JP2860877B2 - Semiconductor and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor and manufacturing method thereof

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JP2860877B2
JP2860877B2 JP6162704A JP16270494A JP2860877B2 JP 2860877 B2 JP2860877 B2 JP 2860877B2 JP 6162704 A JP6162704 A JP 6162704A JP 16270494 A JP16270494 A JP 16270494A JP 2860877 B2 JP2860877 B2 JP 2860877B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、結晶
性を有する薄膜珪素半導体を用いた半導体装置およびそ
の作製方法に関する。例えば、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)およびその作製
方法に関する。また本明細書で開示簾発明は、薄膜半導
体を用いたバイポーラトランジスタやダイオード、さら
にはキャパシタや抵抗体に利用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a thin film silicon semiconductor having crystallinity and a method for manufacturing the same. For example, the present invention relates to a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass and a method for manufacturing the TFT. Further, the invention disclosed in this specification can be used for bipolar transistors and diodes using thin film semiconductors, and further for capacitors and resistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にTFTを形成す
る構成を利用したものとして、これらのTFTを画素の
駆動に用いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセン
サー等が知られている。
2. Description of the Related Art Active type liquid crystal display devices, image sensors, and the like using TFTs for driving pixels are known as devices utilizing TFTs formed on an insulating substrate such as glass.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。
[0003] Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a silicon semiconductor having
In order to obtain higher-speed characteristics in the future, it has been strongly required to establish a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor. In addition, as a silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystal component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like 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。 (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。 (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。 と言った方法が知られている。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もあった。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、次世代の技術という感が強い。(3)
の方法は、(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。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。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。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、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。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。
A method for obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having crystallinity is as follows: (1) A film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed, and crystallinity is imparted by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by applying thermal energy. Is known. However, in the method (1), it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor properties over the entire surface of the substrate, and the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, so that the method is inexpensive. There was also a cost problem that a glass substrate could not be used. Also, (2)
Taking the excimer laser, which is currently most commonly used, as an example, there is a problem that the irradiation area of the laser beam is small, so that the throughput is low, and the entire surface of the large-area substrate is uniformly processed. The stability of the laser is not enough, and it seems to be a next-generation technology. (3)
The method (1) has an advantage that it can cope with a large area as compared with the methods (1) and (2), but also requires a high heating temperature of 600 ° C. or more, and uses an inexpensive glass substrate. Considering this, it is necessary to further lower the heating temperature. In particular, in the case of the current liquid crystal display device, the screen size is increasing, and therefore, it is necessary to use a large glass substrate as well. When such a large glass substrate is used, shrinkage and distortion in a heating step which is indispensable for semiconductor fabrication lowers the accuracy of mask alignment and the like, and is a serious problem. In particular, in the case of Corning 7059 glass, which is currently most commonly used, the strain point is 593 ° C., and the conventional heating crystallization method causes large deformation. In addition to the problem of the temperature, the heating time required for crystallization in the current process is several tens of hours or more, so that it is necessary to further shorten the heating time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、上記の問題を解決する手段を提供するものであ
る。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。勿論、本明細書で開示する発明
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。
The invention disclosed in this specification provides means for solving the above-mentioned problems. More specifically, in a method for producing a thin film made of a crystalline silicon semiconductor using a method of crystallizing a thin film made of amorphous silicon by heating, the temperature required for crystallization is lowered and the time is shortened. The aim is to provide a process that balances Needless to say, a silicon semiconductor having crystallinity manufactured using the process provided by the invention disclosed in this specification has physical properties equivalent to or higher than those manufactured by a conventional technique, and is also used in an active layer region of a TFT. Needless to say, it can be used.

【0006】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をCVD法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。
Background of the Invention The present inventors form an amorphous silicon semiconductor film by a CVD method or a sputtering method and crystallize the film by heating as described in the section of the prior art. Regarding the method, the following experiments and considerations were made.

【0007】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 an experimental fact, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and the mechanism of crystallizing the film by heating is examined. The crystal growth starts from the interface between the glass substrate and the amorphous silicon. When the film thickness exceeded a certain level, it was recognized that the film proceeded in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0008】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。このような結晶核は、
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)であると考えられる。
In the above phenomenon, a crystal nucleus serving as a base for crystal growth (a seed serving as a base for crystal growth) exists at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, and the crystal grows from the nucleus. It is considered to be due to going. Such a crystal nucleus
Considered to be trace amounts of impurity metal elements present on the substrate surface and crystalline components on the glass surface (like glass crystallized glass, it is considered that there is a crystalline component of silicon oxide on the glass substrate surface) Can be

【0009】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。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
いることが予想された。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。
Therefore, it was considered that the crystallization temperature could be lowered by more actively introducing crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal was deposited on the substrate. An experiment was conducted in which a thin film made of amorphous silicon was formed thereon and then heated and crystallized. As a result, when some metals were formed on the substrate, a decrease in the crystallization temperature was confirmed, and it was expected that crystal growth using foreign matter as crystal nuclei was occurring. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals whose temperature could be reduced was investigated in more detail.

【0010】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。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。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。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。
[0010] Crystallization can be considered in two stages: initial nucleation and crystal growth from the nucleus. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time required for the generation of point-like fine crystals at a constant temperature. The case was also shortened, and the effect of introducing crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed. In addition, unexpectedly, when the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, after the formation of a certain metal, the amorphous silicon thin film In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism will be described in detail later.

【0011】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。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。
In any case, due to the above two effects, it has not been possible to consider a case where a thin film made of amorphous silicon is formed after a certain kind of metal is formed in a very small amount and then heated and crystallized. It has been found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or less for about 4 hours. Among the impurity metals having such an effect, the effect is most remarkable, and a material selected by us is nickel.

【0012】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
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。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。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。
One example of the effect of nickel is as follows. On a substrate on which no treatment is performed, that is, on a substrate on which a very small amount of nickel thin film is not formed (Corning 70
59) In the case where a thin film made of amorphous silicon formed by a plasma CVD method is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere, when the heating temperature is 600 ° C., the heating time is 10 hours or more. Although it was necessary, when a thin film made of amorphous silicon was used on a substrate on which a thin film of nickel was formed, a similar crystallization state could be obtained by heating for about 4 hours. In this case, the crystallization was determined using Raman spectroscopy. From this alone, it can be seen that the effect of nickel is very large.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】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。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。
As can be seen from the above description,
When a thin film made of amorphous silicon is formed after forming a thin film of nickel, a lower crystallization temperature and a shorter time required for crystallization can be achieved. Therefore, a more detailed description will be given on the assumption that this process is used for manufacturing a TFT.

【0014】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。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、
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、蒸着法でも可能
で、成膜方法は問わないことが判明している。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。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。
First, a method for adding a trace amount of nickel will be described. The addition of a small amount of nickel is also possible by forming a small amount of nickel thin film on a substrate and then forming amorphous silicon.
A method in which amorphous silicon is formed first, and a small amount of nickel thin film is formed thereon has the same effect of lowering the temperature, and the film formation method can be a sputtering method or a vapor deposition method. It has been found that the film formation method does not matter. However,
When a minute amount of nickel thin film is formed on a substrate, 7059
The effect is more remarkable when a silicon oxide thin film is formed on the glass substrate and then a small nickel thin film is formed on the glass substrate, rather than directly forming a small nickel thin film on the glass substrate. is there. One possible reason for this is that direct contact between silicon and nickel is important for the low-temperature crystallization, and in the case of 7059 glass, components other than silicon inhibit the contact or reaction between the two. It may be that.

