

【0153】さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO [0153] In addition tetraethoxysilane (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 The S) as a starting material, by the plasma CVD method in an oxygen atmosphere, a gate insulating film of silicon oxide (thickness 70~120n
m、典型的には100nm)406を形成する。 m, typically 100 nm) 406 is formed. 基板温度はガラスの縮みやソリを防止するために400℃以下、好ましくは200〜350℃とする。 Substrate temperature 400 ° C. or less in order to prevent shrinkage and warpage of the glass, preferably 200 to 350 ° C..

【0154】次に、公知のシリコンを主成分とした膜をCVD法で形成し、パターニングを行うことによって、 [0154] Then, a film mainly containing known silicon by a CVD method, by performing patterning,
ゲイト電極407を形成する。 Forming a gate electrode 407. その後、N型の不純物として、リンをイオン注入法で注入し、自己整合的にソース領域408、チャネル形成領域409、ドレイン領域410を形成する。 Thereafter, the N-type impurity, phosphorus is implanted at an ion implantation method, a self-aligned manner source region 408, a channel forming region 409, a drain region 410. そして、KrFレーザー光を照射することによって、イオン注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る。 Then, by irradiating KrF laser beam, thereby improving the crystallinity of the crystalline of the degraded silicon film for ion implantation. このときにはレーザー光のエネルギー密度は250〜300mJ/cm 2とする。 The energy density of the laser beam when the the 250~300mJ / cm 2. このレーザー照射によって、このTFTのソース/ This laser irradiation, the TFT source /
ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/cm 2となる。 The sheet resistance of the drain becomes 300~800Ω / cm 2. このアニール工程を、赤外線のランプアニールによって行うのは有用である。 The annealing process, it is useful to carry out by lamp annealing infrared.

【0155】その後、酸化珪素によって層間絶縁物41 [0155] Thereafter, an interlayer insulator by silicon oxide 41
1を形成し、さらに、画素電極412をITOによって形成する。 1 is formed, further, the pixel electrode 412 are formed by ITO. そして、コンタクトホールを形成して、TF Then, to form a contact hole, TF
T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413、414を形成し、このうち一方の電極414はITO412にも接続するようにする。 The source / drain regions of the T forming the electrodes 413, 414 with chrome / aluminum multi-layer film, the electrodes 414 of these one is to be connected to ITO412. 最後に、水素中で200〜300℃で2時間アニールして、 Finally, annealed for two hours at 200 to 300 [° C. in hydrogen,
シリコンの水素化を完了する。 Completing hydrogenation of the silicon. このようにして、TFT In this way, TFT
を完成する。 Finalizing. この工程は、同時に他の多数の画素領域においても同時に行われる。 This step is also carried out simultaneously in a number of other pixel areas at the same time.

【0156】本実施例で作製したTFTは、ソース領域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切ることがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの移動度の高いTFTを得ることができた。 [0156] TFT manufactured in this embodiment, the source region, the channel formation region, as an active layer constituting the drain region, because of the use of crystalline silicon film in which crystal growth in the direction of flow of the carrier, the crystal grain boundary without crossing the carrier, i.e. carriers from will move along the grain boundaries of the acicular or columnar crystals, it was possible to obtain a high mobility of carriers TFT. 本実施例で作製したTFTはNチャネル型であり、その移動度は、9 TFT manufactured in this embodiment is an N-channel type, the mobility 9
0〜130(cm 2 /Vs)であった。 Was 0~130 (cm 2 / Vs). 従来の600 Conventional 600
℃、48時間の熱アニールによる結晶化によって得られた結晶シリコン膜を用いたNチャネル型TFTに移動が、80〜100(cm 2 /Vs)であったことと比較すると、これはこれは大きな特性の向上である。 ° C., when the movement to the N-channel type TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by thermal annealing of 48 hours, compared with that was 80~100 (cm 2 / Vs), which is this large is the improvement of properties.

