JP3186621B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3186621B2 JP35623096A JP35623096A JP3186621B2 JP 3186621 B2 JP3186621 B2 JP 3186621B2 JP 35623096 A JP35623096 A JP 35623096A JP 35623096 A JP35623096 A JP 35623096A JP 3186621 B2 JP3186621 B2 JP 3186621B2
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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、薄膜状の絶縁ゲイト型
電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタもしくはTF
T)等の薄膜デバイスに用いられる結晶性半導体を得る
際に必要な半導体装置の作製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film insulated gate field effect transistor (thin film transistor or TF).
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device necessary for obtaining a crystalline semiconductor used for a thin film device such as T).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタ(TFT)等の薄膜デバイスに用いられる結
晶性シリコン半導体薄膜は、プラズマCVD法や熱CV
D法で形成されたアモルファスシリコン膜を電気炉等の
装置の中で600℃以上の温度で24時間以上の長時間
にわたって結晶化させて作製された。特に十分な特性
(高い電界効果移動度や高い信頼性)を得るためにはよ
り長時間の熱処理が求められていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a crystalline silicon semiconductor thin film used for a thin film device such as a thin film insulated gate field effect transistor (TFT) is manufactured by a plasma CVD method or a thermal CV method.
The amorphous silicon film formed by the method D was crystallized in a device such as an electric furnace at a temperature of 600 ° C. or more for a long time of 24 hours or more. In particular, a longer heat treatment has been required to obtain sufficient characteristics (high field effect mobility and high reliability).

【0003】[0003]

【発明が解決しようする課題】しかしながら、このよう
な従来の方法は多くの課題を抱えていた。1つはスルー
プットが低く、したがって、コストが高くなることであ
る。例えば、この結晶化工程に24時間の時間を要する
ものとすると、基板1枚当たりの処理時間を2分とすれ
ば720枚の基板を同時に処理しなければならなかっ
た。しかしながら、例えば、通常使用される管状炉で
は、1度に処理できる基板の枚数は50枚がせいぜい
で、1つの装置(反応管)だけを使用した場合には1枚
当たり30分も時間がかかってしまった。すなわち、1
枚当たりの処理時間を2分とするには、反応管を15本
も使用しなければならなかった。このことは投資規模が
拡大することと、その投資の減価償却が大きく、製品の
コストに跳ね返ることを意味していた。
However, such a conventional method has many problems. One is lower throughput and therefore higher cost. For example, assuming that the crystallization step requires 24 hours, if the processing time per substrate is 2 minutes, 720 substrates must be processed simultaneously. However, for example, in a commonly used tubular furnace, at most 50 substrates can be processed at a time, and when only one apparatus (reaction tube) is used, it takes 30 minutes per substrate. I have. That is, 1
In order to set the processing time per sheet to 2 minutes, as many as 15 reaction tubes had to be used. This meant that the size of the investment would increase, and that the investment would be significantly depreciated, which would return to the cost of the product.

【0004】もう1つの問題は、熱処理の温度であっ
た。通常、TFTの作製に用いられる基板は石英ガラス
のような純粋な酸化珪素からなるものと、コーニング社
7059番(以下、コーニング7059という)のよう
な無アルカリのホウ珪酸ガラスに大別される。このう
ち、前者は、耐熱性が優れており、通常の半導体集積回
路のウェファープロセスと同じ取扱いができるため、温
度に関しては何ら問題がない。しかしながら、そのコス
トが高く、基板面積の増加と共に指数関数的に急激に増
大する。したがって、現在のところ、比較的小面積のT
FT集積回路にのみ使用されている。
[0004] Another problem was the temperature of the heat treatment. In general, substrates used for manufacturing TFTs are roughly classified into those made of pure silicon oxide such as quartz glass and non-alkali borosilicate glass such as Corning No. 7059 (hereinafter referred to as Corning 7059). Among them, the former has excellent heat resistance and can be handled in the same manner as a wafer process of a normal semiconductor integrated circuit, so that there is no problem regarding the temperature. However, its cost is high, and it increases exponentially rapidly as the substrate area increases. Therefore, at present, a relatively small area T
Used only for FT integrated circuits.

【0005】一方、無アルカリガラスは、石英に比べれ
ばコストは十分に低いが、耐熱性の点で問題があり、一
般に歪み点が550〜650℃程度、特に入手しやすい
材料では600℃以下であるので、600℃の熱処理で
は基板に不可逆的な収縮やソリという問題が生じた。特
に基板が対角10インチを越えるような大きなものでは
顕著であった。以上のような理由から、シリコン半導体
膜の結晶化に関しては、550℃以下、4時間以内とい
う熱処理条件がコスト削減に不可欠とされていた。本発
明はこのような条件をクリアする半導体の作製方法およ
び、そのような半導体を用いた半導体装置の作製方法を
提供することを目的とする。
On the other hand, alkali-free glass has a sufficiently low cost as compared with quartz, but has a problem in terms of heat resistance, and generally has a strain point of about 550 to 650 ° C. Therefore, the heat treatment at 600 ° C. caused a problem of irreversible shrinkage and warpage of the substrate. In particular, it was remarkable for a large substrate having a diagonal exceeding 10 inches. For the above reasons, regarding crystallization of a silicon semiconductor film, a heat treatment condition of 550 ° C. or lower and within 4 hours has been indispensable for cost reduction. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor which satisfies such a condition and a method for manufacturing a semiconductor device using such a semiconductor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
結晶化を促進する金属元素を伴って結晶化された非単結
晶半導体を塩素を含む雰囲気中で加熱処理し、前記非単
結晶半導体中の前記金属元素を減少させることを特徴と
する。 本発明の熱処理方法において、前記金属元素が減
少させられた前記非単結晶半導体中の前記金属元素の濃
度は、1原子%以下であることを特徴とする。 本発明の
熱処理方法は、塩素を含む雰囲気が塩化水素、塩化メタ
ン、塩化エタン、塩化エチレンのいずれかを含むことを
特徴とする。 本発明の熱処理方法において、結晶化を促
進する金属元素は、ニッケルであることを特徴とする。
また、段落0003ないし段落0005に記載された課
題を解決する本発明の関連技術(以下、単に本発明の関
連技術と記載する。)の構成は、基板上に選択的にニッ
ケル、鉄、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウ
ム、オスミウム、イリジウム、白金、スカンジウム、チ
タン、バナジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、金、
銀の少なくとも1つを含有する物体を形成する第1の工
程と、前記工程後、実質的にアモルファス状態のシリコ
ン膜を形成する第2の工程と、第2の工程の後に基板を
アニールする第3の工程と、前記シリコン膜を島状にパ
ターニングする第4の工程とを有することを特徴とす
る。
The heat treatment method of the present invention comprises:
Non-monocrystalline crystallized with a metal element promoting crystallization
Heat treatment of an amorphous semiconductor in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the metal element in the crystalline semiconductor
I do. In the heat treatment method of the present invention, the metal element is reduced.
The concentration of the metal element in the reduced non-single-crystal semiconductor
The degree is 1 atomic% or less. Of the present invention
In the heat treatment method, the atmosphere containing chlorine is hydrogen chloride,
Containing any of ethylene, ethane chloride or ethylene chloride
Features. In the heat treatment method of the present invention, crystallization is promoted.
The metal element that proceeds is nickel.
In addition, the section described in paragraphs 0003 to 0005
The related art of the present invention for solving the problem (hereinafter simply referred to as “the present invention”)
Described as a continuous technology. ) Configuration is selectively nickel, iron, cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold,
A first step of forming an object containing at least one of silver; a second step of forming a silicon film in a substantially amorphous state after the step; and a second step of annealing the substrate after the second step. And a fourth step of patterning the silicon film into an island shape.

【0007】また、上記の構成において、第3の工程の
以後に基板をフッ酸もしくは塩酸を含有する酸によって
処理する第4の工程を有することを特徴とする。
In the above structure, a fourth step of treating the substrate with hydrofluoric acid or an acid containing hydrochloric acid after the third step is provided.

【0008】また、上記の構成において、基板をアニー
ルすることにより、選択的に物体のある領域より横方向
に結晶化を20〜200μmの幅に成長せしめることを
特徴とする。
In the above structure, the substrate is annealed to selectively grow crystallization to a width of 20 to 200 μm in a lateral direction from a region where an object exists.

【0009】また、本発明の関連技術の他の構成は、基
板上に実質的にアモルファス状態のシリコン膜を形成す
る第1の工程と、前記工程後、選択的にニッケル、鉄、
コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミ
ウム、イリジウム、白金、スカンジウム、チタン、バナ
ジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、金、銀の少なく
とも1つを含有する物体を形成する第2の工程と、第2
の工程の後に基板をアニールする第3の工程と、前記シ
リコン膜を島状にパターニングする第4の工程とを有す
ることを特徴とする。
Another structure related to the present invention relates to a first step of forming a silicon film in a substantially amorphous state on a substrate, and after the step, nickel, iron,
A second step of forming an object containing at least one of cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, silver;
And a fourth step of patterning the silicon film in an island shape after the step of annealing the substrate.

【0010】上記の構成において、第3の工程の以後に
基板をフッ酸、硝酸もしくは塩酸を含有する酸によって
処理する第4の工程を有することを特徴とする。
In the above structure, a fourth step of treating the substrate with an acid containing hydrofluoric acid, nitric acid or hydrochloric acid after the third step is provided.

【0011】上記の構成において、基板をアニールする
ことにより、選択的に物体のある領域より横方向に結晶
化を20〜200μmの幅に成長せしめることを特徴と
する。
In the above structure, the substrate is annealed to selectively grow the crystallization to a width of 20 to 200 μm in a lateral direction from a region where an object exists.

【0012】また、本発明の関連技術の他の構成は、
0.01原子%以上5原子%以下の水素と、0.000
5原子%以上1原子%以下のニッケル、鉄、コバルト、
ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリ
ジウム、白金、スカンジウム、チタン、バナジウム、ク
ロム、マンガン、銅、亜鉛、金、銀を有するシリコン膜
上に、絶縁膜を介してゲイト電極が設けられていること
を特徴とする。
Further, another configuration of the related art of the present invention is as follows.
Between 0.01 atomic% and 5 atomic% of hydrogen,
Nickel, iron, cobalt of 5 atomic% or more and 1 atomic% or less,
That a gate electrode is provided on a silicon film containing ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, and silver via an insulating film. Features.

