JP3227392B2 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP3227392B2
JP3227392B2 JP25564396A JP25564396A JP3227392B2 JP 3227392 B2 JP3227392 B2 JP 3227392B2 JP 25564396 A JP25564396 A JP 25564396A JP 25564396 A JP25564396 A JP 25564396A JP 3227392 B2 JP3227392 B2 JP 3227392B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、さらに詳しく言えば、非晶質ケイ素膜
を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装
置およびその製造方法に関する。特に、本発明は、絶縁
表面を有する基板上に設けられた薄膜トランジスタ(T
FT)を用いた半導体装置に有効であり、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置、密着型イメージセンサー、
三次元ICなどに利用できる。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention provides a thin film transistor (T) provided on a substrate having an insulating surface.
It is effective for a semiconductor device using FT), and is an active matrix type liquid crystal display device, a contact type image sensor,
It can be used for three-dimensional ICs.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁
膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる半導体素子には、薄膜状
のケイ素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状のケ
イ素半導体としては、非晶質ケイ素半導体(a−Si)
からなるものと結晶性を有するケイ素半導体からなるも
のの2つに大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large and high resolution liquid crystal display devices have been developed.
High-speed, high-resolution contact image sensor, 3D IC
In order to realize such a technique, attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or an insulating film. In general, a thin film silicon semiconductor is used for a semiconductor element used in these devices. As the thin film silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor (a-Si)
And those composed of crystalline silicon semiconductors.

【0003】非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気
相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富む
ため、最も一般的に用いられているが、導電性等の物性
が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣るため、今後
より高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半
導体からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求めら
れていた。尚、結晶性を有するケイ素半導体としては、
多結晶ケイ素、微結晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケ
イ素、結晶性と非晶質性の中間の状態を有するセミアモ
ルファスケイ素等が知られている。
[0003] Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low production temperature, can be produced relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a crystalline silicon semiconductor, a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor has been strongly demanded in order to obtain higher-speed characteristics in the future. In addition, as a silicon semiconductor having crystallinity,
Polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like are known.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
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。
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.

【0005】(2)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
レーザー光のエネルギーにより結晶性を有せしめる。
(2) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by the energy of laser light.

【0006】(3)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
熱エネルギーを加えることにより結晶性を有せしめる。
(3) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by applying heat energy.

【0007】といった方法が知られている。しかしなが
ら、(1)の方法では、成膜工程と同時に結晶化が進行
するので、大粒径の結晶性ケイ素を得るにはケイ素膜の
厚膜化が不可欠であり、良好な半導体物性を有する膜を
基板上に全面に渡って均一に成膜することが技術上困難
である。また成膜温度が600℃以上と高いので、安価
なガラス基板が使用できないというコストの問題があっ
た。
[0007] Such a method is known. However, in the method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film formation step. Therefore, it is indispensable to increase the thickness of the silicon film in order to obtain crystalline silicon having a large grain size, and to obtain a film having good semiconductor properties. It is technically difficult to form a film uniformly over the entire surface of the substrate. Further, since the film formation temperature is as high as 600 ° C. or higher, there is a problem of cost that an inexpensive glass substrate cannot be used.

【0008】また、(2)の方法では、熔融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、現在
最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例にと
ると、レーザー光の照射面積が小さくスループットが低
いという問題が有り、また大面積基板の全面を均一に処
理するにはレーザーの安定性が充分ではなく、次世代の
技術という感が強い。
In the method (2), the crystallization phenomenon in the melting and solidification process is used, so that the grain boundaries are satisfactorily treated with a small grain size, and a high-quality crystalline silicon film can be obtained. Taking a commonly used excimer laser as an example, there is a problem that the irradiation area of the laser beam is small and the throughput is low, and the laser stability is not enough to uniformly treat the entire surface of a large-area substrate. There is a strong sense of next-generation technology.

