JP3141909B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method

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JP3141909B2
JP3141909B2 JP05136542A JP13654293A JP3141909B2 JP 3141909 B2 JP3141909 B2 JP 3141909B2 JP 05136542 A JP05136542 A JP 05136542A JP 13654293 A JP13654293 A JP 13654293A JP 3141909 B2 JP3141909 B2 JP 3141909B2
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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】本発明は、絶縁基板上に設けられ
たTFT等の半導体装置作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a TFT provided on an insulating substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス基板上に多数のTFTを形成し、
これらのTFTを画素の駆動に用いるアクティブ型液晶
表示装置やガラス基板上のTFTを用いたイメージセン
サー等が知られている。
2. Description of the Related Art A large number of TFTs are formed on a glass substrate,
Active type liquid crystal display devices using these TFTs for driving pixels, image sensors using TFTs on a glass substrate, and the like are known.

【0003】これらの装置に用いられるTFT(薄膜半
導体を用いた絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ)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、気相法で比較的容易に作製す
ることができる非晶質珪素(a-Si)を用いるこが一般的で
あるが、より高速動作を実現するために、結晶性を有す
る珪素半導体薄膜を利用することが有用である。結晶性
を有する珪素半導体薄膜としては、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。
In general, a thin film silicon semiconductor is used for a TFT (insulating gate type field effect transistor using a thin film semiconductor) used in these devices. It is common to use amorphous silicon (a-Si), which can be relatively easily formed by a gas phase method, as a thin-film silicon semiconductor. It is useful to use a silicon semiconductor thin film having the following. Known crystalline silicon semiconductor thin films include polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, and semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous.

【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
は良好な物性を有する膜を均一に成膜することに問題が
あり、また成膜温度が600 ℃以上と高いので、ガラス基
板上に成膜を行うことに問題があった。また、(2) の方
法は、レーザー光の照射面積が小さいので、生産性に問
題があり、また大面積な基板に対応できないという問題
があった。さたに(3) の方法は、大面積に対応できると
いう利点はあるが、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った。さ
らにまた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必要があった。
As a method of obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed in advance, and crystallinity is imparted by laser light energy. (3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by applying thermal energy. The methods taken are known. However, the method (1) has a problem in that a film having good physical properties is uniformly formed.In addition, since the film formation temperature is as high as 600 ° C. or more, there is a problem in forming a film on a glass substrate. there were. Further, the method (2) has a problem in productivity because the irradiation area of the laser beam is small, and also has a problem that it cannot cope with a large-area substrate. In addition, the method (3) has the advantage that it can be applied to a large area.However, it is necessary to set the heating temperature to 600 ° C or higher. It was necessary to lower the temperature. Furthermore, since the heating time is several tens of hours or more, it is necessary to further shorten the time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の問題に鑑み、本
発明は、 1.加熱よる結晶化の方法において、加熱温度の低温度
化と加熱時間の短時間化を計る。 2.電気的にも良好な特性を有する結晶性の珪素半導体
薄膜を得る。 といったことを満足した結晶性を有する珪素半導体薄膜
を得ることを目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides: In the method of crystallization by heating, the heating temperature is reduced and the heating time is shortened. 2. A crystalline silicon semiconductor thin film having good electrical characteristics is obtained. It is an object to obtain a silicon semiconductor thin film having crystallinity satisfying the above.

【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. The method was considered as follows.

【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、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る。
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. It is recognized that the particles progress in a column 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)が存在していると考察される。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。
The above phenomenon is considered to be due to the existence of crystal nuclei (seeds serving as a base for crystal growth) at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film. It is considered that such crystal nuclei include a metal element present in a trace amount on the substrate surface and a crystal component on the glass surface (as is called crystallized glass, a crystal component of silicon oxide exists on the glass substrate surface). Is considered to be).

【0009】一方、基板に結晶核が存在しないように表
面をエッチングし、さらにその表面の汚染に注意した非
晶質酸化珪素の基板を用い、該基板上に結晶核が存在し
ない条件において非晶質珪素を成膜し、該膜を加熱によ
って結晶化させると、普通のガラス基板上の形成した場
合に比較して、短時間または低温で結晶化を行うことが
でき、しかも結晶性及びその均一性が高く、しかも電気
的な特性に優れた結晶性珪素膜を得ることができた。
On the other hand, the surface is etched so that no crystal nuclei are present on the substrate, and furthermore, an amorphous silicon oxide substrate is used in which attention is paid to the contamination of the surface. When crystalline silicon is formed and the film is crystallized by heating, crystallization can be performed in a short time or at a low temperature as compared with the case where the film is formed on an ordinary glass substrate. A crystalline silicon film having high properties and excellent electrical characteristics was obtained.