【0015】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
認された。ニッケルの量については、1×1015ato
ms/cm3 以上の量の添加において低温化が確認され
ているが、1×1021atoms/cm3 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1×1015atoms/cm3 〜5×10
19atoms/cm3 の範囲であると思われる。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1×1015atoms/cm3 〜1×
1019atoms/cm3 に抑えることが必要である。
As a method of adding a small amount, almost the same effect was confirmed by adding nickel by ion implantation, in addition to forming a thin film in contact with above or below amorphous silicon. Regarding the amount of nickel, 1 × 10 15 at
It has been confirmed that the temperature is lowered when the addition amount is not less than ms / cm 3, but when the addition amount is not less than 1 × 10 21 atoms / cm 3 , the shape of the peak of the Raman spectroscopy spectrum is clearly that of silicon alone. Because of the difference, only 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 × 10
It seems to be in the range of 19 atoms / cm 3 . Also,
Considering that the semiconductor material is used for the active layer of the TFT as a physical property, the amount is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 ×.
It is necessary to keep it at 10 19 atoms / cm 3 .

【0016】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。
Next, the features of crystal growth and crystal morphology in the case where a trace amount of nickel is added will be described, and the crystallization mechanism deduced therefrom will be described.

【0017】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判明しており、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。
As described above, when nickel is not added, nuclei are randomly generated from crystal nuclei at the substrate interface and the like, and crystal growth from the nuclei is also random, and depending on the manufacturing method, (110) or ( It has been found that relatively oriented crystals can be obtained in (111), and of course, almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film.

【0018】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。プラズマCVD法で
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。する
と、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。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。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。すると、およそ3.04eVという値が得
られた。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。
First, in order to confirm this mechanism, an analysis was performed using a DSC (differential scanning calorimeter). The amorphous silicon thin film formed on the substrate by the plasma CVD method was filled in a sample container while remaining on the substrate, and the temperature was raised at a constant rate. Then, a clear exothermic peak was observed at about 700 ° C., and crystallization was observed. This temperature naturally shifts when the rate of temperature rise is changed. For example, when the temperature is increased at a rate of 10 ° C./min, crystallization starts at 700.9 ° C. Next, three kinds of heating rates were measured, and the activation energy of crystal growth after initial nucleation was determined by the Ozawa method. Then, a value of about 3.04 eV was obtained. In addition, when the reaction rate equation was obtained from fitting with a theoretical curve, it was found that the reaction was best explained by disorder nucleation and its growth model, and nuclei were generated randomly from crystal nuclei at the substrate interface and the like. The validity of the model of crystal growth from the nucleus was confirmed.

【0019】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。すると、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。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。
The same measurement as described above was performed on a sample to which a small amount of nickel was added. Then 10 ° C /
When the temperature was raised at a rate of min, crystallization started at 619.9 ° C., and the activation energy of crystal growth determined from a series of these measurements was approximately 1.87 eV, which indicated that crystal growth was easy. It became clear numerically that it had become. Moreover, the reaction rate equation obtained from the fitting with the theoretical curve was close to a one-dimensional interface rate-determining model, suggesting that the crystal growth has a certain directionality.

【0020】上記熱分析によって得られたデータを下記
表1に示す。
The data obtained by the thermal analysis are shown in Table 1 below.

【0021】この表1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 energies shown in Table 1 were obtained by measuring the amount of heat released from the sample at the stage of heating the sample, and calculating from the result by an analysis means called the Ozawa method.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】上記表1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。表1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。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。
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。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。また、活性化エネルギーの平均値を比較すると、
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 activation energy in Table 1 is a parameter indicating the easiness of crystallization. The larger the value, the harder the crystallization, and the smaller the value, the easier the crystallization. From Table 1, it can be seen that the activation energy of the nickel-added sample decreases as the crystallization proceeds. That is, it is shown that crystallization is more easily performed as crystallization proceeds.
On the other hand, in the case of a crystalline silicon film formed by a conventional method without addition of nickel, it is shown that the activation energy increases as crystallization proceeds. This indicates that crystallization becomes more difficult as crystallization proceeds. Also, comparing the average activation energy,
The value of the silicon film crystallized by nickel addition is about 62% of that of the crystalline silicon film without nickel addition, which suggests that the amorphous silicon film with nickel addition is easily crystallized. Is done.

【0024】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TEM(透過型電子顕微鏡)で観察し
た結果を示す。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。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、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柱状の結晶が成長
することを示すものと考えられる。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。
Next, the results of observation of the crystal morphology of the sample with a small amount of nickel added by TEM (transmission electron microscope) are shown below. As a characteristic phenomenon found from the result of the TEM observation, there is a difference in crystal growth between a region to which nickel is added and a portion in the vicinity thereof. That is,
When observed from the cross section of the nickel-added region, moire or fringes that appear to be lattice images are observed almost perpendicular to the substrate, which means that the added nickel or its compound with silicon becomes a crystal nucleus, and the nickel is added. This is considered to indicate that a columnar crystal grows almost perpendicularly to the substrate, as in the case of no crystal. Further, in the peripheral region to which nickel was added, it was observed that crystals were grown in a needle-like or columnar shape in a direction parallel to the substrate.

【0025】次いで、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。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( 二次イオン質量分析法) により調べた所、図
4に示すように横成長部分(Lateral growth)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
(a-Si)は更に約1桁少ない量が観測された。すなわち、
ニッケルはかなり広範囲に渡って拡散しているが、特に
ニッケルが直接添加された領域においては、ニッケル濃
度が高く、横成長部分(基板に平行に結晶成長した部
分)のニッケル濃度はそれより低いことが分かる。
Next, the results of observing the crystal morphology near the nickel-added region will be described. Firstly, it was unexpected that the region where nickel was not directly added in a small amount crystallized itself was unexpected. However, a nickel added portion, a lateral crystal growth portion in the vicinity thereof (hereinafter abbreviated as a lateral growth portion), In a further distant amorphous part (low temperature crystallization is not performed in a considerably distant part, the amorphous part remains), the nickel concentration was examined by SIMS (secondary ion mass spectrometry). As shown in the figure, in the lateral growth part (Lateral growth), a small concentration was detected from the nickel-added part, and the amorphous part
The amount of (a-Si) was further reduced by about one digit. That is,
Nickel diffuses over a fairly wide area, but the nickel concentration is high especially in the region where nickel is directly added, and the nickel concentration in the laterally grown portion (the portion grown crystal parallel to the substrate) is lower. I understand.

【0026】また、ニッケルを添加した領域の近傍の表
面TEM像の観察より、この基板に平行な横成長は、ニ
ッケルを微量添加した領域から、大きいものでは数百μ
m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。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。この結晶成長は、針状あるいは柱状に行
われるもので、その先端部にはニッケルが集中的に存在
していることも確認された。
From the observation of the surface TEM image near the nickel-added region, the lateral growth parallel to the substrate was found to be several hundred μm in the large region from the nickel-added region.
m was also observed to grow, and it was also found that the growth amount increased in proportion to an increase in time and temperature. As an example, a growth of about 20 μm was observed at 550 ° C. for 4 hours. This crystal growth is performed in a needle shape or a column shape, and it was also confirmed that nickel was concentrated at the tip portion.

【0027】以上の実験事実さらに観測事実に基づき、
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。
Based on the above experimental facts and observation facts,
The inventors believe that crystallization proceeds by the following mechanism.

【0028】まず、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。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、ニッケ
ルと珪素からなる金属間化合物の内の一つが、結晶シリ
コンと格子定数が近いことに起因している可能性もある
と考えている。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
略垂直な柱状の結晶が得られる。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。
First, nucleation occurs. At this time, the activation energy is reduced by adding a small amount of nickel. This is obvious from the fact that crystallization occurs from a lower temperature by adding nickel. This is because, besides the effect of nickel as a foreign substance, the intermetallic compound composed of nickel and silicon One of them thinks that it is possible that the lattice constant is close to that of crystalline silicon. In addition, since this nucleation occurs almost simultaneously on the entire surface of the region to which nickel is added, the crystal growth has a mechanism of growing as a plane. In this case, the reaction rate equation is a one-dimensional interface rate-determining process, and A substantially vertical columnar crystal is obtained. However, due to the limitation of the film thickness and the influence of stress and the like, the crystal axes do not always have to be completely aligned.