【0009】(3)の方法は、(1)、(2)の方法と
比較すると大面積に対応できるという利点はあるが、結
晶化に際し600℃以上の高温にて数十時間にわたる加
熱処理が必要である。すなわち、安価なガラス基板の使
用とスループットの向上を考えると、加熱温度を下げ、
さらに短時間で結晶化させるという相反する問題点を同
時に解決する必要がある。また、(3)の方法では、固
相結晶化現象を利用するため、結晶粒は基板面に平行に
拡がり数μmの粒径を持つものさえ現れるが、成長した
結晶粒同士がぶつかり合って粒界が形成されるため、そ
の粒界はキャリアに対するトラップ準位として働き、T
FTの移動度を低下させる大きな原因となっている。
The method (3) has an advantage that it can cope with a large area as compared with the methods (1) and (2). However, the crystallization requires a heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or more for several tens of hours. is necessary. In other words, considering the use of inexpensive glass substrates and improving the throughput, the heating temperature was lowered,
It is necessary to simultaneously solve the conflicting problem of crystallization in a shorter time. In the method (3), since the solid-phase crystallization phenomenon is used, the crystal grains spread in parallel to the substrate surface, and even those having a grain size of several μm appear, but the grown crystal grains collide with each other and become grainy. As a boundary is formed, the grain boundary acts as a trap level for carriers, and T
This is a major cause of lowering the mobility of the FT.

【0010】上記の(3)の方法を利用して、前述の問
題点を解決する方法が、特開平6−244103号公報
および特開平6−244104号公報で提案されてい
る。これらの方法では、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長
する触媒元素を利用することで、加熱温度の低温化およ
び処理時間の短縮を図っている。具体的には、非晶質ケ
イ素膜の表面にニッケルやパラジウム等の金属元素を微
量に導入し、しかる後に加熱することで、550℃、4
時間程度の処理時間で結晶化を行っている。
A method for solving the above-mentioned problem by using the above method (3) has been proposed in JP-A-6-244103 and JP-A-6-244104. In these methods, the use of a catalyst element that promotes the crystallization of the amorphous silicon film aims at lowering the heating temperature and shortening the processing time. Specifically, a minute amount of a metal element such as nickel or palladium is introduced on the surface of the amorphous silicon film, and then heated at 550 ° C., 4 ° C.
The crystallization is performed in a processing time of about an hour.

【0011】この低温結晶化のメカニズムは、まず金属
元素を核とした結晶核発生が早期に起こり、その後その
金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急
激に進行すると理解される。そういった意味で以後これ
らの金属元素を触媒元素と呼ぶ。これらの触媒元素によ
り結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、
通常の固相成長法で結晶化した結晶性ケイ素膜の一つの
粒内が双晶構造であるのに対して、その粒内は何本もの
柱状結晶ネットワークで構成されており、それぞれの柱
状結晶内部はほぼ理想的な単結晶状態となっている。
The mechanism of the low-temperature crystallization is understood to be that crystal nuclei are generated at an early stage with a metal element as a nucleus, and then the metal element acts as a catalyst to promote crystal growth, and crystallization proceeds rapidly. You. In this sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements. Crystallized silicon film grown by the promotion of crystallization by these catalyst elements,
While one grain of a crystalline silicon film crystallized by a normal solid-phase growth method has a twin structure, the grain is composed of a number of columnar crystal networks. The inside is in an almost ideal single crystal state.

【0012】さらに特開平6−244104号公報で
は、非晶質ケイ素膜の一部に選択的に触媒元素を導入し
加熱することで、他の部分を非晶質ケイ素膜の状態とし
て残したまま、選択的に触媒元素が導入された領域のみ
を結晶化し、そして、さらに加熱時間を延長すること
で、その導入領域から横方向(基板と平行な方向)に結
晶成長を行わせている。この横方向結晶成長領域の内部
では、成長方向がほぼ一方向に揃った柱状結晶がひしめ
き合っており、触媒元素が直接導入されランダムに結晶
核の発生が起こった領域に比べて、結晶性が良好な領域
となっている。よって、この横方向結晶成長領域の結晶
性ケイ素膜を半導体装置の活性領域に用いることによ
り、半導体装置の高性能化が行える。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244104, a catalyst element is selectively introduced into a part of an amorphous silicon film and heated to leave another part in an amorphous silicon film state. By selectively crystallizing only the region into which the catalyst element is selectively introduced, and further extending the heating time, the crystal is grown in a lateral direction (parallel to the substrate) from the introduction region. Inside this lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are almost aligned in one direction are tied together, and the crystallinity is better than the region where the catalyst element is directly introduced and crystal nuclei are generated randomly. Area. Therefore, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region for the active region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.