【0157】また上記の工程と同様な作製方法によって、Pチャネル型TFTを作製し、その移動度を測定すると、50〜80(cm 2 /Vs)であった。 [0157] Also by the same manufacturing method as described above for step, to produce a P-channel TFT, and when measuring the mobility was 50~80 (cm 2 / Vs). これも従来の600℃、48時間の熱アニールによる結晶化によって得られた結晶性珪素膜を用いたPチャネル型TFT It is also conventional 600 ° C., P-channel type TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by thermal annealing for 48 hours
に移動が、30〜60(cm 2 /Vs)であったことに比較すると大きな特性の向上である。 Movement, is the improvement of large characteristics when compared to 30~60 (cm 2 / Vs) is a thing to.

【0158】〔実施例11〕本実施例は、実施例10に示すTFTにおいて、結晶の成長方向に大して垂直な方向にソース/ドレインを設けた例である。 [0158] Example 11 This example, the TFT shown in Embodiment 10, an example in which a source / drain in much the direction perpendicular to the direction of crystal growth. 即ち、移動する方向が結晶成長方向とは垂直になっており、針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキャリアが移動する構成とした例である。 That is, the direction in which the moving direction of crystal growth has become vertical, is an example of a configuration in which the carrier moves so as to cross the crystal grain boundary of the needle-like or columnar crystals. このような構成とすると、 With such a configuration,
ソース/ドレイン間の抵抗を高くすることができる。 It is possible to increase the resistance between the source / drain. これは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶の結晶粒界を横切るようにキャリアが移動しなければならないためである。 This carrier across the grain boundary of the needle-like or columnar crystal grown crystal is because must travel. 本実施例の構成を実現するには、実施例10に示す構成において、単にTFTをどのような向きで設けるかを設定すればよい。 To realize the configuration of the present embodiment, in the structure shown in Example 10, simply be configured or provided in any orientation of the TFT.

【0159】〔実施例12〕本実施例は、実施例10に示す構成において、TFTを設ける向き(ここではソース/ [0159] Example 12 This example, in the structure shown in Example 10, in a direction (here, providing the TFT source /
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。 Defined by lines connecting the drain regions. 即ち、キャリアの流れる向きでTFTの方向を決めることとする)を結晶性珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で設定することにより、TFTの特性を選択することを要旨とする。 That is, by setting the to decide the direction of the TFT in the direction of flow of the carrier) in the crystal growth direction and an arbitrary angle with respect to the substrate surface of the crystalline silicon film, and summarized in that selecting the characteristics of the TFT.

【0160】前述のように、結晶の成長方向にキャリアを移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動するので、その移動度を向上させることができる。 [0160] As described above, when moving the carrier in the growth direction of the crystals, since the carrier moves along the grain boundaries, thereby improving the mobility. 一方、 on the other hand
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動させる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければならないので、キャリアの移動度は低下する。 When moving the carrier in a direction perpendicular to the growth direction of the crystals, the carrier must intersect multiple grain boundaries, the carrier mobility is reduced.

【0161】そこで、この2つの状態の間で、即ち結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角度を0〜90 [0161] Therefore, between the two states, i.e., the angle between the moving direction of the crystal growth direction and a carrier 0-90
°の範囲において設定することにより、キャリアの移動度を制御することができる。 By setting the range of °, it is possible to control the mobility of the carrier. また別な見方をするならば、上記結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角度を設定することにより、ソース/ドレイン領域間の抵抗を制御できることになる。 Further, if the another perspective, by setting the angle between the direction of movement of the crystal growth direction and a carrier, it becomes possible to control the resistance between the source / drain regions. 勿論この構成は、図11に示す構成にも利用することができる。 Of course, this configuration can also be used for the configuration shown in FIG. 11. この場合、図11 In this case, as shown in FIG. 11
に示すスリット状のニッケル微量添加領域300が0〜 0 is slit-shaped nickel dopants region 300 shown in
90°の範囲で回転し、矢印305で示す結晶の成長方向と、ソース/ドレイン領域を結ぶ線との角度が0〜9 Rotates in a range of 90 °, the direction of crystal growth shown by the arrow 305, the angle between the line connecting the source / drain regions 0-9
0°範囲で選択されることになる。 0 will be selected in ° range. そして、この角度が、0°に近い場合は移動度が大きく、ソース/ドレイン間の電気抵抗が小さい構成とすることができる。 Then, this angle, is close to 0 ° has a large mobility can be configured electrical resistance between the source / drain is small. またこの角度が90°に近い場合、移動度が小さく、ソース/ドレイン間の抵抗が大きい構成とすることができる。 In the case this angle is close to 90 °, it is the mobility is small, the resistance is large structure between the source / drain.