【0013】また、本発明の関連技術の他の構成は、
0.01原子%以上5原子%以下の水素と、0.000
5原子%以上1原子%以下のニッケル、鉄、コバルト、
ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリ
ジウム、白金、スカンジウム、チタン、バナジウム、ク
ロム、マンガン、銅、亜鉛、金、銀を有するシリコン半
導体によって構成されたソースおよび/またはドレイン
を有することを特徴とする。
Further, another configuration of the related art of the present invention is as follows.
Between 0.01 atomic% and 5 atomic% of hydrogen,
Nickel, iron, cobalt of 5 atomic% or more and 1 atomic% or less,
The semiconductor device includes a source and / or a drain formed using a silicon semiconductor including ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, and silver.

【0014】また、本発明の関連技術の他の構成は、基
板上に実質的にアモルファス状態のシリコン膜を形成す
る第1の工程と、マスク作用を示す厚さのマスク被膜を
形成する第2の工程と、前記マスク被膜をパターニング
して、シリコン膜表面を露出せしめる第3の工程と、ニ
ッケル、鉄、コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジ
ウム、オスミウム、イリジウム、白金、スカンジウム、
チタン、バナジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、
金、銀の少なくとも1つを含有する被膜を形成する第4
の工程と、第4の工程の後に基板を熱アニールすること
によって第4の工程によって形成された被膜とシリコン
膜を反応させて珪化物層を形成する第5の工程と、第4
の工程で形成された被膜を除去する第6の工程とアニー
ルすることによって前記珪化物層に隣接したシリコン膜
を横方向に結晶化させる第7の工程とを有することを特
徴とする。
Another structure related to the present invention includes a first step of forming a substantially amorphous silicon film on a substrate and a second step of forming a mask film having a thickness exhibiting a mask function. And a third step of patterning the mask coating to expose the silicon film surface; and nickel, iron, cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium,
Titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc,
Fourth to form a coating containing at least one of gold and silver
A step of forming a silicide layer by reacting the silicon film with the film formed by the fourth step by thermally annealing the substrate after the fourth step;
And a seventh step of laterally crystallizing a silicon film adjacent to the silicide layer by annealing.

【0015】また、本発明の関連技術の他の構成は、基
板上に選択的にニッケル、鉄、コバルト、ルテニウム、
ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白
金、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マン
ガン、銅、亜鉛、金、銀の少なくとも1つを含有する物
体を選択的に形成する第1の工程と、前記工程後、実質
的にアモルファス状態のシリコン膜を形成する第2の工
程と、第2の工程の後に基板をアニールする第3の工程
と、前記シリコン膜のうち、第1の工程において、選択
的に物体が形成された領域上の部分をエッチング除去す
る第4の工程とを有することを特徴とする。
Further, another configuration of the related art of the present invention is such that nickel, iron, cobalt, ruthenium,
A first step of selectively forming an object containing at least one of rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, and silver; and after the step A second step of forming a substantially amorphous silicon film; a third step of annealing the substrate after the second step; and a first step of the silicon film, And a fourth step of etching and removing a portion on the region where is formed.

【0016】上記の構成において、第4の工程と同時
に、もしくは前後に結晶成長の成長点を含む領域をエッ
チングすることを特徴とする。
The above structure is characterized in that a region including a crystal growth point is etched at the same time as or before or after the fourth step.

【0017】また、本発明の関連技術の他の構成は、基
板上に実質的にアモルファス状態のシリコン膜を形成す
る第1の工程と、前記工程後、選択的にニッケル、鉄、
コバルト、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミ
ウム、イリジウム、白金、スカンジウム、チタン、バナ
ジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、金、銀の少なく
とも1つを含有する物体を選択的に形成する第2の工程
と、第2の工程の後に基板をアニールする第3の工程
と、前記シリコン膜のうち、第2の工程において、選択
的に物体が形成された領域上の部分をエッチング除去す
る第4の工程とを有することを特徴とする。
Another structure related to the present invention is a first step of forming a substantially amorphous silicon film on a substrate, and after the step, nickel, iron,
A second step of selectively forming an object containing at least one of cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, and silver; A third step of annealing the substrate after the second step, and a fourth step of etching and removing a portion of the silicon film on the region where the object is selectively formed in the second step. It is characterized by having.

【0018】また、上記の構成において、第4の工程と
同時に、もしくは前後に結晶成長の成長点を含む領域を
エッチングすることを特徴とする。
In the above structure, a region including a crystal growth point is etched at the same time as or before or after the fourth step.

【0019】本発明の関連技術は、アモルファス状態、
もしくは実質的にアモルファス状態と言えるような乱雑
な結晶状態(例えば、結晶性のよい部分とアモルファス
の部分が混在しているような状態)にあるシリコン膜の
上もしくは下にニッケル、鉄、コバルト、ルテニウム、
ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白
金、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マン
ガン、銅、亜鉛、金、銀を含有する島状の膜やドット、
粒子、クラスター、線等を形成し、これを通常のアモル
ファスシリコンの単なる熱処理による結晶化温度よりも
低い温度で、また、より短時間のアニールをすることに
よって結晶性シリコン膜を得ることを特徴とする。
The related art of the present invention is an amorphous state,
Alternatively, nickel, iron, cobalt, or the like may be formed above or below a silicon film in a disordered crystalline state (for example, a state in which a portion having good crystallinity and an amorphous portion coexist) in a substantially amorphous state. ruthenium,
Island-like films and dots containing rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, gold, silver,
It forms particles, clusters, lines, etc., and obtains a crystalline silicon film by annealing it at a temperature lower than the crystallization temperature of ordinary amorphous silicon by simple heat treatment and for a shorter time. I do.

【0020】従来のシリコン膜の結晶化に関しては、結
晶性の島状の膜を核として、これを種結晶として固相エ
ピタキシャル成長させる方法(例えば、特開平1−21
4110等)が提案されている。しかしながら、このよ
うな方法では、600℃以下の温度ではほとんど結晶成
長が進行しなかった。シリコン系においては、一般にア
モルファス状態から結晶状態に移行するには、アモルフ
ァス状態にある分子鎖を分断し、しかもその分断された
分子が、再び他の分子と結合しないような状態としたう
えで、何らかの結晶性の分子に合わせて、分子を結晶の
一部に組み換えるという過程を経る。しかしながら、こ
の過程のなかで、最初の分子鎖を分断して、他の分子と
結合しない状態に保持するためのエネルギーが大きく、
結晶化反応においてはここが障壁となっている。このエ
ネルギーを与えるには、1000℃程度の温度で数分、
もしくは600℃程度の温度では数10時間が必要であ
り、時間は温度(=エネルギー)に指数関数的に依存す
るので、600℃以下、例えば、550℃では、結晶化
反応が進行することはほとんど観測できなかった。従来
の固相エピタキシャル結晶化の考えも、この問題に対す
る解答を与えたものではなかった。
With respect to the conventional crystallization of a silicon film, a method of solid-phase epitaxial growth using a crystalline island-like film as a nucleus and using this as a seed crystal (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-21)
4110). However, in such a method, crystal growth hardly proceeded at a temperature of 600 ° C. or less. In a silicon system, generally, in order to transition from an amorphous state to a crystalline state, a molecular chain in an amorphous state is divided, and furthermore, the divided molecule is brought into a state where it does not bind to another molecule again. It goes through the process of recombining a molecule into a part of the crystal in accordance with some crystalline molecule. However, during this process, the energy required to break the initial molecular chain and keep it unbound to other molecules is large,
This is a barrier in the crystallization reaction. In order to provide this energy, at a temperature of about 1000 ° C. for several minutes,
Alternatively, at a temperature of about 600 ° C., several tens of hours are required, and since the time depends exponentially on the temperature (= energy), at 600 ° C. or less, for example, at 550 ° C., the crystallization reaction hardly progresses. It could not be observed. The conventional idea of solid phase epitaxial crystallization did not provide a solution to this problem.

【0021】本発明人は、従来の固相結晶化の考えとは
全く別に、何らかの触媒作用によって、前記の過程の障
壁エネルギーを低下させることを考えた。本発明人はニ
ッケル(元素記号Ni)、鉄(Fe)、コバルト(C
o)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジ
ウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(I
r)、白金(Pt)、スカンジウム(Sc)、チタン
(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガ
ン(Mn)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、金(Au)、
銀(Ag)がシリコンと結合しやすい。
The inventor of the present invention has considered, apart from the conventional idea of solid-phase crystallization, to reduce the barrier energy of the above-mentioned process by some catalytic action. The present inventor has proposed nickel (element symbol Ni), iron (Fe), cobalt (C
o), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (I
r), platinum (Pt), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), copper (Cu), zinc (Zn), gold (Au),
Silver (Ag) is easily bonded to silicon.

【0022】例えば、ニッケルの場合、容易に珪化ニッ
ケル(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.5)とな
り、かつ、珪化ニッケルの格子定数がシリコン結晶のも
のに近いことに着目した。そこで、結晶シリコン−珪化
ニッケル−アモルファスシリコンという3元系のエネル
ギー等をシミュレーションした結果、アモルファスシリ
コンは珪化ニッケルとの界面で容易に反応して、 アモルファスシリコン(シリコンA)+珪化ニッケル
(シリコンB)→珪化ニッケル(シリコンA)+結晶シ
リコン(シリコンB) (シリコンA、Bはシリコンの位置を示す)という反応
が生じることが明らかになった。この反応のポテンシャ
ル障壁は十分に低く、反応の温度も低い。この反応式
は、ニッケルがアモルファスシリコンを結晶シリコンに
造り変えながら進行してゆくことを示している。実際に
は、580℃以下で、反応が開始され、450℃でも反
応が観測されることが明らかになった。当然のことであ
るが、温度が高いほど反応の進行する速度が速い。ま
た、同様な効果は、上記に示した他の金属元素でも認め
られた。
[0022] For example, in the case of nickel, easily nickel silicide (Formula NiSi x, 0.4 ≦ x ≦ 2.5 ) , and the and the lattice constant of the nickel silicide is noticed that close to that of silicon crystal. Therefore, as a result of simulating the energy of a ternary system such as crystalline silicon-nickel silicide-amorphous silicon, amorphous silicon easily reacts at the interface with nickel silicide, and amorphous silicon (silicon A) + nickel silicide (silicon B) → It became clear that a reaction of nickel silicide (silicon A) + crystalline silicon (silicon B) (silicon A and B indicate the position of silicon) occurs. The potential barrier for this reaction is sufficiently low and the temperature of the reaction is low. This reaction equation shows that nickel proceeds while transforming amorphous silicon into crystalline silicon. In fact, it was found that the reaction started below 580 ° C., and that the reaction was observed even at 450 ° C. Naturally, the higher the temperature, the faster the reaction proceeds. Similar effects were also observed with the other metal elements shown above.