【0010】なんら処理を行なわない基板上(コーニン
グ9059)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪素膜
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、上記処理を行なった非
晶質酸化珪素の基板を用いた場合には、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。
When an amorphous silicon film formed by plasma CVD on a substrate (Corning 9059) on which no processing is performed is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere, the heating temperature is set to 600 ° C. , Heating time as 10
Although a longer time was required, a similar crystallization state could be obtained by heating for about 4 hours when using the amorphous silicon oxide substrate that had been subjected to the above treatment. The crystallization at this time was determined using Raman spectroscopy.

【0011】また、加熱時間を10時間としてガラス基板
を用いた場合には、580 ℃では変化は殆ど見られなかっ
たが、上記非晶質珪素の基板を用いた場合には、10時間
の加熱で結晶化をさせることができた。しかし、上記非
晶質酸化珪素の基板を用いた実験は、その表面に不純物
が存在しないように細心の注意を払って行ったものであ
り実用的ではない。
When a glass substrate was used with a heating time of 10 hours, there was almost no change at 580 ° C., but when the amorphous silicon substrate was used, the heating time was 10 hours. Was able to be crystallized. However, the experiment using the amorphous silicon oxide substrate was performed with great care so as to prevent impurities from being present on the surface, and is not practical.

【0012】上記実験事実について考察すると、基板中
さらに半導体膜の界面近傍に存在している基板材料の結
晶成分や半導体膜中の結晶成分は、結晶成長の核となり
得るが、良好な結晶成長を行うためにはかえって負の要
因として作用していると考えることができる。換言すれ
ば、結晶化にあったっては、結晶成分が予め存在してい
ることは好ましくない、と考察することができる。
Considering the above experimental facts, the crystal component of the substrate material and the crystal component in the semiconductor film existing in the substrate and near the interface of the semiconductor film can serve as nuclei for crystal growth. In order to do so, it can be considered that it acts as a negative factor. In other words, it can be considered that it is not preferable that a crystal component is present in advance in crystallization.

【0013】本発明は上記実験事実に基づき、基板上の
非晶質珪素半導体膜を加熱によって結晶化を行う場合に
は、基板と非晶質珪素膜との界面に結晶核となる成分、
特に基板表面近傍の結晶成分や基板との界面近傍の非晶
質珪素膜中に結晶成分(非晶質といっても程度の問題で
あり、詳細に観察すれば結晶成分が認められる場合があ
る)が存在していないことが必要である、との考察結果
に基づき行われたものである。
According to the present invention, based on the above experimental results, when an amorphous silicon semiconductor film on a substrate is crystallized by heating, a component serving as a crystal nucleus is present at an interface between the substrate and the amorphous silicon film;
In particular, a crystalline component in the vicinity of the substrate surface or a crystalline component in the amorphous silicon film near the interface with the substrate (even though it is an amorphous matter, the crystalline component may be observed when observed in detail. ) Need to be absent.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】〔第1の発明〕 第1の発明は、請求項1に記載されているように、 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から前記基板に向かって、不活
性な元素のイオンを、該イオンの分布の最大値となる領
域が基板内に存在するように注入する工程と、 前記イオンが注入された非単結晶半導体膜を加熱により
結晶化させる工程と、 を有することを要旨とする半導体装置作製方法である。
Means for Solving the Problems [First invention] According to a first invention, as described in claim 1, a step of forming a non-single-crystal semiconductor film on a substrate; A step of implanting inactive element ions from the semiconductor film toward the substrate such that a region where the distribution of the ions has a maximum value is present in the substrate; and a non-single crystal into which the ions are implanted. And a step of crystallizing the semiconductor film by heating.

【0015】上記第1の発明において、基板としては、
絶縁性基板であるガラス基板や石英基板、さらには半導
体基板を挙げることができる。また、非単結晶半導体膜
としては、珪素に代表される半導体の非晶質、微結晶、
多結晶、セミアモルファス等々の半導体を挙げることが
できる。さらにまた、他の半導体材料を用いることもで
きる。
In the first aspect, the substrate may be
Examples of the insulating substrate include a glass substrate and a quartz substrate, which are insulating substrates, and a semiconductor substrate. As the non-single-crystal semiconductor film, amorphous, microcrystalline,
Semiconductors such as polycrystalline and semi-amorphous can be given. Furthermore, other semiconductor materials can be used.