【0029】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す
る。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。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。
However, since the horizontal direction of the substrate is more uniform than the vertical direction, columnar or needle-like crystals grow in a horizontal direction with the nickel-added portion as a nucleus. Of course, also in this case, the reaction rate equation is expected to be a one-dimensional interface rate-determining type. The activation energy for crystal growth is
As noted above, this lateral growth rate is expected to be very fast, as it has been reduced by the addition of nickel, and this is the case.

【0030】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。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1017atoms/cm3
〜1018atoms/cm3 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。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。
Next, the electrical characteristics of the nickel-added portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof will be described. The electrical characteristics of the nickel-added portion are substantially the same as those of a film to which nickel is not substantially added, that is, a film which has been crystallized at about 600 ° C. for several tens of hours. When the activation energy was determined from the properties, the amount of nickel added was 10 17 atoms / cm 3 as described above.
When the concentration was set to about 10 18 atoms / cm 3, no behavior that might be caused by the nickel level was observed. That is, it is considered from this experimental fact that the above-described concentration can be used as an active layer of a TFT or the like.

【0031】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。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、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。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。
On the other hand, the laterally grown portion has an electric conductivity one order of magnitude higher than that of the nickel-added portion, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. This is considered to be due to the fact that the current path direction coincided with the lateral growth direction of the crystal, so that few or no grain boundaries existed during the passage of electrons between the electrodes.
It is consistent with the result of the transmission electron micrograph. That is, it can be considered that the carrier moves along the grain boundary of the crystal grown in the shape of a needle or a column, so that the carrier can easily move.

【0032】また、ニッケルが添加された領域と同様
に、針状あるいは柱状に結晶成長した先端部におけるニ
ッケル濃度は高いことが確かめられている。このことか
ら、この部分を利用してTFT等のデバイスを形成した
場合には、ニッケルの影響を受けることが予想される。
従って、基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜
の結晶成長始点と結晶成長終点は利用せず、その中間領
域を利用することが有用である。
It has been confirmed that the nickel concentration is high at the tip where the crystal is grown in a needle or column shape, as in the region to which nickel is added. From this, when a device such as a TFT is formed using this portion, it is expected that nickel will be affected.
Therefore, it is useful not to use the crystal growth start point and the crystal growth end point of the crystalline silicon film grown in the direction parallel to the substrate, but to use the intermediate region.

【0033】そこで、本明細書で開示する発明は、例え
ば図1に示すように、まず結晶化をさせんとする非晶質
珪素膜13とその上の酸化珪素膜14とを島状に形成
し、その上面に珪化ニッケル膜等の微量元素を含んだ膜
15を形成し、非晶質珪素膜側面16において、ニッケ
ルシリサイドを形成し、この部分から結晶成長を矢印1
7で示すように行わせ、ニッケル濃度が高い10や18
の領域を利用せずにTFT等のデバイスを形成すること
を特徴とするものである。
In the invention disclosed in this specification, for example, as shown in FIG. 1, first, an amorphous silicon film 13 to be crystallized and a silicon oxide film 14 thereon are formed in an island shape. Then, a film 15 containing a trace element such as a nickel silicide film is formed on the upper surface thereof, nickel silicide is formed on the side surface 16 of the amorphous silicon film, and crystal growth is performed from this portion by arrows 1.
7 and high nickel concentration 10 or 18
And forming a device such as a TFT without using the region.

【0034】即ち本明細書で開示する発明は、基板と平
行な方向に結晶成長した領域の結晶成長始点と結晶成長
終点(先端部)とを避けて、その中間領域を利用するこ
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もの
である。具体的には、結晶化を助長するための金属元素
が導入された領域と、基板に平行な方向に結晶成長した
結晶成長終期部分とを結晶化の後に取り除く(例えばエ
ッチングする)ことによって、金属元素の少ない領域を
利用するものである。
That is, the invention disclosed in this specification avoids a crystal growth start point and a crystal growth end point (tip) of a region where crystal growth has taken place in a direction parallel to the substrate, and utilizes the intermediate region between the crystal growth start point and the crystal growth end point. In addition to using a crystalline silicon film that easily moves, a region having a low nickel concentration is used. Specifically, by removing (eg, etching) a region into which a metal element for promoting crystallization has been introduced and a crystal growth ending portion where crystal growth has been performed in a direction parallel to the substrate, after crystallization, A region containing a small number of elements is used.

【0035】また、本明細書で開示する発明で用いられ
る基板上の結晶性珪素膜は、単結晶珪素でなはいことは
重要である。即ち、薄膜状に結晶化した結晶性珪素膜で
あって、しかもその結晶成長が基板に平行な方向に行わ
れていることが特徴であり、単結晶珪素とは本質的に異
なるものである。従って、特に本明細書で開示する発明
における結晶性珪素膜を結晶性を有する非単結晶珪素膜
ということができる。
It is important that the crystalline silicon film on the substrate used in the invention disclosed in this specification is not single crystal silicon. In other words, it is a crystalline silicon film crystallized in a thin film shape, and its crystal growth is performed in a direction parallel to the substrate, which is essentially different from single crystal silicon. Therefore, the crystalline silicon film in the invention disclosed in this specification can be referred to as a non-single-crystal silicon film having crystallinity.

【0036】本明細書で開示する発明に利用することの
できる結晶化を助長させる元素としては、8族元素であ
るFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、
Ptを用いることができる。また3d元素であるSc、
Ti、V、Cr、Mn、Cu、Znも利用することがで
きる。さらに、実験によれば、Au、Ag、においても
結晶化の作用が確認されている。特に上記元素の中で、
顕著な効果が得られ、その作用で結晶化した結晶性珪素
膜を用いてTFTの動作が確認されているのがNiであ
る。
The crystallization promoting elements that can be used in the invention disclosed in the present specification include Group 8 elements Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir,
Pt can be used. Sc, which is a 3d element,
Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn can also be used. Further, according to the experiment, the action of crystallization was confirmed also in Au and Ag. Especially among the above elements,
A remarkable effect is obtained, and the operation of a TFT has been confirmed using a crystalline silicon film crystallized by the effect of Ni.

【0037】以下に本明細書で開示する発明について説
明する。本明細書で開示する構成の一つは、基板上に非
単結晶半導体膜を形成する工程と、前記非単結晶半導体
膜上に絶縁膜を形成する工程と、パターニングを行ない
前記非単結晶半導体膜と絶縁膜とからなる島状の積層を
形成する工程と、結晶化を助長する金属元素を含む膜を
形成する工程と、前記非単結晶半導体膜の側面から結晶
化を行う工程と、を有することを特徴とする。
Hereinafter, the invention disclosed in this specification will be described. One of the structures disclosed in this specification includes a step of forming a non-single-crystal semiconductor film over a substrate, a step of forming an insulating film over the non-single-crystal semiconductor film, and patterning the non-single-crystal semiconductor A step of forming an island-shaped stack including a film and an insulating film, a step of forming a film including a metal element that promotes crystallization, and a step of performing crystallization from a side surface of the non-single-crystal semiconductor film. It is characterized by having.

【0038】上記構成において、基板としては、他絶縁
表面を有する基板である各種ガラス基板、石英基板、そ
の他絶縁基板、絶縁表面を有する半導体基板、絶縁表面
を有する金属基板を用いることができる。
In the above structure, as the substrate, various glass substrates, quartz substrates, other insulating substrates, semiconductor substrates having an insulating surface, and metal substrates having an insulating surface can be used.