【0013】また、この横方向結晶成長領域の結晶性ケ
イ素膜は、触媒元素が直接導入され結晶化された領域に
比べ、触媒元素濃度が約一桁(体積密度で)低減され
る。すなわち、非晶質ケイ素膜の結晶化後、触媒元素が
主に結晶粒界付近に局在するのに対し、横方向結晶成長
領域では意識的に結晶粒界の位置を制御でき、結晶粒界
部を素子領域より排除することが可能であるからであ
る。このような方法の一種が特開平7−58339号公
報にて述べられている。該公報は、TFT素子領域の両
端(ソース領域およびドレイン領域の端部)より結晶成
長させ、意識的にチャネル領域中央部に結晶粒界を形成
するものである。
In the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region, the concentration of the catalytic element is reduced by about one digit (in terms of volume density) as compared with the region where the catalytic element is directly introduced and crystallized. That is, after the crystallization of the amorphous silicon film, the catalytic element is mainly localized near the crystal grain boundaries, while the position of the crystal grain boundaries can be consciously controlled in the lateral crystal growth region. This is because the portion can be excluded from the element region. One such method is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-58339. In this publication, crystal is grown from both ends (ends of a source region and a drain region) of a TFT element region, and a crystal grain boundary is intentionally formed in a central portion of a channel region.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平6−24
4103号公報および特開平6−244104号公報で
提案されている方法は、結晶化温度の低温化、結晶化時
間の短縮、そして結晶性の向上において非常に有効なも
のである。しかしながら、それを用いて作製したTFT
においては、素子特性として大きな問題点が存在する。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-24 / 1994
The methods proposed in JP-A-4103 and JP-A-6-244104 are extremely effective in lowering the crystallization temperature, shortening the crystallization time, and improving the crystallinity. However, TFTs made using it
However, there is a large problem in element characteristics.

【0015】すなわち、結晶性ケイ素膜の結晶性は非常
に良好であるが、その膜中に残留した触媒元素が素子特
性に悪影響を与えることがある。上記の触媒元素は、非
晶質ケイ素膜の結晶化には大きく貢献するが、上述した
ように、その後、主に結晶粒界に偏在し結晶性ケイ素膜
中に残留する。これら触媒元素が結晶性ケイ素膜中に多
量に存在していることは、これら半導体を用いた装置の
信頼性や電気的安定性を阻害するものであり、もちろん
好ましいことでない。
That is, although the crystallinity of the crystalline silicon film is very good, the catalytic element remaining in the film may adversely affect the device characteristics. The above-mentioned catalytic element greatly contributes to the crystallization of the amorphous silicon film, but as described above, thereafter, it is mainly localized at the crystal grain boundaries and remains in the crystalline silicon film. The presence of a large amount of these catalytic elements in the crystalline silicon film impairs the reliability and electrical stability of devices using these semiconductors, and is, of course, not preferred.

【0016】特に、ニッケルやパラジウムなど、非晶質
ケイ素膜の結晶化を促す触媒として効率よく作用する元
素は、ケイ素中においてバンドギャップ中央付近に不純
物準位を形成する。したがって、これら触媒元素により
結晶化したケイ素膜を用いてTFTを作製する場合、そ
の影響として、主にTFTオフ動作時におけるリーク電
流の増大の現象が現れる。すなわち、前記触媒元素は、
そのTFT素子において、チャネル領域の結晶性を向上
させるため、電界効果移動度やオン電流、オン電流の立
ち上がり係数(S係数)などの電流駆動能力は大きく向
上させるが、その代償として、オフ特性を悪化させるわ
けである。
In particular, elements such as nickel and palladium which efficiently act as catalysts for promoting the crystallization of the amorphous silicon film form impurity levels near the center of the band gap in silicon. Therefore, when a TFT is manufactured using a silicon film crystallized with these catalytic elements, a phenomenon of an increase in a leak current mainly when the TFT is turned off appears as an effect thereof. That is, the catalyst element is
In the TFT element, in order to improve the crystallinity of the channel region, current driving capability such as field effect mobility, on-current, and on-current rise coefficient (S coefficient) is greatly improved. It makes it worse.