【0016】不活性な元素というのは、イオン注入が行
われる非単結晶半導体膜に対して悪影響を与えない元素
のことをいう。例えば、非単結晶半導体膜として、非晶
質珪素半導体膜を採用した場合、この不活性な元素とし
て、珪素やゲルマニウム、さらに半導体膜が一導電型に
なることを許容するならリンやボロンの珪素に対し、一
導電型を有せしめる元素を用いることができる。
An inert element refers to an element that does not adversely affect a non-single-crystal semiconductor film into which ions are implanted. For example, when an amorphous silicon semiconductor film is used as the non-single-crystal semiconductor film, silicon or germanium is used as the inactive element, and silicon such as phosphorus or boron is used if the semiconductor film is allowed to be of one conductivity type. On the other hand, an element giving one conductivity type can be used.

【0017】基板と半導体膜との界面近傍というのは、
基板と基板上の半導体膜との界面を境にして、その両
側、即ちその界面を境にした基板側と半導体膜側の近傍
領域ということである。
The vicinity of the interface between the substrate and the semiconductor film is defined as
This means the region adjacent to the interface between the substrate and the semiconductor film on the substrate, on both sides thereof, that is, the region near the substrate and the semiconductor film on the interface.

【0018】半導体膜に対して、不活性な元素のイオン
注入を行うことによって、半導体膜を非晶質化するとい
うのは、一般に良く知られているように、イオン注入に
よって、当該半導体が非晶質化してしまう現象を利用し
たものである。この非晶質化は、より非晶質化を助長す
るという意味もあるので、非晶質半導体膜に対して行う
ことによって、該非晶質半導体膜中の結晶成分を非晶質
化するという作用を有す。(一般に非晶質半導体膜とし
て気相法等で成膜された膜中には、結晶成分やマイクロ
クリスタル構造が存在している)
Amorphizing a semiconductor film by implanting ions of an inert element into the semiconductor film is generally well known in the art. This utilizes the phenomenon of crystallinity. Since the amorphization also has the meaning of further promoting the amorphization, an effect of amorphizing a crystal component in the amorphous semiconductor film by performing it on the amorphous semiconductor film is given. Has. (In general, a crystalline component and a microcrystal structure are present in a film formed by a vapor phase method or the like as an amorphous semiconductor film.)

【0019】加熱を行い、半導体膜を結晶化させる、と
いうのは、非晶質状態の半導体膜に熱エネルギーを加え
ることによって、結晶化を助長させ、結晶成分または結
晶性を有する半導体膜を作製することをいう。一般の非
晶質珪素を加熱によって結晶化させる場合には、最低60
0 ℃程度の温度で24時間〜48時間の加熱が必要であるこ
とが実験的に判明している。しかし本発明において、非
単結晶半導体として非晶質珪素を用いた場合には、550
℃、5時間の加熱によって上記従来の場合と同様な結晶
化を行うことができる。
Heating and crystallizing the semiconductor film means that heat energy is applied to the amorphous semiconductor film to promote crystallization and produce a semiconductor film having a crystalline component or crystallinity. To do. When general amorphous silicon is crystallized by heating, at least 60
It has been experimentally found that heating at a temperature of about 0 ° C. for 24 to 48 hours is necessary. However, in the present invention, when amorphous silicon is used as the non-single-crystal semiconductor, 550
By heating at 5 ° C. for 5 hours, crystallization similar to the above-described conventional case can be performed.

【0020】[0020]

【0021】 上記第1の発明において、不活性な元素
のイオンが基板内を中心に注入されるという意味を以下
に説明する。一般に当該材料中にイオン打ち込みによっ
て、イオンを注入すると、注入されたイオンは、その深
さ方向にある分布でもって存在する。この分布を飛程分
布という。上記第1の発明では、注入されたイオンの分
布の最大値が、基板内に存在するようにイオンを注入す
ることを特徴とするものである。
In the first aspect of the present invention, the meaning that the ions of the inactive element are implanted mainly in the substrate will be described below. Generally, when ions are implanted into the material by ion implantation, the implanted ions exist with a certain distribution in the depth direction. This distribution is called a range distribution. The first invention is characterized in that the ions are implanted such that the maximum value of the distribution of the implanted ions is present in the substrate.