【0039】上記構成の具体的な例を図1に示す。図1
(A)には、島状に形成された非晶質珪素半導体膜13
の端部16(島状領域の側面)に結晶化を助長する金属
元素であるニッケルを含んだ膜(珪化ニッケル膜)15
が形成された状態が示されている。そして(B)には、
加熱処理により16の領域にニッケルシリサイド層を形
成し、さらに珪化ニッケル膜を取り除き、さらに加熱処
理を施すことにより、16の領域より基板11に並行な
方向に矢印17で示されるような結晶成長が行われる様
子が示されている。そして(C)の工程において、18
に示されるニッケルシリサイドが形成された部分、即ち
結晶成長開始部分を除去する様子が示されている。
FIG. 1 shows a specific example of the above configuration. FIG.
(A) shows an amorphous silicon semiconductor film 13 formed in an island shape.
(Nickel silicide film) 15 containing nickel, which is a metal element for promoting crystallization, at the end 16 (side surface of the island region)
Is formed. And (B)
The nickel silicide layer is formed in the 16 regions by the heat treatment, the nickel silicide film is further removed, and the heat treatment is further performed, so that the crystal growth as indicated by the arrow 17 in the direction parallel to the substrate 11 from the 16 region. This is shown. In the step (C), 18
2 shows a state where a portion where nickel silicide is formed, that is, a crystal growth start portion is removed.

【0040】図1に示す例においては、結晶成長開始部
分18を取り除く構成が示されているが、10で示され
るような結晶成長終期部分(18からの結晶成長は10
の部分でぶつかり、そこで結晶成長は停止する)を取り
除くことはさらに有効である。これは、結晶成長開始部
分18と結晶成長終期部分10には、高濃度でニッケル
元素が含まれているからである。またこのような構成を
採用することによって、ニッケルの濃度の少ない領域を
活性層とした半導体装置を得ることができる。
In the example shown in FIG. 1, the structure in which the crystal growth start portion 18 is removed is shown. However, the crystal growth end portion as indicated by 10 (crystal growth from 18 is 10
It is even more effective to remove the crystal at the point where the crystal growth stops. This is because the crystal growth start portion 18 and the crystal growth end portion 10 contain a high concentration of nickel element. Further, by employing such a structure, a semiconductor device in which a region having a low nickel concentration is used as an active layer can be obtained.

【0041】また、上記のような方法で結晶成長が行わ
れた珪素膜は、矢印17で示されるような結晶成長が行
われるので、全体が基板に対して概略平行な方向に結晶
成長した結晶性珪素膜とすることができる。
The silicon film grown by the above-described method undergoes crystal growth as indicated by arrow 17, so that the entire crystal is grown in a direction substantially parallel to the substrate. Silicon film.

【0042】本明細書開示する他の発明の構成は、結晶
性珪素膜よりなる活性層を有し、前記活性層はその側面
より結晶成長が行われており、前記結晶成長の結晶成長
開始部分および/または結晶成長終期部分は除去されて
いることを特徴とする。
According to another aspect of the invention disclosed in this specification, an active layer made of a crystalline silicon film is provided, and the active layer is grown from a side surface thereof. And / or the crystal growth ending portion is removed.

【0043】上記構成において、活性層とは、半導体装
置の主要な部分を構成する半導体層のことをいう。例え
ば、薄膜トランジスタトランジスタのソース領域、ドレ
イン領域、チャネル形成領域の少なくとも一つを構成す
る半導体層のことをいう。
In the above structure, the active layer refers to a semiconductor layer forming a main part of the semiconductor device. For example, it refers to a semiconductor layer included in at least one of a source region, a drain region, and a channel formation region of a thin film transistor.

【0044】この活性層の側面より結晶成長が行われて
いるというのは、例えば図1に示すように、島状に形成
された珪素半導体層13(この島状に形成された半導体
層13は活性層を構成することになる)の側面16から
矢印17で示されるように結晶成長が行われた状態をい
う。
The fact that crystal growth is performed from the side surface of the active layer means that, for example, as shown in FIG. 1, a silicon semiconductor layer 13 formed in an island shape (the semiconductor layer 13 formed in an island shape A state in which crystal growth has been performed as shown by an arrow 17 from the side surface 16 of the active layer).

【0045】上記構成において、結晶成長方向に沿って
ソース/ドレイン領域を形成することは有効である。こ
れは、結晶の成長方向にキャリアが移動するようにする
ことで、キャリアの移動が粒界の影響を受けにくい構成
とすることができるからである。
In the above structure, it is effective to form source / drain regions along the crystal growth direction. This is because, by making the carriers move in the crystal growth direction, it is possible to make the carrier movement less affected by the grain boundaries.

【0046】結晶の成長方向にキャリアが移動するよう
にすると、キャリアの移動が粒界の影響を受けにくい構
成とできるのは、結晶成長が針状または柱状に行われて
いるからである。
When the carriers are moved in the crystal growth direction, the carrier can be made less susceptible to the influence of the grain boundaries because the crystal growth is performed in a needle or column shape.

【0047】上記のように結晶成長した珪素膜中にニッ
ケル濃度は、結晶成長開始部分においては、2×1019
atoms/cm3 以上である。また結晶成長終期部分における
ニッケル濃度も2×1019atoms/cm3 と同程度以上であ
る。
The nickel concentration in the silicon film grown as described above is 2 × 10 19 at the crystal growth start portion.
atoms / cm 3 or more. The nickel concentration at the end of the crystal growth is about equal to or higher than 2 × 10 19 atoms / cm 3 .

【0048】図4に示すのは、非晶質珪素膜の一部分を
マスクのよって露呈させ、その部分にプラズマ処理によ
ってニッケルを導入(具体的には、極薄い珪化ニッケル
膜が形成される)し、さらに550℃、4時間の加熱処
理によって結晶成長させた場合において、結晶化した珪
素膜の各部分のニッケル濃度をSIMS(2次イオン分
析法)によって調べた結果である。プラズマ処理という
のは、ニッケルを多く含有した平行平板型電極を用いて
水素プラズマ生成し、電極間に配置した試料上にニッケ
ル元素を微量に堆積させる技術である。
FIG. 4 shows that a portion of the amorphous silicon film is exposed by using a mask, and nickel is introduced into the portion by a plasma treatment (specifically, an extremely thin nickel silicide film is formed). In addition, in the case where crystal growth is performed by heat treatment at 550 ° C. for 4 hours, the nickel concentration of each portion of the crystallized silicon film is examined by SIMS (secondary ion analysis). The plasma processing is a technique in which hydrogen plasma is generated using a parallel plate type electrode containing a large amount of nickel, and a small amount of nickel element is deposited on a sample arranged between the electrodes.

【0049】この場合もニッケルが選択的に導入された
領域から数十μm程度の横方向成長(図1の矢印17で
示されるような基板に平行な方向への結晶成長)が起こ
る。図4のLateral growthと表記されているのがこの横
方向成長した領域のニッケル濃度である。またPlasma t
reatedと表記されているのが、プラズマ処理において直
接プラズマに曝され、ニッケルが直接非晶質珪素膜上に
堆積した部分のニッケル濃度である。この部分は、図1
でいう結晶成長開始部分16の領域に相当する。なお図
1の17で示されるような結晶成長が行われた領域のニ
ッケル濃度は、図4のLateral growthと表記されている
ものとほぼ同様なものであることが確認されている。
Also in this case, lateral growth of about several tens μm (crystal growth in a direction parallel to the substrate as indicated by arrow 17 in FIG. 1) occurs from the region where nickel is selectively introduced. What is written as Lateral growth in FIG. 4 is the nickel concentration in this laterally grown region. Also Plasma t
What is described as “reated” is the nickel concentration in a portion where nickel is directly exposed to the plasma in the plasma processing and nickel is directly deposited on the amorphous silicon film. This part is shown in FIG.
Corresponds to the region of the crystal growth start portion 16. It has been confirmed that the nickel concentration in the region where the crystal growth as indicated by 17 in FIG. 1 has been performed is almost the same as that indicated as Lateral growth in FIG.

【0050】また、a-Siと表記されているのは、プラズ
マには直接曝されず、かつ横方向成長も行われず、非晶
質状態であった部分のニッケル濃度である。
The a-Si is the nickel concentration of the portion which was not directly exposed to the plasma, did not grow laterally, and was in an amorphous state.