【0023】本発明の関連技術では、島状、ストライプ
状、線状、ドット状、膜状のニッケルを始めとする上記
金属単体やそれらの珪化物など、Ni、Fe、Co、R
u、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、
Cr、Mn、Cu、Zn、Au、Agの少なくとも1つ
を含有する膜、粒子、クラスター等を出発点として、こ
こからこれらの金属元素が上記の反応を伴って周囲に展
開してゆくことによって、結晶シリコンの領域を拡げて
ゆく。なお、これらの金属元素を含有する材料として
は、酸化物は好ましくない。これは、酸化物は安定な化
合物で、上記反応を開始することができないからであ
る。
In the related art of the present invention, Ni, Fe, Co, R, and the like, such as the above-mentioned single metals such as island-like, stripe-like, linear, dot-like, and film-like nickel and silicides thereof, are used.
u, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Sc, Ti, V,
Starting from a film, a particle, a cluster, or the like containing at least one of Cr, Mn, Cu, Zn, Au, and Ag, these metal elements are developed from there around with the above-described reaction. , Expanding the area of crystalline silicon. Note that an oxide is not preferable as a material containing these metal elements. This is because oxides are stable compounds and cannot initiate the above reaction.

【0024】このように特定の場所から拡がった結晶シ
リコンは、従来の固相エピタキシャル成長とは異なる
が、結晶性の連続性のよい、単結晶に近い構造を有する
ものであるので、TFT等の半導体素子に利用するうえ
では都合がよい。しかし、基板上に均一にニッケル他の
結晶化を促進する上記金属を含む材料を設けた場合に
は、結晶化の出発点が無数に存在して、そのため結晶性
の良好な膜を得ることは難しかった。
Although the crystalline silicon expanded from a specific place is different from the conventional solid phase epitaxial growth, it has a good continuity of crystallinity and a structure close to a single crystal. It is convenient for use in an element. However, when a material containing the above-mentioned metal that promotes crystallization of nickel or the like is uniformly provided on the substrate, there are countless starting points of crystallization, and therefore, it is difficult to obtain a film having good crystallinity. was difficult.

【0025】また、この結晶化の出発材料としてのアモ
ルファスシリコン膜は水素濃度が少ないほど良好な結果
が得られた。ただし、結晶化の進行にしたがって、水素
が放出されるので、得られたシリコン膜中の水素濃度
は、出発材料のアモルファスシリコン膜の水素濃度とは
それほど明確な相関は見られなかった。本発明による結
晶シリコン中の水素濃度は、典型的には0.01原子%
以上5原子%以下であった。
The amorphous silicon film as a starting material for the crystallization showed better results as the hydrogen concentration was lower. However, since hydrogen is released as the crystallization progresses, the hydrogen concentration in the obtained silicon film did not show a clear correlation with the hydrogen concentration in the amorphous silicon film as the starting material. The hydrogen concentration in crystalline silicon according to the invention is typically 0.01 atomic%.
Not less than 5 atomic%.

【0026】本発明ではNi、Fe、Co、Ru、R
h、Pd、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、
Mn、Cu、Zn、Au、Agを用いるが、一般にこれ
らの材料は半導体材料としてのシリコンにとっては好ま
しくない。そこで、これを除去することが必要である
が、ニッケルに関しては、上記の反応の結果、結晶化の
終端に達した珪化ニッケルはフッ酸もしくは塩酸または
これらの希釈液に容易に溶解するので、これらの酸によ
る処理によって基板からニッケルを減らすことができ
る。さらに、積極的にこれらの金属元素を減らすには、
結晶化工程の終了した後、塩化水素、各種塩化メタン
(CH3 Cl、CH2 Cl2 、CHCl3 )、各種塩化
エタン(C25 Cl、C24 Cl2 、C23 Cl
3 、C22 Cl4 、C2 HCl5 )あるいは各種塩化
エチレン(C23 Cl、C22 Cl2、C2 HCl3
)等の塩素を含む雰囲気中で、400〜600℃で処
理すればよい。特に、トリクロロエチレン(C2 HCl
3 )は使用しやすい材料である。本発明によるシリコン
膜中のNi、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、
Au、Agの濃度は、典型的には0.0005原子%以
上1原子%以下であった。
In the present invention, Ni, Fe, Co, Ru, R
h, Pd, Os, Ir, Pt, Sc, Ti, V, Cr,
Mn, Cu, Zn, Au, and Ag are used, but generally, these materials are not preferable for silicon as a semiconductor material. Therefore, it is necessary to remove the nickel. However, as for nickel, nickel silicide that has reached the end of crystallization as a result of the above reaction is easily dissolved in hydrofluoric acid or hydrochloric acid or a diluent thereof, so Nickel can be reduced from the substrate by treating with acid. In addition, to actively reduce these metal elements,
After completion of the crystallization step, hydrogen chloride, various methane chlorides (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 ), various ethane chlorides (C 2 H 5 Cl, C 2 H 4 Cl 2 , C 2 H 3 Cl)
3 , C 2 H 2 Cl 4 , C 2 HCl 5 ) or various types of ethylene chloride (C 2 H 3 Cl, C 2 H 2 Cl 2 , C 2 HCl 3)
) In an atmosphere containing chlorine at 400 to 600 ° C. In particular, trichlorethylene (C 2 HCl
3 ) is an easy-to-use material. Ni, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, I in the silicon film according to the present invention
r, Pt, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn,
The concentration of Au and Ag was typically 0.0005 atomic% or more and 1 atomic% or less.

【0027】本発明の関連技術によって作製した結晶シ
リコン膜をTFT等の半導体素子に利用する上で、上記
の説明から明らかなように、結晶化の終端(ここは、複
数の出発点から開始された結晶化がぶつかる部分である
が)では、大きな粒界(結晶性の不連続な部分)が存在
し、また、ニッケル他の結晶化を促進する金属元素の濃
度が高いので、半導体素子を設けることは好ましくな
い。したがって、本発明の関連技術を利用して半導体素
子を形成するにあたっては、結晶化の出発点となるニッ
ケル他の結晶化を促進する金属元素含有物被膜のパター
ンと半導体素子のパターンとを最適化しなければならな
い。
In utilizing a crystalline silicon film produced by the related art of the present invention for a semiconductor device such as a TFT, as is apparent from the above description, the end of crystallization (here, starting from a plurality of starting points). However, since a large grain boundary (a discontinuous portion of crystallinity) exists and the concentration of nickel or another metal element that promotes crystallization is high, a semiconductor element is provided. It is not preferable. Therefore, in forming a semiconductor device by using the related technology of the present invention , it is necessary to optimize a pattern of a metal element-containing coating film that promotes crystallization of nickel and other elements, which is a starting point of crystallization, and a pattern of the semiconductor device. There must be.

【0028】本発明の関連技術において、結晶化を促進
する金属元素のパターニングには、大きく分けて2つの
方法がある。第1の方法はアモルファスシリコン膜の成
膜の前にこれらの金属膜等を選択的に形成する方法であ
る。第2の方法は、アモルファスシリコン膜成膜後にこ
れらの金属膜等を選択的に形成する方法である。
In the related art of the present invention , there are roughly two methods for patterning a metal element for promoting crystallization. The first method is to selectively form these metal films and the like before forming the amorphous silicon film. The second method is to selectively form these metal films and the like after forming the amorphous silicon film.

【0029】第1の方法においては、通常のフォトリソ
グラフィーの手段あるいはリフトオフの手段を用いれば
よい。第2の方法はやや複雑である。この場合、アモル
ファスシリコン膜に密着して結晶化促進の金属膜等を形
成するとその成膜時に金属とアモルファスシリコンが一
部反応して、珪化物が形成されてしまう。したがって、
金属膜等を形成した後にパターニングをおこなう場合に
は、このような珪化物層も十分にエッチングすることが
必要である。
In the first method, ordinary photolithography means or lift-off means may be used. The second method is somewhat complicated. In this case, when a metal film or the like for promoting crystallization is formed in close contact with the amorphous silicon film, a part of the metal and the amorphous silicon react during the film formation, and silicide is formed. Therefore,
When patterning is performed after forming a metal film or the like, it is necessary to sufficiently etch such a silicide layer as well.

【0030】第2の方法において、リフトオフ的な手法
は比較的容易である。この場合、マスク材としてフォト
レジスト等の有機材料や酸化珪素、窒化珪素等の無機材
料を用いればよい。マスク材料の選択にはプロセス温度
を考慮しなければならない。また、マスク作用は材料に
よって異なるので、十分に注意しなければならない。特
に各種CVD法によって形成される酸化珪素、窒化珪素
等の膜はピンホールが多く、膜厚が十分でないと、意図
しない部分から結晶化が進行することがある。一般的に
はこれらのマスク材料を用いて、被膜を形成した後、パ
ターニングを施して、選択的にアモルファスシリコンの
表面を露出させる。そして、結晶化を促進する金属膜等
を成膜する。
In the second method, a lift-off method is relatively easy. In this case, an organic material such as a photoresist or an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride may be used as the mask material. The process temperature must be considered when selecting the mask material. Care must be taken because the masking action varies depending on the material. In particular, a film of silicon oxide, silicon nitride, or the like formed by various CVD methods has many pinholes, and if the film thickness is not sufficient, crystallization may proceed from an unintended portion. In general, after a film is formed using these mask materials, patterning is performed to selectively expose the surface of amorphous silicon. Then, a metal film or the like for promoting crystallization is formed.