【0022】この一例を図2に示す。図2において、点
線より左側が基板側であり、点線より右側がイオンが注
入される半導体膜側である。そして、点線の両側付近が
基板と半導体膜との界面近傍となる。この場合、注入イ
オンの飛程分布の最大値(最も多くの注入イオンが存在
する領域)が基板内にあることを示している。即ち、基
板内を中心にイオンが注入されている状態を示してい
る。
FIG. 2 shows an example of this. In FIG. 2, the left side of the dotted line is the substrate side, and the right side of the dotted line is the semiconductor film side into which ions are implanted. The vicinity of both sides of the dotted line is the vicinity of the interface between the substrate and the semiconductor film. In this case, the maximum value of the range distribution of the implanted ions (the region where the most implanted ions exist) is in the substrate. That is, a state where ions are implanted mainly in the substrate is shown.

【0023】〔第2の発明〕 第2の発明は、請求項2に記載されているように、 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から前記基板に向かって、選択
的に不活性な元素のイオンを、該イオンの分布の最大値
となる領域が基板内に存在するように注入する工程と、 加熱により、前記非単結晶半導体膜の不活性な元素のイ
オンが注入された領域を、不活性な元素のイオンが注入
されていない領域から結晶成長させる工程と、 を有することを要旨とする半導体装置作製方法である。
[Second Invention] According to a second invention, as described in claim 2, a step of forming a non-single-crystal semiconductor film on a substrate; Implanting ions of selectively inactive elements in the substrate such that a region where the distribution of the ions has the maximum value is present in the substrate; and heating, the inactivation of the non-single-crystal semiconductor film. Forming a region into which ions of an element are implanted from a region into which ions of an inert element are not implanted.

【0024】 上記第2の発明は、非単結晶半導体膜に
対し、選択的に不活性なイオンを注入することによっ
て、該イオン注入領域を非晶質化した場合、加熱処理を
行うことによって、前記非晶質化されていない領域(非
晶質半導体膜として成膜されたものであっても、イオン
注入による非晶質化を行わなければ、結晶成分が残存し
ている)からの結晶成長が前記非晶質化された領域に向
かって起こり、膜の平面方向に結晶成長した結晶性半導
体膜を得ることができるものである。
According to the second aspect of the present invention, the non-single-crystal semiconductor film is selectively implanted with inactive ions to perform heat treatment when the ion-implanted region is made amorphous. Crystal growth from the non-amorphized region (even if formed as an amorphous semiconductor film, a crystalline component remains unless amorphization by ion implantation is performed) Occurs toward the amorphized region, and a crystalline semiconductor film can be obtained in which the crystal is grown in the planar direction of the film.

【0025】〔第3の発明〕 第3の発明は、請求項3に記載されているように、第1
及び第2の発明において、 不活性な元素のイオンは、基板内を中心に注入されてお
り、そのドーズ量は、3×1014cm-2〜3×1015cm-2であ
ること、 を要旨とするものである。
[Third invention] According to a third invention, a first invention is provided.
In the second invention, the ions of the inert element are implanted mainly in the substrate, and the dose is 3 × 10 14 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2. It is an abstract.

【0026】[0026]

【0027】 なお、本発明は、基板と半導体膜との界
面近傍における結晶成分を排除することによって、加熱
による結晶化の効果を高めるものである。 また、基板と半導体膜との界面近傍における結晶成分を
排除した後、人為的に結晶成長核となる材料を導入し、
該材料を核として結晶成長をさせる方法をとってもよ
い。
Note that the present invention improves the effect of crystallization by heating by eliminating crystal components near the interface between the substrate and the semiconductor film. Also, after eliminating the crystal component near the interface between the substrate and the semiconductor film, a material that becomes a crystal growth nucleus is artificially introduced,
A method of growing crystals using the material as a nucleus may be used.

【0028】[0028]

【作用】ガラス基板表面を非晶質化することで、均一な
結晶成長を阻害する結晶成分を排除することができ、加
熱による結晶化によって、電気的特性においても満足す
る結晶性の半導体薄膜を得るとができる。さらに、結晶
化を行う際の加熱温度を低くすることができ、また加熱
時間を短くすることができる。
By making the surface of the glass substrate amorphous, it is possible to eliminate a crystal component that hinders uniform crystal growth, and to form a crystalline semiconductor thin film that satisfies electrical characteristics by crystallization by heating. You can get it. Further, the heating temperature during crystallization can be reduced, and the heating time can be shortened.