【0017】また、TFTにおける上述のオフ動作時の
リーク電流増大現象は、本発明者らが行った実験から、
該触媒元素の結晶性ケイ素膜における膜中濃度が1016
atoms/cm3以上であるときに確認された。上述
の特開平6−244104号公報や特開平7−5833
9号公報のように触媒元素を選択的に導入し、その領域
をシード領域として横方向に結晶成長させる方法により
得られる横方向結晶成長領域の触媒元素濃度でさえ、ど
のようにしても1016〜1017atoms/cm3程度
が限界であり、それ以下に抑えることはできない。した
がって、上記技術ではTFTにおけるリーク電流増大の
問題は根本的に解決されない。
Further, the above-mentioned phenomenon of increase in the leakage current at the time of the OFF operation in the TFT was confirmed by an experiment conducted by the present inventors.
The concentration of the catalyst element in the crystalline silicon film is 10 16
It was confirmed when the value was atoms / cm 3 or more. The above-mentioned JP-A-6-244104 and JP-A-7-5833.
Selectively introducing a catalyst element as 9 JP, even at the concentration of the catalytic element in the lateral crystal growth regions obtained by a method of crystal growth in the lateral direction that region as a seed region, how the even 10 16 The limit is about 10 17 atoms / cm 3 , and it cannot be suppressed below that. Therefore, the above technique does not fundamentally solve the problem of an increase in leakage current in a TFT.

【0018】本発明は、触媒元素を用いて作製されたT
FTにおいて、上述のオン特性とオフ特性のトレードオ
フの関係を無くし、電流駆動能力に優れ、またオフ動作
時のリーク電流も小さい高性能なTFTを提供するもの
である。
The present invention relates to a method for producing T using a catalytic element.
It is an object of the present invention to provide a high-performance TFT that eliminates the above-mentioned trade-off relationship between the ON characteristic and the OFF characteristic, has excellent current driving capability, and has a small leakage current during an OFF operation.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
を解決し、上記の目的を満足する手段を提供するもので
あり、ガラスなどの絶縁表面を有する基板上に、高性能
で高信頼性を有する半導体装置を提供するものであり、
またこの半導体装置を簡便な工程により製造する方法を
提供するものである。より具体的には、本発明は以下の
特徴を有する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems and provides a means that satisfies the above-mentioned objects. The present invention provides a high-performance, high-performance substrate on a substrate having an insulating surface such as glass. A semiconductor device having reliability is provided.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the semiconductor device by simple steps. More specifically, the present invention has the following features.

【0020】本発明の請求項1に記載の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有するケ
イ素膜に、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領
域を含む活性領域が構成された薄膜トランジスタであっ
て、前記活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長す
る触媒元素を含み、前記活性領域内において、ソース領
域あるいはドレイン領域とチャネル領域との接合部近傍
の触媒元素濃度を少なくともチャネル領域中央部より小
さくしたことを特徴とする。
The semiconductor device according to the first aspect of the present invention comprises:
A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region, and a channel region is formed on a crystalline silicon film formed over a substrate having an insulating surface, wherein the active region is formed of an amorphous silicon film. A catalyst element that promotes crystallization is included, and in the active region, the concentration of the catalyst element near the junction between the source region or the drain region and the channel region is set to be lower than at least the center of the channel region.

【0021】本発明の請求項2に記載の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有するケ
イ素膜に、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領
域を含む活性領域が構成された薄膜トランジスタであっ
て、前記活性領域内において、チャネル領域中央部は、
非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含み結晶
化され、柱状結晶のネットワーク構造により構成されて
おり、前記ソース領域あるいはドレイン領域とチャネル
領域との接合部近傍は、前記触媒元素を含まず結晶化さ
れた結晶性ケイ素膜であることを特徴とする。
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention comprises:
A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region, and a channel region is formed on a crystalline silicon film formed over a substrate having an insulating surface. ,
The amorphous silicon film is crystallized and contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and is constituted by a columnar crystal network structure.The vicinity of a junction between the source region or the drain region and the channel region contains the catalytic element. It is characterized by being a crystalline silicon film crystallized without containing.