【0162】 [0162]

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜をTFTに利用するに際して、TFT内を移動するキャリアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせることにより、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の結晶粒界に沿って(平行に)移動する構成とすることができ、高移動度を有するTFTを得るこができる。 EFFECT provided on the substrate, yet when utilizing non-single crystal silicon semiconductor film with crystallinity and crystal growth in a direction parallel to the substrate surface in TFT, the crystal growth in the direction of flow of carriers moving through the TFT by combining and was made the direction, along the grain boundaries of crystals carrier movement grown acicular or columnar be a (parallel) movement constitutes obtain a TFT having a high mobility it is this.

【0163】また、基板に平行な方向に結晶成長した先端部には、結晶化を助長させるための金属元素が集中して存在しているので、この領域をさけてTFTを形成することにより、TFTの動作の安定性や信頼性を高めることができる。 [0163] Further, the distal end portion which is grown in a direction parallel to the substrate, the metal element in order to promote crystallization is present in a concentrated, by forming a TFT avoiding this area, it is possible to increase the stability and reliability of the operation of a TFT. さらに、触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ、さらにレーザー光または強光を照射した結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製することで、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることができる。 Further, by introducing a catalytic element is crystallized in a short time at a low temperature, and further using a crystalline silicon film is irradiated with laser light or strong light, by manufacturing a semiconductor device, it has high productivity, good characteristics it can be obtained device.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 結晶性珪素膜における配向性の触媒元素濃度依存性を示す。 1 shows a catalytic element concentration dependence of orientation in the crystalline silicon film.

【図2】 結晶化機構を説明するモデル図である。 2 is a model diagram for explaining a crystallization mechanism.

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

【図4】 結晶性珪素膜のX線回折の結果を示す。 Figure 4 shows the results of X-ray diffraction of the crystalline silicon film.

【図5】 実施例の作製工程を示す。 5 shows a manufacturing process of Example.

【図6】 結晶性珪素膜のX線回折の結果を示す。 Figure 6 shows the results of X-ray diffraction of the crystalline silicon film.

【図7】 実施例の作製工程を示す。 7 shows a manufacturing process of Example.

【図8】 実施例の作製工程を示す。 8 shows a manufacturing process of Example.

【図9】 結晶性珪素膜の膜厚と配向性の関係を示す。 9 shows the orientation of the relationship between the film thickness of the crystalline silicon film.

【図10】 実施例の作製工程を示す。 10 shows a manufacturing process of Example.

【図11】 実施例の概要を示す。 Figure 11 shows the outline of the embodiment.

【図12】 実施例の作製工程を示す。 12 shows a manufacturing process of Example.

【図13】 珪素膜の結晶構造を示す写真である。 13 is a photograph showing the crystal structure of the silicon film.

【図14】 珪素膜の結晶構造を示す写真である。 14 is a photograph showing the crystal structure of the silicon film.

【図15】 珪素膜の結晶構造を示す写真である。 15 is a photograph showing the crystal structure of the silicon film.

【図16】 珪素膜の結晶方位を示した模式図である。 16 is a schematic view showing the crystal orientation of the silicon film.

【図17】 珪素膜中のニッケルの濃度を示す。 Figure 17 shows the concentration of nickel in the silicon film.

【図18】 珪素薄膜の状態を示す写真である。 FIG. 18 is a photograph showing the state of the silicon thin film.