【0051】図4より、横方向成長した領域のニッケル
濃度は、直接ニッケルが導入された領域に比較してニッ
ケル濃度は小さいことが分かる。また図4より、横成長
方向への結晶成長が行われた領域は、ニッケル濃度が概
略1×1018atoms/cm3 以上であり、8×1018atoms/
cm3 以下であることが分かる。また、a-Siで表記される
データのバラツキを考えるならば下限は1×1018atom
s/cm3 とすることができ、上限のマージンを考えるなら
ば上限は1×1019atoms/cm3 とすることができる。
FIG. 4 shows that the nickel concentration in the region grown in the lateral direction is smaller than that in the region where nickel is directly introduced. Further, as shown in FIG. 4, in the region where the crystal growth in the lateral growth direction was performed, the nickel concentration was approximately 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more, and 8 × 10 18 atoms / cm 3 or more.
It turns out that it is cm 3 or less. Also, considering the variation of data represented by a-Si, the lower limit is 1 × 10 18 atom
s / cm 3, and the upper limit can be set to 1 × 10 19 atoms / cm 3 in consideration of the upper limit margin.

【0052】[0052]

【作用】基板に平行な方向へ結晶成長した結晶の先端部
には、結晶化を助長させる金属元素が集中して存在する
ので、この先端部と成長始点(金属元素が添加された部
分)との中間領域にデバイスを形成することで、キャリ
アを高移動度で動かすことができると同時に、キャリア
の移動に影響を与えると思われる金属元素の濃度を低く
することができる構成が実現できる。
The metal element which promotes crystallization is concentrated at the tip of the crystal grown in the direction parallel to the substrate, so that the tip and the growth start point (portion to which the metal element is added) are located. By forming a device in the intermediate region of the above, it is possible to realize a configuration in which the carrier can be moved at a high mobility and the concentration of the metal element which is considered to affect the movement of the carrier can be reduced.

【0053】[0053]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に形成された結
晶性珪素膜を用いたPチャネル型TFT(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。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。また本実施
例で示す基本的な構成は、絶縁ゲイト型電界効果半導体
装置に限らず、バイポーラトランジスタやダイオードに
利用することができる。また、これらの半導体装置と抵
抗やキャパシタとを集積化した回路に応用することもで
きる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a circuit in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) using a crystalline silicon film formed on a glass substrate and an N-channel TFT (referred to as NTFT) are combined in a complementary manner. It is an example of forming. The configuration of this embodiment can be used for a switching element of a pixel electrode and a peripheral driver circuit of an active type liquid crystal display device, as well as an image sensor and an integrated circuit. Further, the basic configuration shown in this embodiment can be used not only for an insulated gate field effect semiconductor device but also for a bipolar transistor and a diode. Further, the present invention can be applied to a circuit in which these semiconductor devices are integrated with resistors and capacitors.

【0054】図1及び図2に本実施例の作製工程の断面
図を示す。まず、基板(コーニング7059)11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12を形成する。つぎにプラズマCVD法により
公知の非晶質珪素膜13を1000Å(500〜150
0Å)の厚さに形成する。つぎに酸化珪素膜14を10
00Å(200〜2000Å)の厚さにスパッタリング
法によって形成する。ここでパターニングを行ない、非
晶質珪素膜13と酸化珪素膜14とが積層され、島状に
パターニングされた形状を形成する。(図1(A))
FIG. 1 and FIG. 2 are cross-sectional views showing the manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-nm-thick silicon oxide base film 12 is formed on a substrate (Corning 7059) 11 by a sputtering method. Next, a known amorphous silicon film 13 is formed by a plasma CVD method at 1000Å (500 to 150).
0 °). Next, the silicon oxide film 14 is
It is formed by a sputtering method to a thickness of 00 (200 to 2000). Here, patterning is performed, and the amorphous silicon film 13 and the silicon oxide film 14 are stacked to form an island-shaped pattern. (Fig. 1 (A))

【0055】上記工程の後、スパッタリング法によっ
て、厚さ5〜200Å、例えば100Åの珪化ニッケル
膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.5、例えば、
x=2.0)15を形成する。この珪化ニッケル膜は、
非晶質珪素膜の側面に成膜されることが重要である。ま
たその成膜方法も、蒸着法、CVD法、プラズマ処理に
よる方法を採用することができる。こうして、図1
(A)の形状を得る。また、結晶化を助長する金属とし
て、ニッケル以外のものを用いる場合には、それらの材
料を用いたスパッタリング法や蒸着法、さらにはプラズ
マ処理やCVD法を用いて薄膜15を形成すればよい。
[0055] After the above process, by sputtering, the thickness 5~200A, e.g. 100Å of nickel silicide film (chemical formula NiSi x, 0.4 ≦ x ≦ 2.5 , for example,
x = 2.0) 15 is formed. This nickel silicide film
It is important that the film is formed on the side surface of the amorphous silicon film. In addition, as a film forming method, a method using a vapor deposition method, a CVD method, or a plasma treatment can be adopted. Thus, FIG.
(A) is obtained. When a metal other than nickel is used as a metal that promotes crystallization, the thin film 15 may be formed by using a sputtering method or an evaporation method using such a material, or by using a plasma treatment or a CVD method.

【0056】次に加熱処理を行ない、16の領域にニッ
ケルシリサイドの領域を形成する。この加熱処理は、4
50度、1時間の条件で行った。この加熱処理は、30
0〜600度で行えばよい。そして、珪化ニッケル膜1
5を除去する。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),550℃、で4時間アニールし
て結晶化させる。この際、基板11に対して平行な方向
に17で示されるような結晶成長が行われる。(図1
(B))
Next, a heat treatment is performed to form nickel silicide regions in 16 regions. This heat treatment is 4
The test was performed at 50 degrees for 1 hour. This heat treatment is performed for 30
It may be performed at 0 to 600 degrees. And the nickel silicide film 1
5 is removed. This is placed under a hydrogen reducing atmosphere (preferably,
Annealing is performed for 4 hours at 550 ° C. or at 550 ° C. in an inert atmosphere (atmospheric pressure) at a partial pressure of hydrogen of 0.1 to 1 atm. At this time, crystal growth as indicated by 17 is performed in a direction parallel to the substrate 11. (Figure 1
(B))

【0057】また、上記工程において、ニッケルシリサ
イドを形成することなしに、550度、4時間の熱アニ
ールを行ない、直接非晶質珪素膜13の側面(16で示
される部分)から結晶成長を行わせ、しかる後に珪化ニ
ッケル膜15を取り除いてもよい。このような工程を採
用した場合、ニッケルシリサイド16を形成するのと同
時に結晶化を行わすことになる。ただしこの場合、熱ア
ニールの際にニッケルが拡散するという懸念がある。
In the above process, thermal annealing is performed at 550 ° C. for 4 hours without forming nickel silicide, and crystal growth is performed directly from the side surface (portion indicated by 16) of the amorphous silicon film 13. After that, the nickel silicide film 15 may be removed. When such a step is adopted, crystallization is performed simultaneously with the formation of the nickel silicide 16. However, in this case, there is a concern that nickel is diffused during thermal annealing.

【0058】上記のような工程の結果、非晶質珪素膜を
結晶化させて、結晶性珪素膜(図1(C)の13で示さ
れる)を得ることができる。その後、等方性のエッチン
グを行ない、結晶化された珪素膜13の側面18をサイ
ドエッチングする。これは、この部分はニッケルシリサ
イドとなっており、ニッケルの濃度が高い(濃度でいえ
ば、1021/cm3 以上)からである。このように、ニ
ッケルシリサイドとなっている領域を除去することは、
TFT等のデバイスを形成する際には非常に重要であ
る。例えば、この工程の後にソース/ドレイン領域形成
のためのイオン注入工程や、ソース/ドレイン領域の活
性化の工程等があるが、この工程で珪素膜13に熱が不
可避に加わるので、珪素膜中のニッケル濃度が高い領域
からニッケルがさらに拡散することが考えられる。特に
ニッケルシリサイドが形成されている場合は、この部分
からかなりのニッケルが拡散するものと考えられ、この
ことはTFTの動作に影響を与えるものと考えられる。
従って、上記のようにニッケルシリサイド部分を結晶化
の後に取り除くことは有用である。
As a result of the steps described above, the amorphous silicon film can be crystallized to obtain a crystalline silicon film (indicated by reference numeral 13 in FIG. 1C). Thereafter, isotropic etching is performed, and the side surface 18 of the crystallized silicon film 13 is side-etched. This is because this portion is made of nickel silicide, and the nickel concentration is high (in terms of concentration, 10 21 / cm 3 or more). Thus, removing the region that is nickel silicide
This is very important when forming a device such as a TFT. For example, after this process, there are an ion implantation process for forming source / drain regions, a process for activating the source / drain regions, and the like. In this process, heat is inevitably applied to the silicon film 13. It is conceivable that nickel further diffuses from the region where the nickel concentration is high. In particular, when nickel silicide is formed, it is considered that considerable nickel diffuses from this portion, and this is considered to affect the operation of the TFT.
Therefore, it is useful to remove the nickel silicide portion after crystallization as described above.