【0022】本発明の請求項3に記載の半導体装置は、
絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有するケ
イ素膜に、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領
域を含む活性領域が構成された薄膜トランジスタであっ
て、前記活性領域内において、チャネル領域中央部は、
非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を選択的に
導入させた領域からその周辺領域へと、前記ケイ素膜を
横方向に結晶成長させ、個々の柱状結晶の方向がほぼ一
方向に揃った結晶構造により構成されており、前記ソー
ス領域あるいはドレイン領域とチャネル領域との接合部
近傍は、前記触媒元素を含まず結晶化された結晶性ケイ
素膜であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region, and a channel region is formed on a crystalline silicon film formed over a substrate having an insulating surface. ,
From the region into which the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is selectively introduced to the peripheral region, the silicon film grows in the lateral direction, and the direction of each columnar crystal is almost one direction. It has a uniform crystal structure, and is characterized in that the vicinity of the junction between the source region or the drain region and the channel region is a crystalline silicon film crystallized without containing the catalyst element.

【0023】本発明の請求項4記載の半導体装置は、前
記請求項3記載の半導体装置において、前記薄膜トラン
ジスタのチャネル領域中央部を構成する横方向に結晶成
長させた結晶性ケイ素膜であって、その結晶成長方向
と、薄膜トランジスタにおけるキャリアの移動方向と
が、概略平行となるよう構成されたものであることを特
徴とする。
A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the third aspect, wherein the crystalline silicon film is formed by laterally growing a crystal constituting a central portion of a channel region of the thin film transistor, The crystal growth direction and the carrier moving direction in the thin film transistor are configured to be substantially parallel to each other.

【0024】ここで、本発明の半導体装置は、前記触媒
元素を含まないソース領域あるいはドレイン領域とチャ
ネル領域との接合部近傍は、波長500nm以下のレー
ザー光照射により、短時間の溶融固化過程において結晶
化されたものであることが好ましい。
Here, in the semiconductor device of the present invention, the vicinity of the junction between the source region or the drain region containing no catalytic element and the channel region is irradiated with a laser beam having a wavelength of 500 nm or less in a melting and solidifying process in a short time. It is preferably crystallized.

【0025】本発明の請求項5に記載の半導体装置は、
前記請求項2あるいは請求項3記載の半導体装置におい
て、前記チャネル領域を構成する個々の柱状結晶の幅
が、150nm〜400nmであることを特徴とする。
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention comprises:
The semiconductor device according to claim 2 or 3, wherein the width of each columnar crystal forming the channel region is 150 nm to 400 nm.

【0026】前記触媒元素として、Ni、Co、Pd、
Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、Sbから
選ばれた一種または複数種類の元素が用いられることが
好ましい。
As the catalyst element, Ni, Co, Pd,
It is preferable to use one or more elements selected from Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al, and Sb.

【0027】本発明の請求項6に記載の半導体装置は、
前記請求項1あるいは請求項2あるいは請求項3記載の
半導体装置において、前記チャネル領域中央部の触媒元
素の濃度が、1016〜1019atoms/cm3であ
り、前記ソース領域あるいはドレイン領域とチャネル領
域との接合部近傍の上記触媒元素の濃度が、1016at
oms/cm3未満であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the catalytic element in the central portion of the channel region is 10 16 to 10 19 atoms / cm 3 , and the source region or the drain region is The concentration of the catalyst element near the junction with the region is 10 16 at
oms / cm 3 .

【0028】本発明の請求項7に記載の半導体装置の製
造方法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、
前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を選択導入する工程と、前記
触媒元素が導入された領域の非晶質ケイ素膜を加熱処理
により、選択的に結晶化させる工程と、強光照射によ
り、その他の領域の非晶質ケイ素膜を結晶化させる工程
と、前記触媒元素が導入され加熱処理により結晶化され
た領域を用いて薄膜トランジスタのチャネル領域の一部
を、強光照射により結晶化されたその他の領域を用いて
薄膜トランジスタのソース領域あるいはドレイン領域と
チャネル領域との接合領域をそれぞれ作製する工程とを
有することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming an amorphous silicon film on a substrate;
Before or after the step, a step of selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and selectively heating the amorphous silicon film in a region where the catalyst element is introduced by heat treatment. Crystallizing the amorphous silicon film in the other region by intense light irradiation, and using the region where the catalyst element is introduced and crystallized by heat treatment to form a channel region of the thin film transistor. A step of forming a junction region between a source region or a drain region of the thin film transistor and a channel region using another region crystallized by intense light irradiation.