【0029】[0029]

【実施例】〔実施例1〕 本実施例は、第1の発明の実施例であって、ガラス基板
(コーニング7059)上にNチャネル型TFT、またはP
チャネル型TFTを形成した場合の例である。本実施例
は、ガラス基板上に形成されたTFTを用いた液晶表示
装置やイメージセンサ、さらには絶縁基板上に形成され
た集積回路に利用することができる。
[Embodiment 1] This embodiment is an embodiment of the first invention, in which an N-channel TFT or a P-type TFT is formed on a glass substrate (Corning 7059).
This is an example of a case where a channel type TFT is formed. This embodiment can be applied to a liquid crystal display device and an image sensor using a TFT formed on a glass substrate, and further to an integrated circuit formed on an insulating substrate.

【0030】本実施例の作製工程を図1を用いて説明す
る。図1において、(11)が絶縁基板であるコーニング70
59ガラス基板である。まずガラス基板上に下地酸化膜と
して酸化珪素膜(12)を3000Åの厚さにスパッタ法によっ
て形成する。勿論この下地の酸化珪素膜(12)はなくても
よい。次に、非晶質珪素膜(13)を公知のプラズマCVD
法によって、1500Åの厚さに成膜する。成膜方法は、熱
CVD法やスパッタ法によるものであってもよい。また
この非晶質珪素膜(13)として、結晶性を有する膜、例え
ば微結晶珪素膜や多結晶珪素膜を成膜するのでもよい。
The manufacturing process of this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, (11) is a Corning 70 which is an insulating substrate.
59 glass substrates. First, a silicon oxide film (12) is formed as a base oxide film on a glass substrate to a thickness of 3000 mm by a sputtering method. Of course, the underlying silicon oxide film (12) may not be provided. Next, the amorphous silicon film (13) is
The film is formed to a thickness of 1500 mm by the method. The film formation method may be a thermal CVD method or a sputtering method. Further, a film having crystallinity, for example, a microcrystalline silicon film or a polycrystalline silicon film may be formed as the amorphous silicon film (13).

【0031】この非晶質珪素膜(13)は、後に加熱によっ
て結晶化させるので、結晶化を阻害する元素である酸素
元素の混入が、成膜時に極力ないようにすることが重要
である。
Since the amorphous silicon film (13) is crystallized by heating later, it is important to minimize the incorporation of an oxygen element which is an element that inhibits crystallization during film formation.

【0032】次に、珪素半導体に対しては、電気的に不
活性な元素である珪素イオン(Si +) をイオン打ち込み
法によりイオン注入し、非晶質珪素半導体膜(13)を非晶
質化(非晶質化を助長するということもできる)する。
この際、珪素イオンを打ち込む加速電圧やドーズ量を以
下のようにして定める。
Next, a silicon ion (Si + ), which is an electrically inactive element, is ion-implanted into the silicon semiconductor by an ion implantation method, and the amorphous silicon semiconductor film (13) is made amorphous. (It can also be said to promote amorphization).
At this time, the acceleration voltage and dose for implanting silicon ions are determined as follows.

【0033】まず、この珪素イオンの打ち込みは、ガラ
ス基板(11)の表面近傍さらには下地酸化珪素膜(12)を非
晶質化し、これらの領域に結晶化を阻害すると考えられ
る結晶成分が存在しないようにするものである。即ち、
加熱による結晶成長が、基板(この場合は、下地酸化珪
素膜をも含めて考える)と結晶化させる半導体膜との界
面から起こることに着目し、一様で電気的特性の優れた
結晶性の半導体膜を得るために、結晶化に当たって、負
の要因として作用するこの界面近傍の結晶成分を除去す
るものである。上記結晶化を阻害する結晶成分は、ガラ
ス基板(11)中に存在する酸化珪素の結晶成分や、下地酸
化珪素膜(12)中に存在する酸化珪素の結晶成分や、非晶
質半導体膜(13)中に存在している結晶成分のことをい
う。
First, the implantation of silicon ions causes the vicinity of the surface of the glass substrate (11) and the underlying silicon oxide film (12) to become amorphous, and there exists a crystal component which is considered to inhibit crystallization in these regions. It is something not to do. That is,
Focusing on the fact that crystal growth by heating occurs from the interface between the substrate (in this case, including the underlying silicon oxide film) and the semiconductor film to be crystallized, the crystallinity of which is uniform and has excellent electrical characteristics In order to obtain a semiconductor film, a crystal component near the interface, which acts as a negative factor in crystallization, is removed. The crystal component that inhibits the crystallization is a crystal component of silicon oxide present in the glass substrate (11), a crystal component of silicon oxide present in the base silicon oxide film (12), an amorphous semiconductor film ( 13) Refers to the crystal components present in