【0031】本発明の関連技術において、注意しなけれ
ばならないことはシリコン膜中の金属元素の濃度であ
る。量が少ないことに越したことはないが、それ以上
に、常に量が一定に保たれることも重要である。すなわ
ち、金属元素の量の変動が多ければ、製造現場でロット
ごとに結晶化の度合いに大きな変動が生じるからであ
る。特に、金属元素の量が少ないことが要求されると、
量の変動を小さくすることはますます困難となる。
In the related art of the present invention , what should be noted is the concentration of the metal element in the silicon film. It is important to keep the volume constant, but it is also important to keep the volume constant. That is, if the amount of the metal element fluctuates greatly, the degree of crystallization varies greatly from lot to lot at the manufacturing site. In particular, when the amount of the metal element is required to be small,
It is increasingly difficult to reduce volume fluctuations.

【0032】第1の方法においては、選択的に形成され
た金属膜等はアモルファスシリコン膜に覆われているの
で、後で、それを取り出して量を加減することはできな
い。特に、本発明の関連技術で必要とされる金属元素の
量から換算すると、金属膜等の厚さは数〜数10Åとい
う小さなもので、再現性良く成膜することは難しい。
In the first method, since the selectively formed metal film or the like is covered with the amorphous silicon film, it cannot be taken out later to adjust the amount. In particular, when converted from the amount of the metal element required in the related art of the present invention , the thickness of the metal film or the like is as small as several to several tens of degrees, and it is difficult to form a film with good reproducibility.

【0033】第2の方法においても同様である。しか
し、第2の方法においては結晶化を促進する金属膜等は
表面に存在するので、第1の方法に比べればまだ、改善
の余地はある。すなわち、十分に厚い金属膜を成膜し、
アニールの前にアニール温度よりも低い温度で熱処理
(プレアニール)をおこなうことによってアモルファス
シリコン膜の一部と金属膜を反応させて珪化物を形成す
る。その後、反応しなかった金属膜をエッチングする。
用いる金属の種類によるが、特にNi、Fe、Co、T
i、Crは金属膜と珪化物のエッチングレートが十分に
大きいエッチャントがあるので、問題はない。
The same applies to the second method. However, in the second method, a metal film or the like which promotes crystallization is present on the surface, so that there is still room for improvement as compared with the first method. That is, a sufficiently thick metal film is formed,
By performing heat treatment (pre-annealing) at a temperature lower than the annealing temperature before annealing, a part of the amorphous silicon film reacts with the metal film to form silicide. Thereafter, the unreacted metal film is etched.
Depending on the type of metal used, particularly Ni, Fe, Co, T
For i and Cr, there is no problem because there is an etchant in which the etching rates of the metal film and the silicide are sufficiently large.

【0034】この場合には、熱処理(プレアニール)の
温度と時間によって、得られる珪化物層の厚さが決定さ
れる。金属膜の厚さはほとんど関係ない。このため、ア
モルファスシリコン膜中に導入される非常に微量な金属
元素の量を制御することができる。以下に実施例を示
し、より詳細に本発明を理解するための説明を行う
In this case, the thickness of the obtained silicide layer is determined by the temperature and time of the heat treatment (pre-annealing). The thickness of the metal film is almost irrelevant. Therefore, the amount of a very small amount of metal element introduced into the amorphous silicon film can be controlled. The following examples will be described for understanding the present invention in more detail.

【0035】[0035]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕 本実施例は、コーニング7059ガラス
基板上の島状の複数のニッケル膜を形成し、これらを出
発点としてアモルファスシリコン膜の結晶化をおこな
い、得られた結晶シリコン膜を用いてTFTを作製する
方法について記述する。島状のニッケル膜を形成する方
法には、それをアモルファスシリコン膜の上に設ける
か、下に設けるかという点で2つの方法がある。図2
(A−1)は下に設ける方法であり、図2(A−2)は
上に設ける方法である。特に後者について注意しなけれ
ばならないことは、アモルファスシリコン膜の全面にニ
ッケルが形成された後にこれを選択的にエッチングする
という工程となるので、ニッケルとアモルファスシリコ
ンが少量ではあるが反応して、珪化ニッケルが形成され
てしまう。これを残存させたままでは、本発明が目的と
するような良好な結晶性のシリコン膜は得られないの
で、塩酸やフッ酸等で、この珪化ニッケルを十分に除去
してしまうことが求められる。また、そのため、アモル
ファスシリコンは初期より薄くなる。
[Example 1] In this example, a plurality of island-shaped nickel films were formed on a Corning 7059 glass substrate, and an amorphous silicon film was crystallized using these as starting points, and the obtained crystalline silicon film was used. A method for manufacturing a TFT will be described. There are two methods for forming an island-like nickel film in terms of whether to provide it above or below an amorphous silicon film. FIG.
(A-1) is a method provided below, and FIG. 2 (A-2) is a method provided above. In particular, the latter must be noted because nickel is formed on the entire surface of the amorphous silicon film and then this is selectively etched, so that nickel and amorphous silicon react in a small amount to form silicide. Nickel is formed. If this is left as it is, a silicon film having good crystallinity as intended by the present invention cannot be obtained. Therefore, it is required to sufficiently remove the nickel silicide with hydrochloric acid, hydrofluoric acid, or the like. . Therefore, the amorphous silicon becomes thinner than the initial state.

【0036】一方、前者についてはそのような問題は生
じないが、この場合もエッチングによって、島状部分2
以外のニッケル膜は完全に除去されることが望まれる。
さらに、残存ニッケルの影響を抑えるためには、基板を
酸素プラズマやオゾン等によって処理して、島状領域以
外のニッケルを酸化させてしまえばよい。
On the other hand, in the former case, such a problem does not occur.
It is desired that other nickel films be completely removed.
Further, in order to suppress the influence of the remaining nickel, the substrate may be treated with oxygen plasma, ozone, or the like to oxidize nickel in regions other than the island region.

【0037】いずれの場合も、基板(コーニング705
9)1A上には、厚さ2000Åの下地酸化珪素膜1B
をプラズマCVD法によって形成した。また、アモルフ
ァスシリコン膜1は厚さ200〜3000Å、好ましく
は500〜1500Åとし、プラズマCVD法もしくは
減圧CVD法によって作製した。アモルファスシリコン
膜は350〜450℃で0.1〜2時間アニールするこ
とによって水素出しをおこなって、膜中の水素濃度を5
原子%以下にしておくと結晶化しやすかった。図2(A
−1)の場合には、アモルファスシリコン膜1の形成の
前にスパッタ法によってニッケル膜を厚さ50〜100
0Å、好ましくは100〜500Å堆積し、これをパタ
ーニングして島状ニッケル領域2を形成した。
In each case, the substrate (Corning 705)
9) On top of 1A, underlying silicon oxide film 1B having a thickness of 2000
Was formed by a plasma CVD method. The amorphous silicon film 1 has a thickness of 200 to 3000 °, preferably 500 to 1500 °, and is manufactured by a plasma CVD method or a low pressure CVD method. The amorphous silicon film is dehydrogenated by annealing at 350 to 450 ° C. for 0.1 to 2 hours to reduce the hydrogen concentration in the film to 5%.
Crystallization was easy when the content was less than atomic%. FIG. 2 (A
In the case of -1), a nickel film having a thickness of 50 to 100 is formed by a sputtering method before the formation of the amorphous silicon film 1.
0 °, preferably 100 to 500 °, was deposited and then patterned to form island-shaped nickel regions 2.

【0038】一方、図2(A−2)の場合には、アモル
ファスシリコン膜1の形成の後にスパッタ法によってニ
ッケル膜を厚さ50〜1000Å、好ましくは100〜
500Å堆積し、これをパターニングして島状ニッケル
領域2を形成した。この様子を上方から見た図面を図1
(A)に示す。
On the other hand, in the case of FIG. 2A-2, after the formation of the amorphous silicon film 1, a nickel film having a thickness of 50 to 1000 Å, preferably 100 to 1000 に よ っ て is formed by sputtering.
An island-shaped nickel region 2 was formed by depositing 500 ° and patterning it. Figure 1 shows this situation viewed from above.
It is shown in (A).

【0039】島状ニッケルは一辺2μmの正方形で、そ
の間隔は、5〜50μm、例えば20μmとした。ニッ
ケルの代わりに珪化ニッケルを用いても同様な効果が得
られる。また、ニッケルの成膜時には基板を100〜5
00℃、好ましくは180〜250℃に加熱しておくと
良好な結果が得られた。これは下地の酸化珪素膜とニッ
ケル膜とも密着性が向上することと、酸化珪素とニッケ
ルが反応して、珪化ニッケルが生成するためである。酸
化珪素のかわりに窒化珪素、炭化珪素、珪素を用いても
同様な効果が得られる。
The island-shaped nickel was a square having a side of 2 μm, and the interval was 5 to 50 μm, for example, 20 μm. Similar effects can be obtained by using nickel silicide instead of nickel. When depositing nickel, the substrate should be 100 to 5 mm.
Good results were obtained by heating to 00 ° C, preferably 180-250 ° C. This is because the adhesion between the underlying silicon oxide film and the nickel film is improved, and the silicon oxide reacts with the nickel to produce nickel silicide. Similar effects can be obtained by using silicon nitride, silicon carbide, or silicon instead of silicon oxide.

【0040】次に、これを450〜580℃、例えば5
50℃で8時間窒素雰囲気中でアニールした。図2
(B)は、その中間状態で、図2(A)において、端の
ほうにあった島状ニッケル膜からニッケルが珪化ニッケ
ル3Aとして中央部に進行し、また、ニッケルが通過し
た部分3は結晶シリコンとなっている。やがて、図2
(C)に示すように2つの島状ニッケル膜から出発した
結晶化がぶつかって、中間に珪化ニッケル3Aが残っ
て、結晶化が終了する。
Next, this is heated at 450 to 580 ° C., for example, 5 ° C.
Annealing was performed at 50 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere. FIG.
FIG. 2B shows the intermediate state. In FIG. 2A, nickel proceeds from the island-like nickel film at the end to the central portion as nickel silicide 3A, and the portion 3 through which nickel has passed is crystal. It is silicon. Eventually, FIG.
As shown in (C), the crystallization starting from the two island-shaped nickel films hits, leaving nickel silicide 3A in the middle, and the crystallization ends.