【0029】本発明の請求項8に記載の半導体装置の製
造方法は、基板上に第1の非晶質ケイ素膜を形成する工
程と、前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ
素膜の結晶化を助長する触媒元素を導入する工程と、前
記触媒元素が導入された第1の非晶質ケイ素膜を加熱処
理により、結晶化させ、第1の結晶性ケイ素膜とする工
程と、前記第1の結晶性ケイ素膜をパターニングし、後
の薄膜トランジスタのチャネル領域の一部となる島状領
域を形成する工程と、前記島状領域を覆うように第2の
非晶質ケイ素膜を形成し、強光照射により結晶化して、
第2の結晶性ケイ素膜とする工程と、前記第2の結晶性
ケイ素膜のみの領域を用いて、薄膜トランジスタのソー
ス領域あるいはドレイン領域とチャネル領域の接合領域
を作製する工程とを有することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a step of forming a first amorphous silicon film on a substrate, and the step of forming the amorphous silicon film before or after the step. A step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of, and a step of crystallizing the first amorphous silicon film into which the catalytic element has been introduced by heat treatment to form a first crystalline silicon film, Patterning the first crystalline silicon film to form an island-shaped region that is to be a part of a channel region of a thin film transistor to be formed later; and forming a second amorphous silicon film so as to cover the island-shaped region. Crystallized by intense light irradiation,
A step of forming a second crystalline silicon film, and a step of forming a junction region between a source region or a drain region of the thin film transistor and a channel region using the region of only the second crystalline silicon film. And

【0030】本発明の請求項9に記載の半導体装置の製
造方法は、基板上に第1の非晶質ケイ素膜を形成する工
程と、前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ
素膜の結晶化を助長する触媒元素を一部に選択的に導入
する工程と、前記触媒元素が選択的に導入された領域の
非晶質ケイ素膜を加熱処理により、選択的に結晶化させ
る工程と、加熱処理をさらに継続することにより、前記
非晶質ケイ素膜が選択的に結晶化された領域からその周
辺部へと、前記非晶質ケイ素膜を基板表面に対し概略平
行な方向に結晶成長させ、第1の結晶性ケイ素膜とする
工程と、前記第1の結晶性ケイ素膜をパターニングし、
前記結晶性ケイ素膜内の基板表面に対し概略平行な方向
に結晶成長させた領域を用いて、後の薄膜トランジスタ
のチャネル領域の一部となる島状領域を形成する工程
と、前記島状領域を覆うように第2の非晶質ケイ素膜を
形成し、強光照射により結晶化して、第2の結晶性ケイ
素膜とする工程と、前記第2の結晶性ケイ素膜のみの領
域を用いて、薄膜トランジスタのソース領域あるいはド
レイン領域とチャネル領域の接合領域を作製する工程と
を有することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 of the present invention, comprising the steps of: forming a first amorphous silicon film on a substrate; and forming the first amorphous silicon film before or after the step. A step of selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of a part, and a step of selectively crystallizing the amorphous silicon film in a region where the catalytic element is selectively introduced by heat treatment. By further continuing the heat treatment, the amorphous silicon film grows in a direction substantially parallel to the substrate surface from the region where the amorphous silicon film is selectively crystallized to a peripheral portion thereof. And forming a first crystalline silicon film, and patterning the first crystalline silicon film,
A step of forming an island-shaped region that becomes a part of a channel region of a subsequent thin film transistor by using a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to a substrate surface in the crystalline silicon film; and Forming a second amorphous silicon film so as to cover it, crystallizing it by intense light irradiation to form a second crystalline silicon film, and using a region of only the second crystalline silicon film, Forming a junction region between a source region or a drain region of the thin film transistor and the channel region.