【0059】つぎに、酸化珪素膜14を取り除き、図1
(D)の形状を得る。この状態で結晶化された珪素膜1
3の中央部には、両側から結晶成長した先端部が重なり
合う部分が存在する。この部分には、ニッケルが高濃度
で存在しているので、この部分をTFTのチャネル形成
領域に利用することは好ましくない。
Next, the silicon oxide film 14 is removed, and FIG.
(D) shape is obtained. The silicon film 1 crystallized in this state
In the central part of No. 3, there is a portion where the tips grown from both sides overlap. Since nickel is present in this portion at a high concentration, it is not preferable to use this portion as a channel forming region of the TFT.

【0060】つぎに、図2(A)に示すように、スパッ
タリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜201
をゲイト絶縁膜として成膜する。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℃、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。
Next, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 201 having a thickness of 1000.degree.
Is formed as a gate insulating film. For sputtering,
Using silicon oxide as a target, the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example, 350 ° C., the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen =
0 to 0.5, for example, 0.1 or less.

【0061】次に、スパッタリング法によって、厚さ6
000〜8000Å、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。そし
て、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極1
9、21を形成する。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20、22を形
成する。この陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエ
チレングリコール溶液中で行う。得られた酸化物層2
0、22の厚さは2000Åである。なお、この酸化物
層20と22とは、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。
Next, a thickness of 6
A film of aluminum (containing 0.1 to 2% of silicon) of 000 to 8000%, for example, 6000% is formed. Then, the aluminum film is patterned to form a gate electrode 1.
9 and 21 are formed. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 20 and 22 on the surface. This anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. Obtained oxide layer 2
The thickness of 0, 22 is 2000 °. Since the oxide layers 20 and 22 have a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping step,
The length of the offset gate region can be determined in the above anodic oxidation step.

【0062】次に、イオン注入によって、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。このドーピング工程にお
いて、ゲイト電極19とその周囲の酸化層20、ゲイト
電極21とその周囲の酸化層22をマスクとして不純物
(燐およびホウ素)を注入する。ドーピングガスとし
て、フォスフィン(PH3 )およびジボラン(B2
6 )を用い、前者の場合は、加速電圧を60〜90k
V、例えば80kV、後者の場合は、40〜80kV、
例えば65kVとする。ドース量は1×1015〜8×1
15cm-2、例えば、燐を2×1015cm-2、ホウ素を
5×1015cm-2とする。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。この結果、N型の不
純物領域26と28、P型の不純物領域23と25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。
Next, an impurity for imparting one conductivity type is added to the active layer region (constituting the source / drain and the channel) by ion implantation. In this doping step, impurities (phosphorus and boron) are implanted using the gate electrode 19 and the surrounding oxide layer 20 and the gate electrode 21 and the surrounding oxide layer 22 as masks. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H)
6 ), and in the former case, the accelerating voltage is 60 to 90 k
V, for example 80 kV, in the latter case 40-80 kV,
For example, it is set to 65 kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 1
0 15 cm -2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm -2 and boron is 5 × 10 15 cm -2 . At the time of doping, each element is selectively doped by covering one region with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 26 and 28 and P-type impurity regions 23 and 25 are formed, and a P-channel TFT (PTFT) region and an N-channel TFT (NTFT) region can be formed. .

【0063】その後、レーザー光または強光の照射によ
ってアニール行う。レーザー光としては、KrFエキシ
マレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)
を用いるが、他のレーザーであってもよい。レーザー光
の照射条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/
cm2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき
2〜10ショット、例えば2ショット照射する。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。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23と25、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26と28は、容易に活性化させるこ
とができる。
Thereafter, annealing is performed by irradiation with laser light or strong light. KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) as laser light
Is used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser light is such that the energy density is 200 to 400 mJ /
cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2, and irradiate 2 to 10 shots, for example, 2 shots per one place. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of this laser light irradiation. In this laser annealing step, nickel is diffused in the previously crystallized region, so that the laser light irradiation facilitates recrystallization, and the impurity doped with an impurity imparting a P-type. Regions 23 and 25, and impurity regions 26 and 28 doped with an impurity for imparting N can be easily activated.

【0064】この工程を、強光の照射によって行う場合
には、赤外線(例えば1.2μm)を用いることが有効
である。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。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。
When this step is performed by irradiating strong light, it is effective to use infrared rays (for example, 1.2 μm). Infrared rays are easily absorbed by silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing of 1000 degrees or more can be performed. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. .

【0065】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜29
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TFT
の電極及び配線30、31、32を形成する。最後に、
1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールを行
い、TFTを相補型に構成した半導体回路を完成する。
(図2(B))
Subsequently, a silicon oxide film 29 having a thickness of 6000.degree.
Is formed by a plasma CVD method as an interlayer insulator,
A contact hole is formed in this, and a TFT is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
Of electrodes and wirings 30, 31, and 32 are formed. Finally,
Annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm, thereby completing a semiconductor circuit having a complementary TFT.
(FIG. 2 (B))

【0066】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、上記作製工程
において、独立したTFTを2つ同時に作製し、中央で
切断することにより、2つのTFTを同時に形成するこ
とも可能である。
The above-described circuit has a CMOS structure in which a PTFT and an NTFT are provided in a complementary type. In the above-described manufacturing process, two independent TFTs are manufactured at the same time, and the two TFTs are cut at the center. Can be formed simultaneously.

【0067】このような構成においては、ソース/ドレ
イン間を移動するキャリアの移動方向が、チャネル形成
領域の結晶成長方向と概略同じ方向であるので、高移動
度のTFTを得ることができる。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ので、そ
の移動に際し受ける抵抗を低減することができ、高移動
度を有するTFTを得ることができる。
In such a configuration, the direction of movement of carriers moving between the source and the drain is substantially the same as the direction of crystal growth in the channel formation region, so that a TFT with high mobility can be obtained. That is, since the carriers move along the crystal grain boundaries of the needle-like or columnar crystals, the resistance received during the movement can be reduced, and a TFT having high mobility can be obtained.

【0068】〔実施例2〕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。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。また、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。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。また、イメージ
センサや他の装置に利用することもできる。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided in each pixel as a switching element in an active liquid crystal display device. Hereinafter, one pixel will be described, but a large number (generally, hundreds of thousands) of other pixels are formed in a similar structure. Also, N
It goes without saying that a P-channel type may be used instead of a channel type. Further, it can be used not only for the pixel portion of the liquid crystal display device but also for the peripheral circuit portion. Further, it can be used for an image sensor and other devices.

【0069】本実施例の作製工程の概略を図1及び図3
に示す。即ち、図1の(A)〜(D)さらには図3
(A)、図3(B)と作製工程は進む。本実施例におい
て、基板201としてはコーニング7059ガラス基板
(厚さ1.1mm、300×400mm)を使用した。
また図1(A)〜(D)までの作製工程は、前述の実施
例1で説明したのと同様の工程であるので、ここでは省
略する。
FIGS. 1 and 3 show the outline of the manufacturing process of this embodiment.
Shown in That is, (A) to (D) of FIG.
The manufacturing process proceeds as shown in FIG. In this embodiment, a Corning 7059 glass substrate (1.1 mm thick, 300 × 400 mm) was used as the substrate 201.
1A to 1D are the same as those described in the first embodiment, and thus will not be described here.