【0041】図1(B)は、この状態の基板を上方から
見た様子を示したもので、図2(C)の珪化ニッケル3
Aとは、粒界4のことである。さらにアニールを続けれ
ば、ニッケルは粒界4に沿って移動して、これらの島状
ニッケル領域(この段階では原形を留めていることはな
いが)の中間領域5に集まる。
FIG. 1B shows a state of the substrate in this state viewed from above. The nickel silicide 3 shown in FIG.
A is the grain boundary 4. If the annealing is further continued, nickel moves along the grain boundaries 4 and gathers in the intermediate region 5 of these island-like nickel regions (although the original shape is not retained at this stage).

【0042】以上の工程で結晶シリコンを得ることがで
きるが、このときに生じる珪化ニッケル3Aからニッケ
ルが半導体被膜中に拡散することは好ましくない。した
がって、フッ酸もしくは塩酸でニッケルの集中している
高濃度領域をエッチング除去することが望まれる。な
お、フッ酸、塩酸によるエッチングでは、ニッケルおよ
び珪化ニッケルのエッチングレートは十分に大きいの
で、シリコン膜には影響を与えない。同時にニッケルの
成長点があった領域をも合わせて除去した。エッチング
した様子を図2(D)に示す。粒界のあった部分は溝4
Aとなる。この溝を挟むようにTFTの半導体領域(活
性層等)を形成することは好ましくない。TFTの配置
に関しては、その例を図1(C)に示すが、半導体領域
6は粒界4を横切らないように配置した。すなわち、ニ
ッケルの左右により、被膜の厚さ方向ではなく、基板に
平行な方向に横方向の結晶成長の領域にTFTを形成す
ることである。すると、結晶の成長方向も一様に揃い、
また、残存ニッケルも極めて少なくできる。結果として
高いTFT特性を得ることができる。一方、ゲイト配線
7は粒界4を横切ってもよい。
Although crystalline silicon can be obtained by the above steps, it is not preferable that nickel diffuses from the nickel silicide 3A generated at this time into the semiconductor film. Therefore, it is desired to etch away high concentration regions where nickel is concentrated with hydrofluoric acid or hydrochloric acid. In the etching with hydrofluoric acid and hydrochloric acid, the etching rates of nickel and nickel silicide are sufficiently large, so that the silicon film is not affected. At the same time, the region where the nickel growth point was located was also removed. FIG. 2D shows the state after the etching. The part with the grain boundary is groove 4.
A. It is not preferable to form a semiconductor region (such as an active layer) of the TFT so as to sandwich this groove. FIG. 1C shows an example of the arrangement of the TFTs. The semiconductor region 6 is arranged so as not to cross the grain boundaries 4. That is, a TFT is formed in a region of crystal growth in a lateral direction not in the thickness direction of the film but in a direction parallel to the substrate, depending on the right and left sides of the nickel. Then, the crystal growth direction is also uniform,
Further, the residual nickel can be extremely reduced. As a result, high TFT characteristics can be obtained. On the other hand, the gate wiring 7 may cross the grain boundary 4.

【0043】以上の工程で得られた結晶シリコンを用い
てTFTを作製する例を図3および図4に示す。図3
(A)において、中央部のXは、図2の溝4Aのあった
場所を意味する。図面に示すように、このXの部分には
TFTの半導体領域が横切らないように配置した。すな
わち、図2に示した工程で得られた結晶シリコン膜3を
パターニングして、島状半導体領域11a、11bを形
成した。そして、RFプラズマCVD法、ECRプラズ
マCVD法、スパッタリング法等の方法によってゲイト
絶縁膜として機能する酸化珪素膜12を形成した。
FIGS. 3 and 4 show an example in which a TFT is manufactured using the crystalline silicon obtained in the above steps. FIG.
In (A), the X at the center means the location where the groove 4A in FIG. 2 was located. As shown in the drawing, the semiconductor region of the TFT is arranged so as not to cross the X portion. That is, the crystalline silicon film 3 obtained in the step shown in FIG. 2 was patterned to form the island-shaped semiconductor regions 11a and 11b. Then, a silicon oxide film 12 functioning as a gate insulating film was formed by a method such as an RF plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, or a sputtering method.

【0044】さらに、減圧CVD法によって、燐が1×
1020〜5×1020cm-3ドープされた厚さ3000〜
6000Åの多結晶シリコン膜を形成し、これをパター
ニングして、ゲイト電極13a、13bを形成した。
(図3(A))
Further, phosphorus is reduced to 1 × by a low pressure CVD method.
10 20 -5 × 10 20 cm -3 doped thickness 3000-
A 6000 ° polycrystalline silicon film was formed, and this was patterned to form gate electrodes 13a and 13b.
(FIG. 3 (A))

【0045】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、例え
ば、N型にはフォスフィン(PH3 )を、P型にはジボ
ラン(B26 )を用いた。図ではN型TFTを示す。
加速電圧は、フォスフィンは80keV、ジボランは6
5keVとした。さらに550℃で4時間アニールする
ことによって、不純物の活性化をおこない、不純物領域
14a〜14dを形成した。活性化にはレーザーアニー
ルもしくはフラッシュランプアニールのような光エネル
ギーを使用する方法も用いることができる。(図3
(B))
Next, impurity doping was performed by a plasma doping method. As the doping gas, for example, phosphine (PH 3 ) was used for the N-type, and diborane (B 2 H 6 ) was used for the P-type. The figure shows an N-type TFT.
The accelerating voltage is 80 keV for phosphine and 6 for diborane.
5 keV. Further, the impurity was activated by annealing at 550 ° C. for 4 hours to form impurity regions 14 a to 14 d. For the activation, a method using light energy such as laser annealing or flash lamp annealing can also be used. (FIG. 3
(B))

【0046】最後に、通常のTFT作製と同様に層間絶
縁物15として、厚さ5000Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極16a〜16dを形成した。
(図3(C)) 以上の工程によってTFT(図ではNチャネル型)が作
製された。得られたTFTの電界効果移動度はNチャネ
ル型で40〜60cm2 /Vs、Pチャネル型で30〜
50cm2 /Vsであった。
Finally, a silicon oxide film having a thickness of 5000.degree. Is deposited as an interlayer insulator 15 in the same manner as in the normal TFT fabrication, and contact holes are formed in the silicon oxide film to form wiring / electrodes 16a to 16d in the source and drain regions. Was formed.
(FIG. 3 (C)) Through the above steps, a TFT (N-channel type in the figure) was manufactured. The field effect mobility of the obtained TFT is 40 to 60 cm 2 / Vs for the N channel type, and 30 to 60 cm 2 / Vs for the P channel type.
It was 50 cm 2 / Vs.

【0047】図4には、アルミニウムゲイトのTFT作
製をおこなった場合を示す。図4(A)において、中央
部のXは、図2の溝4Aのあった場所を意味する。図面
に示すように、このXの部分にはTFTの半導体領域が
横切らないように配置した。すなわち、図2に示した工
程で得られた結晶シリコン膜3をパターニングして、島
状半導体領域21a、21bを形成した。そして、RF
プラズマCVD法、ECRプラズマCVD法、スパッタ
リング法等の方法によってゲイト絶縁膜として機能する
酸化珪素膜22を形成した。プラズマCVD法を採用す
る場合には、原料ガスはTEOS(テトラ・エトキシ・
シラン)と酸素を用いると好ましい結果が得られた。そ
して、1%のシリコンを含むアルミニウム膜(厚さ50
00Å)をスパッタ法によって堆積し、これをパターニ
ングしてゲイト配線・電極23a、23bを形成した。
FIG. 4 shows a case in which an aluminum gate TFT is manufactured. In FIG. 4A, the X in the center means the location where the groove 4A in FIG. 2 was located. As shown in the drawing, the semiconductor region of the TFT is arranged so as not to cross the X portion. That is, the crystalline silicon film 3 obtained in the step shown in FIG. 2 was patterned to form the island-shaped semiconductor regions 21a and 21b. And RF
A silicon oxide film 22 functioning as a gate insulating film was formed by a method such as a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, and a sputtering method. When the plasma CVD method is adopted, the source gas is TEOS (tetra ethoxy
Preferred results were obtained using silane) and oxygen. Then, an aluminum film containing 1% silicon (thickness 50
00Å) was deposited by a sputtering method, and this was patterned to form gate wiring / electrodes 23a and 23b.