【0031】ここで、本発明の半導体装置の製造方法
は、前記非晶質ケイ素膜が選択的に結晶化された領域か
らその周辺部へと、上記非晶質ケイ素膜を基板表面に対
し概略平行な方向に結晶成長させ、第1の結晶性ケイ素
膜とする工程に際し、その結晶成長方向と、作製される
薄膜トランジスタにおけるキャリアの移動方向とが、概
略平行となるよう予め設計を行うことが好ましい。
Here, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the amorphous silicon film is roughly applied to the substrate surface from the region where the amorphous silicon film is selectively crystallized to the periphery thereof. In the step of growing crystals in a parallel direction to form a first crystalline silicon film, it is preferable to design in advance such that the crystal growth direction is substantially parallel to the carrier movement direction in a thin film transistor to be manufactured. .

【0032】また、強光照射による前記非晶質ケイ素膜
の結晶化を、波長500nm以下のレーザー光照射にて
行うことが好ましい。波長500nm以下のレーザー光
の中でも、特に波長308nmのXeClエキシマレー
ザー光を用いることが好ましい。
Preferably, the crystallization of the amorphous silicon film by irradiation with strong light is performed by irradiation with a laser beam having a wavelength of 500 nm or less. Among the laser beams having a wavelength of 500 nm or less, it is particularly preferable to use a XeCl excimer laser beam having a wavelength of 308 nm.

【0033】本発明の請求項10に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項7あるいは請求項8あるいは請
求項9記載の半導体装置の製造方法において、前記触媒
元素の導入は、真空蒸着法によって前記非晶質ケイ素膜
表面に触媒元素を薄膜蒸着することにより行われること
を特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh, eighth or ninth aspect, the introduction of the catalytic element is performed by a vacuum evaporation method. By depositing a catalyst element in a thin film on the surface of the amorphous silicon film.

【0034】本発明の請求項11に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項7あるいは請求項8あるいは請
求項9記載の半導体装置の製造方法において、前記触媒
元素の導入は、該触媒元素を含有した溶液を前記非晶質
ケイ素膜表面にスピンコートすることにより行われるこ
とを特徴とする。
[0034] In the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11 of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, 8, or 9, the introduction of the catalyst element may be performed by using the catalyst element. By spin-coating a solution containing

【0035】本発明の請求項12に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項11記載の半導体装置の製造方
法において、前記触媒元素を含有した溶液の溶質とし
て、触媒元素の硝酸塩あるいは酢酸塩を用いることを特
徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the eleventh aspect, the solute of the solution containing the catalyst element is a nitrate or an acetate of the catalyst element. Is used.

【0036】本発明の請求項13に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項11記載の半導体装置の製造方
法において、前記触媒元素を含有した溶液の溶媒とし
て、エタノールなどのアルコール類を用いることを特徴
とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the eleventh aspect, an alcohol such as ethanol is used as a solvent of the solution containing the catalyst element. It is characterized by the following.

【0037】本発明の請求項14に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項10あるいは請求項11記載の
半導体装置の請求項において、前記触媒元素導入工程
は、非晶質ケイ素膜への該触媒元素の導入濃度が、全反
射蛍光X線分光測定により、非晶質ケイ素膜表面におけ
る面密度として管理されることを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14 of the present invention, in the semiconductor device according to claim 10 or 11, the step of introducing a catalytic element comprises the step of: The introduction concentration of the catalyst element is controlled as the areal density on the surface of the amorphous silicon film by total reflection X-ray fluorescence spectrometry.

【0038】ここで請求項14において、前記工程にて
管理される該触媒元素の非晶質ケイ素膜表面の面密度と
して、1012〜1014atoms/cm2であることが
好ましい。
In the present invention, it is preferable that the area density of the catalyst element on the surface of the amorphous silicon film managed in the step is 10 12 to 10 14 atoms / cm 2 .

【0039】本発明の請求項15に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項7あるいは請求項8あるいは請
求項9記載の半導体装置の製造方法において、前記触媒
元素を導入し結晶化する前記非晶質ケイ素膜の厚さを、
25〜50nmの範囲内とすることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh, eighth, or ninth aspect, the catalyst element is introduced and crystallized. The thickness of the amorphous silicon film,
It is characterized by being in the range of 25 to 50 nm.