【0034】珪素イオンの打ち込み条件は、図2に示す
ようなドーズ量で行われるようにした。図2に示されて
いるのは、縦軸にドーズ量を、横軸に注入イオンの位置
(注入表面からのイオンの深さ方向の位置)をとったも
のであり、点線より左側が基板(11)側(酸化珪素膜(12)
も含めて考える)であり、点線より右側が出発膜である
非晶質珪素膜(13)側である。本実施例においては、ドー
ズ量を5×1014cm-2としたが、3×1014cm-2〜3×1015
cm-2の範囲で可能である。勿論他の値でも可能であると
思われる。
The conditions for implanting silicon ions were such that the dose was as shown in FIG. FIG. 2 shows the dose amount on the vertical axis and the position of the implanted ions (the position in the depth direction of the ions from the implanted surface) on the horizontal axis, and the substrate ( 11) side (silicon oxide film (12)
The right side of the dotted line is the side of the amorphous silicon film (13) which is the starting film. In this embodiment, the dose is set to 5 × 10 14 cm −2 , but 3 × 10 14 cm −2 to 3 × 10 15.
It is possible in the range of cm -2 . Of course, it seems that other values are possible.

【0035】基板と結晶化させる半導体との界面近傍を
非晶質化することが、良好な結晶成長のために必要であ
る。また、上記珪素イオンの打ち込みの結果、非晶質珪
素膜(13)の厚さ方向全体にわたって結晶成分は認められ
ず、膜全体が非晶質化していることが確認された。
Amorphization near the interface between the substrate and the semiconductor to be crystallized is necessary for good crystal growth. In addition, as a result of the implantation of silicon ions, no crystal component was observed over the entire thickness direction of the amorphous silicon film (13), and it was confirmed that the entire film was amorphous.

【0036】次に、大気圧の窒素雰囲気中で550 ℃、5
時間の加熱を行い非晶質珪素膜(13)の結晶化を行った。
この結晶化工程によって結晶性珪素半導体膜を得ること
ができた。なお上記結晶化の工程の加熱温度は、一般の
非晶質珪素の結晶化温度(実験によれば10時間程度の加
熱時間で行う場合には、600 ℃以上が必要であることが
判明している)以下の温度で行うことができ、しかも加
熱時間は短くすることができる。
Next, at 550 ° C. and 5 ° C. in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure.
The amorphous silicon film (13) was crystallized by heating for a time.
By this crystallization step, a crystalline silicon semiconductor film could be obtained. The heating temperature in the above-mentioned crystallization step is generally the crystallization temperature of amorphous silicon (according to experiments, it has been found that 600 ° C. or more is necessary if heating is performed for about 10 hours). Can be performed at the following temperature, and the heating time can be shortened.

【0037】以上のようにして作製したガラス基板上の
結晶性珪素半導体膜を利用して、Nチャネル型TFTと
Pチャネル型TFTを作製した。作製方法は、従来より
行われている方法に依った。Nチャネル型TFTでは移
動度が70cm2/Vs以上のものを得るこができ、Pチャネル
型TFTの場合でも30cm2/Vs以上のものを得るこができ
た。これは、珪素イオンによる非晶質化の処理を行わず
に、600 ℃、24時間の加熱によって結晶化された結晶性
珪素半導体膜を用いた場合と同様な結果であった。即
ち、600 ℃, 24時間の加熱によって得られる効果が、55
0 ℃、5時間の加熱によって得ることができた。
Using the crystalline silicon semiconductor film formed on the glass substrate as described above, an N-channel TFT and a P-channel TFT were manufactured. The fabrication method was based on a conventional method. With an N-channel TFT, a mobility of 70 cm 2 / Vs or more could be obtained, and even with a P-channel TFT, a mobility of 30 cm 2 / Vs or more could be obtained. This is the same result as the case of using a crystalline silicon semiconductor film crystallized by heating at 600 ° C. for 24 hours without performing the amorphization treatment by silicon ions. That is, the effect obtained by heating at 600 ° C for 24 hours is 55%.
It was obtained by heating at 0 ° C. for 5 hours.