【0048】次に、基板を3%の酒石酸のエチレングリ
コール溶液に浸し、白金を陰極として、アルミニウム配
線を陽極とし、これに電流を流して陽極酸化をおこなっ
た。電流は最初は、2V/分で電圧が上昇するように印
加し、220Vに達したところで電圧を一定とし、電流
が10μA/m2 以下になったところで電流を停止し
た。この結果、厚さ2000Åの陽極酸化物24a、2
4bが形成された。(図4(A))
Next, the substrate was immersed in a 3% solution of tartaric acid in ethylene glycol, anodized by passing a current through the aluminum wiring as an anode with platinum as the cathode. The current was initially applied so as to increase the voltage at 2 V / min. When the voltage reached 220 V, the voltage was kept constant. When the current became 10 μA / m 2 or less, the current was stopped. As a result, the anodic oxides 24a, 2
4b was formed. (FIG. 4 (A))

【0049】次に、プラズマドーピング法によって不純
物ドープをおこなった。ドーピングガスとしては、N型
にはフォスフィン(PH3 )を、P型にはジボラン(B
26 )を用いた。図にはNチャネル型TFTを示す。
加速電圧は、フォスフィンは80keV、ジボランは6
5keVとした。さらにこれをレーザーアニールするこ
とによって、不純物の活性化をおこない、不純物領域2
5a〜25dを形成した。使用したレーザーは、KrF
レーザー(波長248nm)で、250〜300mJ/
cm2 のエネルギー密度のレーザー光を5ショット照射
した。(図4(B))
Next, impurity doping was performed by a plasma doping method. As doping gas, phosphine (PH 3 ) is used for N-type, and diborane (B) is used for P-type.
2 H 6 ). The figure shows an N-channel TFT.
The accelerating voltage is 80 keV for phosphine and 6 for diborane.
5 keV. Further, this is laser-annealed to activate the impurity, and the impurity region 2 is activated.
5a to 25d were formed. The laser used was KrF
250-300mJ / with laser (wavelength 248nm)
Five shots of laser light having an energy density of cm 2 were irradiated. (FIG. 4 (B))

【0050】最後に、通常のTFT作製と同様に層間絶
縁物26として、厚さ5000Åの酸化珪素膜を堆積
し、これにコンタクトホールを形成してソース領域、ド
レイン領域に配線・電極27a〜27dを形成した。
(図4(C)) 得られたTFTの電界効果移動度はNチャネル型で60
〜120cm2 /Vs、Pチャネル型で50〜90cm
2 /Vsであった。また、このTFTを用いて作製され
たシフトレジスタではドレイン電圧17Vで6MHz、
20Vで11MHzでの動作が確認された。
Finally, a 5000-nm-thick silicon oxide film is deposited as an interlayer insulator 26 in the same manner as in normal TFT fabrication, and contact holes are formed in the silicon oxide film to form wiring / electrodes 27a to 27d in the source and drain regions. Was formed.
(FIG. 4C) The field effect mobility of the obtained TFT is 60 for the N-channel type.
~120cm 2 / Vs, 50~90cm in P-channel type
2 / Vs. A shift register manufactured using this TFT has a drain voltage of 17 V, 6 MHz,
Operation at 11 MHz at 20 V was confirmed.

【0051】〔実施例2〕 図5には、図4と同様にア
ルミニウムゲイトのTFT作製をおこなった場合を示
す。ただし、ここではアモルファスシリコンを活性層と
して用いた。図5(A)に示すように、基板31上に下
地酸化珪素膜32を堆積し、さらに厚さ2000〜30
00Åのアモルファスシリコン膜33を堆積した。アモ
ルファスシリコン膜には適当な量のP型もしくはN型不
純物を混入させておいてもよい。そして、上記に示した
ように島状のニッケルもしくは珪化ニッケル被膜34
A、34Bを形成し、この状態で550℃、8時間また
は600℃、4時間アニールすることによってアモルフ
ァスシリコン膜を横成長により結晶化させた。
Embodiment 2 FIG. 5 shows a case where an aluminum gate TFT is manufactured in the same manner as FIG. However, here, amorphous silicon was used as the active layer. As shown in FIG. 5A, a base silicon oxide film 32 is deposited on a substrate 31 and further has a thickness of 2000 to 30.
An amorphous silicon film 33 of 00 ° was deposited. An appropriate amount of P-type or N-type impurities may be mixed in the amorphous silicon film. Then, as shown above, the island-shaped nickel or nickel silicide coating 34 is formed.
A and 34B were formed, and in this state, the amorphous silicon film was crystallized by lateral growth by annealing at 550 ° C. for 8 hours or at 600 ° C. for 4 hours.

【0052】次に、このようにして得られた結晶シリコ
ン膜を図5(B)に示すようにパターニングした。この
とき、図の中央部(ニッケルもしくは珪化ニッケル被膜
34A、34Bの中間部)のシリコン膜にはニッケルが
多量に含まれているので、これを除くようにパターニン
グして、島状シリコン領域35A、35Bを形成した。
さらに、その上に実質真性なアモルファスシリコン膜3
6を堆積した。その後、図5(C)に示すようにゲイト
絶縁膜37として窒化珪素、酸化珪素等の材料で被膜を
形成し、ゲイト電極38をアルミニウムによって形成
し、図4の場合と同様に陽極酸化をおこない、イオンド
ーピング法によって不純物を拡散させて不純物領域39
A、39Bを形成する。さらに、層間絶縁物40を堆積
し、コンタクトホールを形成し、金属電極41A、41
Bをソース、ドレインに形成してTFTが完成する。こ
のTFTでは活性層の厚さに比べて、ソース、ドレイン
の部分の半導体膜が厚く、また、抵抗率が小さいことが
特徴で、この結果、ソース、ドレイン領域の抵抗が減少
し、TFTの特性が向上する。また、コンタクトの形成
も容易である。
Next, the crystalline silicon film thus obtained was patterned as shown in FIG. At this time, since the silicon film in the center of the figure (the middle part between the nickel or nickel silicide coatings 34A and 34B) contains a large amount of nickel, patterning is performed so as to remove this, and the island-like silicon regions 35A, 35B was formed.
Further, a substantially intrinsic amorphous silicon film 3 is formed thereon.
6 was deposited. Thereafter, as shown in FIG. 5C, a film is formed of a material such as silicon nitride or silicon oxide as a gate insulating film 37, a gate electrode 38 is formed of aluminum, and anodic oxidation is performed as in the case of FIG. The impurity is diffused by an ion doping method to form an impurity region 39.
A and 39B are formed. Further, an interlayer insulator 40 is deposited, a contact hole is formed, and the metal electrodes 41A and 41A are formed.
B is formed on the source and the drain to complete the TFT. This TFT is characterized in that the semiconductor film in the source and drain portions is thicker and the resistivity is smaller than the thickness of the active layer. As a result, the resistance of the source and drain regions is reduced, and the characteristics of the TFT are reduced. Is improved. Also, the formation of the contact is easy.

【0053】〔実施例3〕 図6には、CMOS型のT
FT作製をおこなった場合を示す。図6(A)に示すよ
うに、基板51上に下地酸化珪素膜52を堆積し、さら
に厚さ1000〜1500Åのアモルファスシリコン膜
53を堆積した。そして、上記に示したように島状のニ
ッケルもしくは珪化ニッケル被膜54を形成し、この状
態で550℃でアニールする。この工程によって、珪化
シリコン領域55が被膜の厚さ方向ではなく、平面方向
に移動し、結晶化が進行する。4時間のアニールによっ
て、図6(B)に示すように、アモルファスシリコン膜
は結晶シリコンに変化する。また、結晶化の進行によっ
て珪化シリコン59A、59Bは端に追いやられる。
Embodiment 3 FIG. 6 shows a CMOS type T
The case where FT fabrication was performed is shown. As shown in FIG. 6A, a base silicon oxide film 52 was deposited on a substrate 51, and an amorphous silicon film 53 having a thickness of 1000 to 1500 ° was further deposited. Then, an island-shaped nickel or nickel silicide film 54 is formed as described above, and annealed at 550 ° C. in this state. By this step, the silicon silicide region 55 moves not in the thickness direction of the film but in the plane direction, and crystallization proceeds. By annealing for 4 hours, the amorphous silicon film changes to crystalline silicon as shown in FIG. Further, the silicon silicide 59A and 59B are driven to the end by the progress of crystallization.

【0054】次に、このようにして得られた結晶シリコ
ン膜を図6(B)に示すようにパターニングして島状シ
リコン領域56を形成した。このとき、島状領域の両端
はニッケルの濃度が大きいことに注意すべきである。島
状シリコン領域形成後、ゲイト絶縁膜57、ゲイト電極
58A、58Bを形成した。
Next, the crystalline silicon film thus obtained was patterned as shown in FIG. 6B to form island-like silicon regions 56. At this time, it should be noted that the nickel concentration is high at both ends of the island region. After forming the island-shaped silicon region, a gate insulating film 57 and gate electrodes 58A and 58B were formed.

【0055】その後、図5(C)に示すように、イオン
ドーピング法によって不純物を拡散させてN型の不純物
領域60AとP型の不純物領域60Bを形成する。この
際には、例えば、N型不純物として燐(ドーピングガス
はフォスフィンPH3 )を用い、60〜110kVの加
速電圧で全面にドーピングをおこない、次に、フォトレ
ジストでNチャネル型TFTの領域を覆って、P型不純
物、例えばホウ素(ドーピングガスはジボランB2
6 )を用い、40〜80kVの加速電圧でドーピングす
ればよい。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, an impurity is diffused by an ion doping method to form an N-type impurity region 60A and a P-type impurity region 60B. At this time, for example, phosphorus is used as an N-type impurity (doping gas is phosphine PH 3 ), the entire surface is doped with an acceleration voltage of 60 to 110 kV, and then the region of the N-channel TFT is covered with a photoresist. And a P-type impurity such as boron (the doping gas is diborane B 2 H
6 ), doping may be performed at an acceleration voltage of 40 to 80 kV.

【0056】ドーピング終了後、図4の場合と同様にレ
ーザー光の照射によって、ソース、ドレインの活性化を
おこない、さらに、層間絶縁物61を堆積し、コンタク
トホールを形成し、金属電極62A、62B、62Cを
ソース、ドレインに形成してTFTが完成する。
After the end of the doping, the source and the drain are activated by irradiating a laser beam as in the case of FIG. 4, and further, an interlayer insulator 61 is deposited, contact holes are formed, and metal electrodes 62A and 62B are formed. , 62C are formed on the source and the drain to complete the TFT.

【0057】〔実施例4〕 図7に本実施例を示す。本
実施例は、ニッケル膜とアモルファスシリコン膜の一部
を最初の熱処理(プレアニール)によって反応させて珪
化物を得て、さらに未反応のニッケル膜を除去してか
ら、アニールをおこなって、結晶化させる方法に関する
ものである。
Embodiment 4 FIG. 7 shows this embodiment. In this embodiment, a nickel film and a part of an amorphous silicon film are reacted by a first heat treatment (pre-annealing) to obtain a silicide, and further, an unreacted nickel film is removed, and then annealing is performed to perform crystallization. It is about the method of making it.