【図19】 珪素膜の結晶化機構を示した模式図である。 19 is a schematic diagram showing the crystallization mechanism of the silicon film.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11・・・・ガラス基板 12・・・・非晶質珪素膜 20・・・・酸化珪素膜 14・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 15・・・・ズピナー 21・・・・マスク用酸化珪素膜 22・・・・縦成長部分 23・・・・横成長部分 13・・・・酸化珪素膜 104・・・活性層 105・・・酸化珪素膜 106・・・ゲイト電極 109・・・酸化物層 108・・・ソース/ドレイン領域 109・・・ドレイン/ソース領域 110・・・層間絶縁膜(酸化珪素膜) 112・・・電極 113・・・電極 114・・・チャネル形成領域 201・・・ガラス基板 202・・・下地膜 203・・・珪素膜 205・・・マスク用酸化珪素膜 206・・・開孔部分 207・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 208・・・活性層 209・・・酸化 11 ... glass substrate 12 ... amorphous silicon film 20 ... containing silicon oxide film 14 .... a nickel acetate solution film 15 for ... Zupina 21 ... Mask The silicon oxide film 22 ... longitudinal growth portion 23 ... lateral growth part 13 ... silicon oxide film 104 ... active layer 105 ... silicon oxide film 106 ... gate electrode 109, ... oxide layer 108 ... source / drain regions 109 ... drain / source regions 110 ... interlayer insulating film (silicon oxide film) 112 ... electrode 113 ... electrode 114 ... channel forming region 201, ... glass substrate 202 ... base film 203 ... silicon film 205 ... masking silicon oxide film 206 ... opening portion 207 acetic acid solution containing ... nickel film 208 ... active layer 209 ... oxide 素膜 210・・・ゲイト電極 211・・・酸化物 212・・・N型の不純物領域 213・・・N型の不純物領域 214・・・酸化珪素膜(層間絶縁物) 215・・・層間絶縁物 217・・・電極・配線 218・・・電極・配線 301 ガラス基板 302 下地膜(酸化珪素膜) 303 マスク 304 珪素膜 305 結晶化の方向 306 ゲイト絶縁膜 307 ゲイト電極 308 陽極酸化層 309 ゲイト電極 310 陽極酸化層 311 ソース/ドレイン領域 312 チャネル形成領域 313 ドレイン/ソース領域 314 ソース/ドレイン領域 315 チャネル形成領域 316 ドレイン/ソース領域 317 電極 318 層間絶縁物 320 電極 319 電極 401 ガラス基板 402 下地膜(酸化珪素膜) 403 マスク 404 ニッケ Motomaku 210 ... gate electrode 211 ... oxide 212 ... N-type impurity regions 213, ... N-type impurity regions 214 ... silicon oxide film (interlayer dielectric) 215 ... interlayer insulating objects 217 ... electrode-wirings 218 ... electrode-wiring 301 glass substrate 302 underlying film (a silicon oxide film) 303 mask 304 silicon film 305 crystallized direction 306 gate insulating film 307 gate electrode 308 anodized layer 309 gate electrode 310 anodized layer 311 source / drain regions 312 channel forming region 313 drain / source region 314 source / drain regions 315 channel forming region 316 drain / source regions 317 electrode 318 the interlayer insulator 320 electrode 319 electrode 401 the glass substrate 402 underlying film (oxide silicon film) 403 mask 404 nickel 微量添加領域 405 珪素膜 406 ゲイト絶縁膜 407 ゲイト電極 408 ソース/ドレイン領域 409 チャネル形成領域 410 ドレイン/ソース領域 411 層間絶縁物 413 電極 414 電極 412 ITO(画素電極) 501 結晶成長面 502 結晶性珪素 503 非晶質珪素 504 見掛け上の結晶成長方向 505 見掛け上の結晶成長方向 506 結晶成長面 Dopants region 405 silicon film 406 gate insulating film 407 gate electrode 408 source / drain regions 409 channel forming region 410 drain / source region 411 an interlayer insulator 413 electrode 414 electrode 412 ITO (the pixel electrode) 501 facets 502 crystalline silicon 503 crystal growth direction 506 crystal growth surface of the crystal growth direction 505 apparently on the amorphous silicon 504 apparent

フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 FI H01L 27/12 H01L 29/78 620 (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 (72)発明者 宮永 昭治 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 審査官 大日方 和幸 (56)参考文献 特開 平2−143415(JP,A) 特開 平4−180219(JP,A) 特開 平2−32527(JP,A) 特開 昭60−136304(JP,A) 特開 平1−132116(JP,A) 特開 平5−82442(JP,A) Of the front page Continued (51) Int.Cl. 6 identification symbol FI H01L 27/12 H01L 29/78 620 (72 ) inventor Yasuhiko Takemura Atsugi City, Kanagawa Prefecture Hase 398 address, Ltd. Semiconductor Energy Laboratory in (72) inventor MIYANAGA Shoji Atsugi City, Kanagawa Prefecture Hase 398 address semiconductor energy Laboratory Co., Ltd. in the examiner Kazuyuki Obinata (56) reference Patent flat 2-143415 (JP, a) JP flat 4-180219 (JP, a) JP flat 2- 32527 (JP, A) JP Akira 60-136304 (JP, A) JP flat 1-132116 (JP, A) JP flat 5-82442 (JP, A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 非晶質珪素膜の一方の面に結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜の一部または全部を結晶化させる工程と、 前記一部または全部が結晶化した珪素膜にレーザー光または強光を照射する工程とを有する半導体装置作製方法であって、 前記加熱による結晶化の割合と前記レーザー光または強光の照射による結晶化の割合を制御することにより、前記珪素膜の配向性を制御し、 前記加熱による結晶化の割合の制御は、前記金属元素の導入量によって行なわれることを特徴とする半導体装置作製方法。 And 1. A process for introducing a metal element which promotes crystallization on one surface of the amorphous silicon film, and a process for crystallizing part or all of the amorphous silicon film subjected to heat treatment, a semiconductor device manufacturing method having a step of the part or the whole is irradiated with a laser beam or an intense light to the silicon film crystallized, crystals by irradiation of the proportion of crystallization by heating and the laser light or strong light the semiconductor device manufacturing method characterized in that it is carried out by, control the orientation of the silicon film, control of the proportion of crystallization due to the heating, the introduction amount of the metal element to control the rate of reduction.
  2. 【請求項2】 絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜の一方の面の一部の領域に結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、 加熱処理を施し、前記金属元素が導入された領域から前記基板に平行な方向に結晶成長を行なわす工程と、 前記結晶成長がなされた珪素膜にレーザー光または強光を照射する工程と、を有し、 前記非晶質珪素膜の膜厚を制御することにより、珪素膜の配向性を制御することを特徴とする半導体装置作製方法。 Wherein the step of introducing a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, a metal element which promotes crystallization in a partial area of the one surface of the amorphous silicon film When subjected to a heat treatment comprising the steps of to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the metallic element is introduced region, a step of irradiating a laser beam or an intense light to the silicon film in which the crystal growth has been made the a, said by controlling the film thickness of the amorphous silicon film, a semiconductor device manufacturing method characterized by controlling the orientation of the silicon film.
  3. 【請求項3】 請求項乃至請求項において、 金属元素として、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、A 3. The method of claim 1 to claim 2, as the metal element, Ni, Pd, Pt, Cu , Ag, A
    u、In、Sn、Pb、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の元素が用いられることを特徴とする半導体装置作製方法。 u, In, Sn, Pb, As, a semiconductor device manufacturing method, wherein a one or more kinds of elements selected from Sb used.
  4. 【請求項4】 請求項乃至請求項において、 金属元素の濃度が、1×10 16 atoms cm −3 4. The method of claim 1 to claim 2, the concentration of the metal element, 1 × 10 16 atoms cm -3
    〜1×10 19 atoms cm −3であることを特徴とする半導体装置作製方法。 The semiconductor device manufacturing method which is a ~1 × 10 19 atoms cm -3.
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