【0038】〔実施例2〕 本実施例は、第2の発明の実施例であって、ガラス基板
上に形成される結晶化させた半導体材料において、結晶
の成長方向を基板と平行な方向とすることによって、基
板と平行な方向に対する電気的な特性を改善せんとする
構成を提案するものである。
[Embodiment 2] This embodiment is an embodiment of the second invention, in which a crystal growth direction of a crystallized semiconductor material formed on a glass substrate is set in a direction parallel to the substrate. By doing so, it is proposed to improve the electrical characteristics in the direction parallel to the substrate.

【0039】図3に本実施例の作製工程を示す。図3に
おいて、図1と符号が同じものは特に断らないかぎり、
実施例1において説明したものと同様である。まずガラ
ス基板(コーニング7059)上に実施例1と同様に下地酸
化珪素膜を形成し、しかる後に結晶性を有する珪素半導
体膜(13)を形成する。本実施例においては、550 ℃の温
度の熱CVD法によって微結晶珪素半導体膜(13)を1500
Åの厚さに成膜する。この結晶性を有する珪素半導体膜
の成膜方法は、公知のプラズマCVD法を利用すること
もできる。
FIG. 3 shows a manufacturing process of this embodiment. In FIG. 3, components having the same reference numerals as those in FIG.
This is the same as that described in the first embodiment. First, a base silicon oxide film is formed on a glass substrate (Corning 7059) in the same manner as in Example 1, and thereafter, a silicon semiconductor film (13) having crystallinity is formed. In this embodiment, the microcrystalline silicon semiconductor film (13) is deposited by a thermal CVD method at a temperature of 550 ° C.
The film is formed to a thickness of Å. As a method for forming the silicon semiconductor film having crystallinity, a known plasma CVD method can be used.

【0040】上記構成において、微結晶珪素半導体膜(1
3)を形成するのは、この膜中の結晶成分を結晶核とし
て、後に結晶成長を行うためである。勿論、普通の非晶
質珪素半導体膜であっても、程度の問題として結晶成分
(秩序性が認められる微小領域)が存在していると考え
られるので、ここで半導体膜(13)として公知の非晶質半
導体膜を用いるのでもよい。
In the above structure, the microcrystalline silicon semiconductor film (1
The reason for forming 3) is to perform crystal growth later using the crystal component in this film as a crystal nucleus. Of course, even in the case of a normal amorphous silicon semiconductor film, it is considered that a crystal component (a minute region in which order is recognized) exists as a matter of degree. An amorphous semiconductor film may be used.

【0041】以上のようにして、図3(A)に示す構成
を得た後、図3(B)に示す様に、メタルマスク(15)を
設ける。次に、実施例1と同様な工程により、珪素イオ
ン(14)の打ち込みを行い、メタルマスクで覆われていな
い部分に珪素イオンの注入を行う。この結果、珪素イオ
ンが注入された領域は、半導体膜(13)と基板(ここで
は、下地酸化珪素膜(12)と基板(11)との合わせてものを
いう)との界面近傍を中心にして、非晶質化される。
After the structure shown in FIG. 3A is obtained as described above, a metal mask (15) is provided as shown in FIG. 3B. Next, silicon ions (14) are implanted in the same steps as in the first embodiment, and silicon ions are implanted into portions not covered with the metal mask. As a result, the region into which the silicon ions have been implanted is centered on the vicinity of the interface between the semiconductor film (13) and the substrate (here, the combination of the base silicon oxide film (12) and the substrate (11)). Then, it is made amorphous.

【0042】その後、実施例1と同様に窒素雰囲気中に
おいて、550℃、5時間の加熱を行い、非晶質化され
た領域(6)の半導体膜(13)を結晶化させる。この
際、結晶化は珪素イオンの打ち込まれていない領域
(6)以外の領域)においても行われるが、この領域
での結晶化の速度は小さいので、選択的に(6)の領域
において結晶化が行われることになる。ここで重要なの
は、珪素イオン(14)の注入による非晶質化が行われ
ていない領域から矢印(17)で示されるように結晶成
長が進行し、基板表面に平行な方向に結晶性が助長され
ることである。
Thereafter, as in the first embodiment, the semiconductor film (13) in the amorphous region (6) is crystallized by heating at 550 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. At this time, crystallization is also performed in a region where silicon ions are not implanted (region other than (6) ). However, since the crystallization speed in this region is low, the crystallization is selectively performed in the region (6). Will be performed. What is important here is that the crystal growth proceeds from the region where the amorphization has not been performed by the implantation of silicon ions (14) as indicated by the arrow (17), and the crystallinity is promoted in the direction parallel to the substrate surface. Is to be done.