【0058】基板(コーニング7059番)701上
に、下地の酸化珪素膜(厚さ2000Å)をスパッタ法
によって形成した。そして、プラズマCVD法によっ
て、厚さ300〜800Å、例えば500Åのシリコン
膜703を成膜した。さらに、プラズマCVD法によっ
て酸化珪素膜704を形成した。この酸化珪素膜704
はマスク材となる。厚さは500〜2000Åが好まし
かった。あまりに薄いとピンホールによって意図しない
箇所から結晶化が進行し、また、厚すぎると成膜に時間
がかかり、量産に適さない。ここでは1000Åとし
た。
On a substrate (Corning No. 7059) 701, an underlying silicon oxide film (thickness: 2000 °) was formed by a sputtering method. Then, a silicon film 703 having a thickness of 300 to 800 °, for example, 500 ° was formed by a plasma CVD method. Further, a silicon oxide film 704 was formed by a plasma CVD method. This silicon oxide film 704
Is a mask material. The thickness was preferably 500 to 2000 mm. If it is too thin, crystallization proceeds from an unintended portion due to a pinhole, and if it is too thick, it takes a long time to form a film, which is not suitable for mass production. Here, it was set to 1000 °.

【0059】その後、公知のフォトリソグラフィー工程
によって酸化珪素膜704をパターニングした。そし
て、スパッタ法によってニッケル膜(厚さ500Å)7
05を形成した。ニッケル膜の厚さは100Å以上が好
ましかった。(図7(A)) そして、窒素雰囲気中で250〜450℃で10〜60
分アニールした(プレアニール工程)。例えば、450
℃で20分アニールした。この結果、アモルファスシリ
コン中に珪化ニッケル層706が形成された。この層の
厚さは、プレアニールの温度と時間によって決定され、
ニッケル膜705の厚さはほとんど関与しなかった。
(図7(B))
After that, the silicon oxide film 704 was patterned by a known photolithography process. Then, a nickel film (thickness 500 °) 7 is formed by sputtering.
05 was formed. The thickness of the nickel film was preferably 100 mm or more. (FIG. 7 (A)) Then, at a temperature of 250 to 450 ° C. and a temperature of 10 to 60 in a nitrogen atmosphere.
(Annealing step). For example, 450
Annealed at 20 ° C. for 20 minutes. As a result, a nickel silicide layer 706 was formed in the amorphous silicon. The thickness of this layer is determined by the pre-annealing temperature and time,
The thickness of the nickel film 705 was hardly involved.
(FIG. 7 (B))

【0060】その後、ニッケル膜をエッチングした。エ
ッチングには硝酸系もしくは塩酸系の溶液が適してい
た。これらのエッチャントでは、ニッケル膜のエッチン
グ中には、珪化ニッケル層はほとんどエッチングされな
かった。本実施例では硝酸に緩衝剤として酢酸を加えた
エッチャントを用いた。比率は硝酸:酢酸:水=1:1
0:10とした。ニッケル膜を除去した後、550℃、
4〜8時間アニールした(結晶化アニール工程)。
Thereafter, the nickel film was etched. A nitric acid or hydrochloric acid solution was suitable for the etching. In these etchants, the nickel silicide layer was hardly etched during the etching of the nickel film. In this embodiment, an etchant obtained by adding acetic acid as a buffer to nitric acid was used. The ratio is nitric acid: acetic acid: water = 1: 1
0:10. After removing the nickel film, 550 ° C.
Annealing was performed for 4 to 8 hours (crystallization annealing step).

【0061】結晶化アニール工程においてはいくつかの
方法を試みた。第1の方法は、図7(C)のようにマス
ク材704を残したままおこなう方法である。結晶化は
図7(C)の矢印のように進行する。第2は、マスク材
を全て除去して、シリコン膜を露出させてアニールをお
こなう方法である。第3は、図7(D)のようにマスク
材を除去したのち、新たに酸化珪素や窒化珪素の被膜7
07を保護膜としてシリコン膜表面に形成したのちアニ
ールをおこなう方法である。
Several methods were tried in the crystallization annealing step. The first method is a method in which the mask material 704 is left as shown in FIG. Crystallization proceeds as shown by the arrow in FIG. The second method is to perform annealing by exposing the silicon film by removing all the mask material. Third, after removing the mask material as shown in FIG. 7D, a new film 7 of silicon oxide or silicon nitride is formed.
07 is formed on the surface of the silicon film as a protective film, and then annealing is performed.

【0062】第1の方法は簡単な方法であるが、プレア
ニールの段階でマスク材704の表面がニッケルと反応
しており、これがより高温の結晶化アニール工程で珪酸
塩となり、エッチングがしづらくなる。すなわち、シリ
コン膜とマスク材704のエッチングレートがほぼ同じ
程度になるため後のマスク材の除去の際に、シリコン膜
の露出された部分も大きくエッチングされ、基板上に段
差が生じる。
The first method is a simple method, but the surface of the mask material 704 reacts with nickel in the pre-annealing step, which becomes silicate in a higher temperature crystallization annealing step, making etching difficult. . That is, since the etching rates of the silicon film and the mask material 704 become substantially the same, when the mask material is removed later, the exposed portion of the silicon film is also largely etched, and a step is formed on the substrate.

【0063】第2の方法は極めて簡単であり、結晶化ア
ニール工程前であれば、ニッケルとマスク材の反応が緩
やかであるのでエッチングも容易である。しかし、結晶
化アニールの際にシリコン表面が全面的に露出されてい
るので、後にTFT等を作製した場合の特性が悪化し
た。
The second method is extremely simple. Before the crystallization annealing step, since the reaction between nickel and the mask material is gentle, etching is easy. However, since the silicon surface is entirely exposed during the crystallization annealing, the characteristics when a TFT or the like is manufactured later deteriorated.

【0064】第3の工程は確実に良質の結晶シリコン膜
が得られるであるが、工程が増えて複雑であった。第3
の方法の改良した第4の方法として、シリコン表面を露
出した状態で炉に投入し、最初に500〜550℃で1
時間程度、酸素気流中で加熱することによって表面に2
0〜60Åの薄い酸化珪素膜を形成し、そのまま、窒素
気流に切り換えて結晶化アニール条件とする方法を検討
した。この方法では、結晶化の初期段階に酸化膜が形成
され、しかも、この酸化の段階では珪化ニッケル層のご
く近傍が結晶化されているだけで、後にTFTに使用す
る領域(図の右の部分)では結晶化が起こっていなかっ
た。このため、特に珪化ニッケル層706から遠い領域
ではシリコン膜の表面が非常に平坦であった。特性は、
第2の方法よりも向上し、ほぼ第3の方法と同じであっ
た。
In the third step, a high-quality crystalline silicon film can be surely obtained, but the number of steps is increased and the third step is complicated. Third
As a fourth improved method of the above method, the silicon surface is put into a furnace with the silicon surface exposed, and the silicon is first heated at 500 to 550 ° C.
2 hours on the surface by heating in a stream of oxygen
A method of forming a thin silicon oxide film of 0 to 60 °, switching to a nitrogen gas stream as it is, and using it as crystallization annealing conditions was studied. According to this method, an oxide film is formed at an initial stage of crystallization, and in this oxidation stage, only a very close portion of the nickel silicide layer is crystallized. In), crystallization did not occur. Therefore, the surface of the silicon film was extremely flat particularly in a region far from the nickel silicide layer 706. The characteristics are
It was improved over the second method and was almost the same as the third method.

【0065】このようにして結晶シリコン膜を得た。そ
の後、シリコン膜703をパターニングした。かくし
て、ニッケルの高濃度の値の部分(成長元のある領
域)、および成長点(図の矢印の先端の斜線部)を除去
して、ニッケルの低濃度領域のみを残存させた。かくし
て、TFTの活性層に用いる島状のシリコン領域708
を形成した。そして、これを覆って、厚さ1200Åの
酸化珪素のゲイト絶縁膜709をプラズマCVD法によ
って形成した。さらに、燐ドープシリコン膜(厚さ60
00Å)によってゲイト電極710と第1層の配線71
1を形成し、ゲイト電極710をマスクとして自己整合
的に不純物を活性層708に注入し、ソース/ドレイン
領域712を形成した。この後、可視・近赤外の強光を
照射し、さらに結晶性を高めることは有効である。さら
に、酸化珪素膜(厚さ6000Å)をプラズマCVD法
によって形成し、層間絶縁物713とした。最後に、こ
の層間絶縁物にコンタクトホールを形成し、アルミニウ
ム膜(厚さ6000Å)によって第2層配線714、ソ
ース/ドレイン電極・配線715を形成した。以上の工
程によって、TFTが完成された。(図7(E))
Thus, a crystalline silicon film was obtained. After that, the silicon film 703 was patterned. In this way, the high-concentration value portion of nickel (the region where the growth source is located) and the growth point (the hatched portion at the tip of the arrow in the figure) were removed, leaving only the low-concentration region of nickel. Thus, the island-shaped silicon region 708 used for the active layer of the TFT is formed.
Was formed. Then, a gate insulating film 709 of silicon oxide having a thickness of 1200 ° was formed by plasma CVD to cover this. Furthermore, a phosphorus-doped silicon film (thickness 60
00Å), the gate electrode 710 and the first layer wiring 71
1 was formed, and impurities were implanted into the active layer 708 in a self-aligned manner using the gate electrode 710 as a mask to form source / drain regions 712. After that, it is effective to irradiate visible / near infrared strong light to further enhance the crystallinity. Further, a silicon oxide film (thickness: 6000 °) was formed by a plasma CVD method to form an interlayer insulator 713. Finally, a contact hole was formed in the interlayer insulator, and a second layer wiring 714 and a source / drain electrode / wiring 715 were formed by an aluminum film (thickness: 6000 °). Through the above steps, a TFT was completed. (FIG. 7E)

【0066】以上、述べたように、本発明はアモルファ
スシリコン結晶化の低温化、短時間化を促進するという
意味で画期的なものであり、また、そのための設備、装
置、手法は極めて一般的で、かつ量産性に優れたもので
あるので、産業にもたらす利益は図りしれないものであ
る。実施例ではニッケルを中心に説明をおこなったが、
同様な工程は、その他の結晶化促進金属元素、すなわ
ち、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、P
t、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au、
Agのいずれにも適用できるものである。
As described above, the present invention is epoch-making in the sense that it promotes lowering the temperature and shortening the time of crystallization of amorphous silicon. Because of its high productivity and high mass productivity, the benefits to the industry are unpredictable. In the embodiment, the explanation has been focused on nickel,
Similar steps are performed for other crystallization promoting metal elements, that is, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, P
t, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Au,
It can be applied to any of Ag.