【0070】図1(D)に示すように、結晶化された珪
素膜13を得た後、パターニングにより素子間分離を行
なう。この素子間分において、珪素膜13の中央部分を
除去するようにすると、この珪素膜13の中央部分に高
濃度で存在するニッケル元素を除去することができ、有
用である。こうして、図3(A)に示すように活性層領
域(図3では、33、34、35で構成される)を確定
し、さらにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜301を形成
する。この酸化珪素膜は、スパッタリング法によるもの
でもよいが、ここでは、テトラ・エトキシ・シラン(T
EOS)を原料として、酸素雰囲気中でのプラズマCV
D法によって形成する。酸化珪素膜の厚さは、1000
Åとする。
As shown in FIG. 1D, after obtaining a crystallized silicon film 13, isolation between elements is performed by patterning. If the central portion of the silicon film 13 is removed between the elements, the nickel element existing at a high concentration in the central portion of the silicon film 13 can be removed, which is useful. Thus, as shown in FIG. 3A, an active layer region (in FIG. 3, composed of 33, 34, and 35) is determined, and a silicon oxide film 301 serving as a gate insulating film is formed. Although this silicon oxide film may be formed by a sputtering method, here, tetraethoxysilane (T
EOS) as a raw material, plasma CV in oxygen atmosphere
Formed by Method D. The thickness of the silicon oxide film is 1000
Å.

【0071】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、
ゲイト電極30を形成する。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33、チャネル形成領域34、ドレイン領域35を
形成する。そして、レーザー光または強光の照射によっ
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。このときにはレーザー光のエネルギー
密度は250〜300mJ/cm2 とする。このレーザ
ー照射によって、このTFTのソース/ドレインのシー
ト抵抗は300〜800Ω/cm2 となる。また強光を
用いる場合には、赤外線を用いたランプアニールを行う
のが有効である。
Next, a known film containing silicon as a main component is formed by a CVD method, and is patterned by
A gate electrode 30 is formed. Thereafter, phosphorus is implanted as an N-type impurity by an ion implantation method, and a source region 33, a channel formation region 34, and a drain region 35 are formed in a self-aligned manner. Then, the crystallinity of the silicon film having deteriorated crystallinity due to ion implantation is improved by irradiation with laser light or strong light. At this time, the energy density of the laser beam is set to 250 to 300 mJ / cm 2 . By this laser irradiation, the source / drain sheet resistance of the TFT becomes 300 to 800 Ω / cm 2 . When using strong light, it is effective to perform lamp annealing using infrared rays.

【0072】その後、酸化珪素によって層間絶縁物36
を形成し、さらに、画素電極37をITOによって形成
する。そして、コンタクトホールを形成して、TFTの
ソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層膜で
電極38、39を形成し、このうち一方の電極39はI
TO電極37にも接続するようにする。最後に、水素中
で200〜300℃で2時間アニールして、水素化を完
了する。このようにして、TFTを完成する。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。
Thereafter, the interlayer insulator 36 is formed by silicon oxide.
Is formed, and the pixel electrode 37 is formed of ITO. Then, a contact hole is formed, and electrodes 38 and 39 are formed in a source / drain region of the TFT with a chromium / aluminum multilayer film.
It is also connected to the TO electrode 37. Finally, hydrogenation is completed by annealing in hydrogen at 200 to 300 ° C. for 2 hours. Thus, the TFT is completed. This process is performed simultaneously in many other pixel regions.

【0073】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
ことがない構成とすることができる。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
ができる。
In the TFT manufactured in this embodiment, a crystalline silicon film grown in the direction of flow of carriers is used as an active layer constituting a source region, a channel formation region, and a drain region. May not be crossed by the carrier. That is, the carriers move along the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals, so that a TFT with high carrier mobility can be obtained.

【0074】また、図1(C)の工程において、ニッケ
ルシリサイドの領域を除去し、さらに、図1(D)から
図3(A)に至る工程において、珪素膜13の中央部分
10を避けて活性層を確定することで、活性層中にニッ
ケル濃度の多い領域が無い構成とすることができ、TF
Tの信頼の向上を得ることができる。即ち、18の部分
にはニッケルシリサイドが形成されており、また10の
部分には、結晶成長終期部分がぶつかった領域となって
いるので、ニッケルが高濃度で存在する。従って、この
部分をエッチングによって取り除き、TFTを形成する
ことは重要である。またTFTに限らず、この部分を利
用して半導体装置、例えば薄膜ダイオードを形成するこ
とも有用である。
Further, in the step of FIG. 1C, the nickel silicide region is removed, and in the steps from FIG. 1D to FIG. 3A, the central portion 10 of the silicon film 13 is avoided. By determining the active layer, it is possible to provide a configuration in which there is no region with a high nickel concentration in the active layer, and TF
An improvement in the reliability of T can be obtained. In other words, nickel silicide is formed in the portion 18 and nickel is present at a high concentration in the portion 10 because the crystal growth ending portion is in the region where the nickel silicide has hit. Therefore, it is important to form a TFT by removing this portion by etching. It is also useful to form a semiconductor device, for example, a thin-film diode using this portion, not limited to the TFT.

【0075】[0075]

【効果】島状に形成された非晶質珪素膜の側面に結晶化
を助長する金属元素の膜を形成し、この部分から結晶成
長させることで、非晶質珪素膜全体を、基板に平行な方
向に結晶成長させた珪素膜とすることができる。そし
て、この金属元素の膜を取り除いた後に、結晶化された
珪素膜を利用してTFTを構成することで、高移動度を
有するTFTを得ることができる
[Effect] A film of a metal element that promotes crystallization is formed on the side surface of the amorphous silicon film formed in an island shape, and crystal growth is performed from this portion, so that the entire amorphous silicon film is parallel to the substrate. It can be a silicon film grown by crystal growth in various directions. After removing the film of the metal element, a TFT having high mobility can be obtained by forming a TFT using the crystallized silicon film.

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

【図1】 実施例の作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of an example.

【図2】 実施例の作製工程を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process of an example.

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

【図4】 珪素膜中のニッケル濃度を示す。FIG. 4 shows a nickel concentration in a silicon film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・ガラス基板 12・・・・下地膜(酸化珪素膜) 13・・・・珪素膜 14・・・・酸化珪素膜 15・・・・珪化ニッケル膜 16・・・・ニッケルシリサイド 17・・・・結晶化方向 18・・・・サイドエッチング部分 19・・・・ゲイト電極 20・・・・酸化物層 201・・・ゲイト絶縁膜 21・・・・ゲイト電極 22・・・・酸化物層 23・・・・ソース/ドレイン領域 24・・・・チャネル形成領域 25・・・・ドレイン/ソース領域 26・・・・ドレインソース領域 27・・・・チャネル形成領域 28・・・・ソース/ドレイン領域 29・・・・層間絶縁物 30・・・・ソース/ドレイン電極 31・・・・ドレインソース電極 32・・・・ソース/ドレイン電極 30・・・・ゲイト電極 301・・・ゲイト絶縁膜 33・・・・ソース/ドレイン領域 34・・・・チャネル形成領域 35・・・・ドレイン/ドレイン領域 36・・・・層間絶縁物 37・・・・ITO電極(画素電極) 38・・・・ソース/ドレイン電極 39・・・・ドレイン/ソース電極 11 ··· glass substrate 12 ··· base film (silicon oxide film) 13 ··· silicon film 14 ··· silicon oxide film 15 ··· nickel silicide film 16 ··· nickel silicide 17 ··· Crystallization direction 18 ··· Side etching portion 19 ··· Gate electrode 20 ··· Oxide layer 201 ··· Gate insulating film 21 ··· Gate electrode 22 ··· Oxidation Material layer 23 Source / drain region 24 Channel formation region 25 Drain / source region 26 Drain source region 27 Channel formation region 28 Source / Drain region 29 ... interlayer insulator 30 ... source / drain electrode 31 ... drain source electrode 32 ... source / drain electrode 30 ... gate electrode 301 ... gate Edge film 33 Source / drain region 34 Channel formation region 35 Drain / drain region 36 Interlayer insulator 37 ITO electrode (pixel electrode) 38 ..Source / drain electrodes 39.. .Drain / source electrodes