【0043】上記の現象は、基板表面の結晶成分を結晶
核として、基板表面に垂直方向に非晶質半導体膜の結晶
成長が生じる現象と同じ原理による。
The above phenomenon is based on the same principle as the phenomenon in which the crystal component of the substrate surface is used as a crystal nucleus to cause the crystal growth of the amorphous semiconductor film in the direction perpendicular to the substrate surface.

【0044】本実施例の構成をとることで、結晶性珪素
半導体膜の平面方向(図3の(17)の方向に一致する)へ
のキャリアの伝導を用いるTFT等の半導体装置の電気
的特性を改善することができる。
By adopting the configuration of this embodiment, the electrical characteristics of a semiconductor device such as a TFT using carrier conduction in the planar direction of the crystalline silicon semiconductor film (corresponding to the direction (17) in FIG. 3). Can be improved.

【0045】[0045]

【効果】基板表面と非単結晶半導体との界面近傍を、不
活性のイオンの注入によって非晶質化することによっ
て、従来よりも低温でしかも短時間の加熱によって、結
晶化をすることでき、従来の方式によって得られていた
結晶性半導体膜に比較して遜色のない電気的特性を有す
る結晶性半導体膜を得ることができた。
[Effect] By amorphizing the vicinity of the interface between the substrate surface and the non-single-crystal semiconductor by injecting inert ions, crystallization can be performed by heating at a lower temperature and for a shorter time than before, and A crystalline semiconductor film having electrical characteristics comparable to those of a crystalline semiconductor film obtained by a conventional method was obtained.

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

【図1】 実施例の概要を示す。FIG. 1 shows an outline of an embodiment.

【図2】 実施例における、珪素イオンの注入の状態を
示す。
FIG. 2 shows a state of implantation of silicon ions in the embodiment.

【図3】 実施例の概要を示す。FIG. 3 shows an outline of an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ガラス基板 12 下地酸化珪素膜 13 半導体膜 14 珪素イオン 15 メタルマスク 珪素イオンが注入された領域 17 結晶成長の方向DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Glass substrate 12 Underlying silicon oxide film 13 Semiconductor film 14 Silicon ion 15 Metal mask 6 Region into which silicon ion was implanted 17 Direction of crystal growth

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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から前記基板に向かって、不活
性な元素のイオンを、該イオンの分布の最大値となる領
域が基板内に存在するように注入する工程と、 前記イオンが注入された非単結晶半導体膜を加熱により
結晶化させる工程と、を有することを特徴とする半導体
装置作製方法。
A step of forming a non-single-crystal semiconductor film over a substrate , wherein ions of an inactive element from the non-single-crystal semiconductor film toward the substrate have a maximum value of the distribution of the ions. Territory
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of implanting a region so as to exist in a substrate; and a step of crystallizing the non-single-crystal semiconductor film into which the ions have been implanted by heating.
【請求項2】 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から前記基板に向かって、選択
的に不活性な元素のイオンを、該イオンの分布の最大値
となる領域が基板内に存在するように注入する工程と、 加熱により、前記非単結晶半導体膜の不活性な元素のイ
オンが注入された領域を、不活性な元素のイオンが注入
されていない領域から結晶成長させる工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置作製方法。
To 2. A substrate forming a non-single crystal semiconductor film, toward said substrate from the said non-single crystal semiconductor film, an ion selective inert element, the maximum of the distribution of the ion value
A step of implanting such that a region to be present is present in the substrate, and heating the region of the non-single-crystal semiconductor film into which the ions of the inert element have been implanted, in which the ions of the inert element have not been implanted. Forming a crystal from a region.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、不活
性な元素のイオンのドーズ量は、3×1014cm- 2 〜3×
1015cm- 2 であることを特徴とする半導体装置作製方
法。
3. An apparatus according to claim 1 or claim 2, the dose of ion-inert elements, 3 × 10 14 cm - 2 ~3 ×
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising : 10 15 cm -2.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
て、不活性な元素は、非単結晶半導体膜を構成する材料
の元素であることを特徴とする半導体装置作製方法。
Te wherein any one smell of claims 1 to 3 <br/>, inert element, the semiconductor device manufacturing method which is characterized in that an element of the material constituting the non-single crystal semiconductor film .
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項におい
て、基板は、ガラス基板、または上面に酸化珪素膜が形
成されたガラス基板であることを特徴とする半導体装置
作製方法。
Te wherein any one smell of claims 1 to 4 <br/>, substrate, a semiconductor device manufacturing which is a glass substrate a glass substrate or top silicon oxide film, is formed Method.
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