【0067】例えば、従来の固相成長法においては、少
なくとも24時間のアニールが必要とされたために、1
枚当たりの基板処理時間を2分とすれば、アニール炉は
15本も必要とされたのであるが、本発明によって、4
時間以内に短縮することができたので、アニール炉の数
を1/6以下に削減することができる。このことによる
生産性の向上、設備投資額の削減は、基板処理コストの
低下につながり、ひいてはTFT価格の低下とそれによ
る新規需要の喚起につながるものである。このように本
発明は工業上、有益であり、特許されるにふさわしいも
のである。
For example, in the conventional solid-phase growth method, since annealing for at least 24 hours was required,
Assuming that the substrate processing time per substrate is 2 minutes, as many as 15 annealing furnaces were required.
Since the number of annealing furnaces can be reduced to less than 1/6, the number of annealing furnaces can be reduced to 1/6 or less. Improvement in productivity and reduction in capital investment due to this leads to a reduction in substrate processing cost, which in turn leads to a reduction in TFT price and thus a new demand. Thus, the present invention is industrially useful and deserves a patent.

【発明の効果】【The invention's effect】 本発明によれば、金属元素を伴って結晶According to the present invention, a crystal with a metal element
化された非単結晶半導体を、塩素を含む雰囲気中で加熱Heated non-single-crystal semiconductor in an atmosphere containing chlorine
処理することによって、非単結晶半導体中の金属元素がBy processing, metal elements in the non-single-crystal semiconductor
集まっている部分以外の領域における金属元素を減少さReduce metal elements in areas other than the area where
せることができる。Can be made. 本発明によれば、上記のような熱処According to the present invention, such a heat treatment
理を低温でかつ短時間に行うことで、半導体材料としてProcess at a low temperature and in a short time, as a semiconductor material
好ましい結晶化された非単結晶半導体を得ることができA preferable crystallized non-single-crystal semiconductor can be obtained.
る。You.

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

【図1】 実施例の工程の上面図を示す。(結晶化と
TFTの配置)
FIG. 1 shows a top view of the steps of an embodiment. (Crystallization and TFT arrangement)

【図2】 実施例の工程の断面図を示す。(選択的に
結晶化する工程)
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a process of the embodiment. (Step of selective crystallization)

【図3】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例1
参照)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a process of the embodiment. (Example 1
reference)

【図4】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例1
参照)
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a process of the embodiment. (Example 1
reference)

【図5】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例2
参照)
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the process of the embodiment. (Example 2
reference)

【図6】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例3
参照)
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a process in the example. (Example 3
reference)

【図7】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例4
参照)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a step in the example. (Example 4
reference)

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・アモルファスシリコン 2 ・・・島状ニッケル膜 3 ・・・結晶シリコン 4 ・・・粒界 5 ・・・結晶化の進行していない領域 6 ・・・半導体領域 7 ・・・ゲイト配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Amorphous silicon 2 ... Nickel-shaped nickel film 3 ... Crystal silicon 4 ... Grain boundary 5 ... A region where crystallization has not progressed 6 ... Semiconductor region 7 ... Gate wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/336 H01L 27/12 R 27/12 29/78 627G 29/786 (72)発明者 高山 徹 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 福永 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−298151(JP,A) 特開 昭63−142807(JP,A) 特開 平2−140915(JP,A) 特公 昭45−22173(JP,B1) Appl.Phys.Lett.Vo l.62,NO.20,17 May 1993 P.2554−2556──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/336 H01L 27/12 R 27/12 29/78 627G 29/786 (72) Inventor Toru Takayama 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture Address: Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Fukunaga 398, Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor: Yasuhiko Takemura 398, Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-62-298151 (JP, A) JP-A-63-142807 (JP, A) JP-A-2-140915 (JP, A) JP-B-45-22173 (JP, B1) Appl. Phys. Lett. Vol. 62, NO. 20, 17 May 1993, p. 2554-2556

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記ニッケルと前記アモルファスシ
リコン膜とを反応させ、 前記基板をアニールすることによって前記ニッケルと反
応した部分のシリコン膜に隣接したシリコン膜を横方向
に結晶化させて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せる ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed to form a coating containing nickel, and after the coating is formed, the nickel and the amorphous silicon are formed.
The nickel reacts with the nickel by reacting with the silicon film and annealing the substrate.
The silicon film adjacent to the corresponding portion of the silicon film
To form a crystalline silicon film, and heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記基板を熱処理することにより前
記ニッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応さ
せ、 前記熱処理よりも高い温度で前記基板をアニールするこ
とによって前記ニッケルと反応した部分のアモルファス
シリコン膜に隣接したアモルファスシリコン膜を横方向
に結晶化させて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after the coating is formed, the substrate is heat-treated.
The nickel reacts with the amorphous silicon film.
So, annealing child said substrate at a temperature higher than the heat treatment
And the amorphous part of the part that has reacted with nickel
Horizontal direction of amorphous silicon film adjacent to silicon film
To form a crystalline silicon film, and heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記基板を熱処理することにより前
記ニッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応させ
て珪化物を形成し、 前記熱処理よりも高い温度で前記基板をアニールするこ
とによって前記珪化物に隣接したシリコン膜を横方向に
結晶化させて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せる ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after the coating is formed, the substrate is heat-treated.
Reacting the nickel with the amorphous silicon film
Forming a silicide by annealing, and annealing the substrate at a temperature higher than the heat treatment.
Laterally shifts the silicon film adjacent to the silicide
Crystallizing to form a crystalline silicon film, heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記基板を熱処理することにより前
記ニッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応さ
せ、 前記熱処理よりも高く600℃以下の温度で前記基板を
アニールすることによって前記ニッケルと反応した部分
のシリコン膜に隣接したシリコン膜を横方向に結晶化さ
せて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せる ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after the coating is formed, the substrate is heat-treated.
The nickel reacts with the amorphous silicon film.
And heating the substrate at a temperature higher than the heat treatment and equal to or lower than 600 ° C.
The part that has reacted with the nickel by annealing
Laterally crystallizes the silicon film adjacent to the silicon film
To form a crystalline silicon film, heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記ニッケルと前記アモルファスシ
リコン膜とを反応させ 前記ニッケルを含有する被膜を除去し、 前記基板をアニールすることによって前記ニッケルと反
応したシリコン膜に隣接した部分のシリコン膜を横方向
に結晶化させて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せる ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed to form a coating containing nickel, and after the coating is formed, the nickel and the amorphous silicon are formed.
The nickel-containing film is removed by reacting with the silicon film, and the nickel is reacted with the nickel by annealing the substrate.
The silicon film adjacent to the corresponding silicon film in the horizontal direction
To form a crystalline silicon film, and heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項6】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記基板を熱処理することにより前
記ニッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応さ
せ、 前記ニッケルを含有する被膜を除去し、 前記熱処理よりも高い温度で基板をアニールすることに
よって前記ニッケルと反応した部分のシリコン膜に隣接
したシリコン膜を横方向に結晶化させて結晶性シリコン
膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せる ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after the coating is formed, the substrate is heat-treated.
The nickel reacts with the amorphous silicon film.
So, the nickel was removed coating containing, in annealing the substrate at a temperature higher than the heat treatment
Therefore, the portion adjacent to the silicon film that has reacted with the nickel
Crystallized silicon film by laterally crystallizing
Forming a film, heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項7】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に基板を熱処理することにより前記ニ
ッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応させて珪
化物を形成し、 前記ニッケルを含有する被膜を除去し、 前記熱処理よりも高い温度で前記基板をアニールするこ
とによって前記珪化物に隣接したシリコン膜を横方向に
結晶化させて結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after forming the coating, the substrate is heat-treated to form the nickel coating .
To react with the amorphous silicon film
Forming a nitride, removing the nickel-containing coating, and annealing the substrate at a higher temperature than the heat treatment.
Laterally shifts the silicon film adjacent to the silicide
Crystallizing to form a crystalline silicon film, heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項8】基板上にアモルファスシリコン膜を形成
し、 前記アモルファスシリコン膜上にマスクを形成し、 前記マスクをパターニングして、前記アモルファスシリ
コン膜表面を露出させ、 ニッケルを含有する被膜を形成し、 前記被膜を形成後に前記基板を熱処理することにより前
記ニッケルと前記アモルファスシリコン膜とを反応さ
せ、 前記ニッケルを含有する被膜を除去し、 前記熱処理よりも高く600 ℃以下の温度で前記基板をア
ニールすることによって前記ニッケルと反応した部分の
シリコン膜に隣接したシリコン膜を横方向に結晶化させ
て結晶性シリコン膜を形成し、 前記結晶性シリコン膜を塩素を含む雰囲気中で加熱し、
前記結晶性シリコン膜中の前記ニッケルの濃度を減少さ
せることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. An amorphous silicon film is formed on a substrate.
And, a mask is formed on the amorphous silicon film, by patterning the mask, the amorphous silicon
The surface of the capacitor film is exposed, a coating containing nickel is formed, and after the coating is formed, the substrate is heat-treated.
The nickel reacts with the amorphous silicon film.
The coating containing nickel is removed, and the substrate is exposed at a temperature higher than the heat treatment and not higher than 600 ° C.
The part that has reacted with the nickel by
Laterally crystallize the silicon film adjacent to the silicon film
Forming a crystalline silicon film, heating the crystalline silicon film in an atmosphere containing chlorine,
Reducing the concentration of the nickel in the crystalline silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項9】請求項1乃至8のいずれか一項において、 前記塩素を含む雰囲気は、塩化水素、塩化メタン、塩化
エタン又は塩化エチレンであることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
9. The method according to claim 1 , wherein the atmosphere containing chlorine is hydrogen chloride, methane chloride,
Semiconductors characterized by being ethane or ethylene chloride
Method for manufacturing the device.
【請求項10】請求項9において、 前記ニッケルの濃度が減少させられた前記結晶性シリコ
ン膜中の前記ニッケルの濃度は1原子%以下であること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
10. The crystalline silicon according to claim 9, wherein the nickel concentration is reduced.
The concentration of nickel in the coating film is 1 atomic% or less.
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