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に非晶質半導体膜を形成する工程
と、 前記非晶質半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、 パターニングを行い前記非晶質半導体膜と絶縁膜とから
なる島状の積層を形成する工程と、 結晶化を助長する金属元素を含む膜を前記非晶質半導体
膜の側面に形成する工程と、 前記非晶質半導体膜の側面から結晶成長を行い結晶性半
導体膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
It consists of forming an amorphous semiconductor film, forming an insulating film on the amorphous semiconductor film, and the amorphous semiconductor film and the insulating film and patterned to 1. A substrate Forming an island-shaped stack; and forming a film containing a metal element that promotes crystallization using the amorphous semiconductor.
Forming on the sides of the membrane, the have rows crystal growth from the side of the amorphous semiconductor film crystallinity and a half
Forming a conductor film; and a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 基板上に非晶質半導体膜を形成する工程
と、 前記非晶質半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、 パターニングを行い前記非晶質半導体膜と絶縁膜とから
なる島状の積層を形成する工程と、 結晶化を助長する金属元素を含む膜を前記非晶質半導体
膜の側面に形成する工程と、 前記非晶質半導体膜の側面から結晶成長を行い結晶性半
導体膜を形成する工程と、 前記結晶性 半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成す
工程と、 を有する ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A process for forming an amorphous semiconductor film on a substrate.
And a step of forming an insulating film on the amorphous semiconductor film; and performing patterning to form the insulating film and the insulating film.
Forming an island-shaped laminate, and forming a film containing a metal element that promotes crystallization from the amorphous semiconductor.
Forming a film on the side surface of the film;
The method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that it comprises the steps of forming a conductive film, and forming a thin film transistor using the crystalline semiconductor film.
【請求項3】 請求項において、前記結晶性半導体膜
を用いてチャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン
領域を形成する工程を有し、 前記チャネル形成領域において、前記結晶性半導体膜の
結晶成長が行われた方向に概略沿ってキャリアが移動す
るように、前記ソース領域、及びドレイン領域を形成す
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. The crystalline semiconductor film according to claim 2 , wherein
Channel forming region, source region, and drain using
And a step of forming a region, in the channel forming region, to move the carrier along outline in the direction of crystal growth is performed of the crystalline semiconductor film
Forming a source region and a drain region as described above .
【請求項4】 基板上に非晶質半導体膜を形成する工程
と、 前記非晶質半導体膜上に絶縁膜を形成する工程と、 パターニングを行い前記非晶質半導体膜と絶縁膜とから
なる島状の積層を形成する工程と、 結晶化を助長する金属元素を含む膜を前記非晶質半導体
膜の側面に形成する工程と、 前記非晶質半導体膜の側面から結晶成長を行い結晶性半
導体膜を形成する工程と、 前記結晶成長の 結晶成長開始部分と結晶成長終期部分と
を除去する工程と、前記結晶成長開始部分と結晶成長終期部分とを除去した
結晶性半導体膜を用いて 半導体装置を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. A process for forming an amorphous semiconductor film on a substrate.
And a step of forming an insulating film on the amorphous semiconductor film; and performing patterning to form the insulating film and the insulating film.
Forming an island-shaped laminate, and forming a film containing a metal element that promotes crystallization from the amorphous semiconductor.
Forming a film on the side surface of the film;
Forming a conductor film, removing the crystal growth start portion and the crystal growth end portion of the crystal growth, and removing the crystal growth start portion and the crystal growth end portion.
Forming a semiconductor device using the crystalline semiconductor film .
【請求項5】 結晶性珪素膜よりなる活性層を有し、 前記活性層はニッケル元素を4×1017(atoms
/cm)〜1×1019(atoms/cm)の濃
度で含有しており、 かつ前記活性層は基板に対して概略平行な方向に結晶成
長が行われており、 前記結晶成長の結晶成長開始部分または結晶成長終期部
分は除去されていることを特徴とする半導体装置。
5. An active layer comprising a crystalline silicon film, wherein the active layer contains nickel element at 4 × 10 17 (atoms).
/ Cm 3 ) to 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ), and the active layer is grown in a direction substantially parallel to the substrate. A semiconductor device, wherein a growth start portion or a crystal growth end portion is removed.
【請求項6】 結晶性珪素膜よりなる活性層を有し、 前記活性層は結晶性を助長するニッケル元素を4×10
17(atoms/cm)〜1×1019(atom
s/cm)の濃度で含有しており、 かつ前記活性層は基板に対して概略平行な方向に結晶成
長が行われていることを特徴とする半導体装置。
6. has an active layer made from crystalline silicon film, the active layer is 4 × 10 a Runi nickel element to promote crystallization of
17 (atoms / cm 3 ) to 1 × 10 19 (atom
s / cm 3 ), and the active layer is grown in a direction substantially parallel to the substrate.
【請求項7】 請求項または請求項において、前記
活性層にはチャネル形成領域が形成されており、前記チ
ャネル形成領域において、前記結晶成長方向に沿って
キャリアが移動するように、ソース領域及びドレイン領
域が形成されていることを特徴とする半導体装置の作製
方法。
7. The method of claim 5 or claim 6, wherein
A channel formation region is formed in the active layer.
In Yaneru formation region, along the direction of the crystal growth
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a source region and a drain region are formed so that carriers move .
【請求項8】 請求項または請求項において、前記
活性層中にはチャネル形成領域が形成されていることを
特徴とする半導体装置。
8. The method of Claim 5 or claim 6, wherein a channel formation region is formed in the active layer.
【請求項9】 請求項または請求項において、前記
結晶成長は針状または柱状に行われていることを特徴と
する半導体装置。
9. The method of claim 5 or claim 6, wherein a said crystal growth is carried out in a needle shape or columnar.
【請求項10】 請求項または請求項において、前
記ニッケル元素の濃度は1×1018(atoms/c
)〜8×1018(atoms/cm)であるこ
とを特徴とする半導体装置。
10. The method of Claim 5 or claim 6, the concentration of the nickel element is 1 × 10 18 (atoms / c
m 3 ) to 8 × 10 18 (atoms / cm 3 ).
【請求項11】 請求項または請求項において、前
記結晶成長は針状または柱状に行われており、 前記ニッケル元素の濃度は1×1018(atoms/
cm)〜8×1018(atoms/cm)である
ことを特徴とする半導体装置。
11. The method of Claim 5 or claim 6, wherein the crystal growth is performed in a needle shape or columnar, the concentration of the nickel element is 1 × 10 18 (atoms /
cm 3 ) to 8 × 10 18 (atoms / cm 3 ).
【請求項12】 基板上に形成された非晶質半導体膜
側面に結晶性を助長する金属元素添加する工程と、 前記非晶質半導体膜を結晶成長させて、前記非晶質半導
体膜の側面から基板に対して概略平行な方向に結晶成長
した結晶性半導体膜を得る工程と、 前記結晶性半導体膜の結晶成長開始部分または結晶成長
終期部分を除去する工程と を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. An amorphous semiconductor film formed on a substrate .
A step of adding a metal element that promotes crystallization of the side surface, the amorphous semiconductor film by crystal growth, the amorphous semiconductor
A step of obtaining a crystalline semiconductor film that has grown from a side surface of the body film in a direction substantially parallel to the substrate ; and a step of removing a crystal growth start portion or a crystal growth end portion of the crystalline semiconductor film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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