【0040】本発明の請求項16に記載の半導体装置の
製造方法は、前記請求項8あるいは請求項9記載の半導
体装置の製造方法において、ソース電極あるいはドレイ
ン電極と接するコンタクト領域は、第1の結晶性ケイ素
膜および第2の結晶性ケイ素膜の積層構造により形成す
ることを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to a sixteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth or ninth aspect, the contact region in contact with the source electrode or the drain electrode is formed of the first region. It is formed by a laminated structure of a crystalline silicon film and a second crystalline silicon film.

【0041】ここで前記触媒元素として、Ni、Co、
Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、S
bから選ばれた一種または複数種類の元素を用いること
が好ましい。前記種類の触媒元素の中でも、特にNi元
素を少なくとも用いることが好ましい。
Here, as the catalyst element, Ni, Co,
Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al, S
It is preferable to use one or more elements selected from b. Among the above types of catalyst elements, it is particularly preferable to use at least Ni element.

【0042】上述のように、触媒元素を用いた結晶性ケ
イ素膜は非常に高品質な結晶性を有し、それをチャネル
に用いたTFTは高い電流駆動能力を持つ、一方、この
TFTの問題点である、オフ動作時のリーク電流を解決
し、優れたTFTを実現すべく日夜研究を積み重ねた。
その結果、オフ動作時のリーク電流発生の原因を究明し
た。そのメカニズムを図8に示す。
As described above, a crystalline silicon film using a catalytic element has very high quality crystallinity, and a TFT using it as a channel has a high current driving capability. In order to solve the problem of leakage current at the time of off operation, and to realize an excellent TFT, research was conducted day and night.
As a result, the cause of the leakage current during the off operation was investigated. FIG. 8 shows the mechanism.

【0043】図8は、N型TFTにおけるチャネル領域
からドレイン領域へかけてのバンド図である。ここで
は、チャネル領域からドレイン領域へと正バイアスが印
加されており、TFTのオン動作時にチャネル領域から
ドレイン領域へ電流が流れる場合を考える。図8(a)
は、ゲート電圧Vg>0でTFTがオン動作していると
きのバンド図であり、図8(b)は、Vg=0のときの
バンド図である。図8(c)は、Vg<0すなわちオフ
動作時のバンド図である。共に、向かって右側がドレイ
ン領域、左側がチャネル領域であり、ライン801は伝
導帯、ライン802は価電子帯、ライン803はフェル
ミレベルを表す。Vg=0の際に、ライン803で示す
ように、フェルミレベルは、チャネル領域、ドレイン領
域において同一となっている。
FIG. 8 is a band diagram from the channel region to the drain region in the N-type TFT. Here, it is assumed that a positive bias is applied from the channel region to the drain region, and a current flows from the channel region to the drain region when the TFT is turned on. FIG. 8 (a)
FIG. 8B is a band diagram when the TFT is turned on when the gate voltage Vg> 0, and FIG. 8B is a band diagram when Vg = 0. FIG. 8C is a band diagram when Vg <0, that is, at the time of the off operation. In both figures, the right side is the drain region, the left side is the channel region, the line 801 indicates the conduction band, the line 802 indicates the valence band, and the line 803 indicates the Fermi level. When Vg = 0, as shown by the line 803, the Fermi level is the same in the channel region and the drain region.

【0044】ここで注目すべきは、図8(c)に示され
たVg<0の際のバンド図である。TFTがオフ動作時
に、このようにチャネル領域とドレイン領域の接合部に
おいて、伝導帯801cおよび価電子帯802cが大き
くうねることになる。このとき、該接合部に804のよ
うな何らかのトラップ準位があれば、805の位置にい
るキャリアは該トラップ準位804を介して、すなわち
矢印807で示されたようなパスを通って、伝導帯80
1c上の位置806に移動する。すなわち、オフ動作時
のリーク電流の機構は、トラップ準位804を介した一
種のトンネル電流現象として理解される。図8において
は、チャネル領域とドレイン領域の接合部において説明
したが、実際のTFT素子は交流駆動されるため、チャ
ネル領域とソース領域との接合部に対しても同様のこと
が言える。
What should be noted here is the band diagram when Vg <0 shown in FIG. When the TFT is turned off, the conduction band 801c and the valence band 802c undulate at the junction between the channel region and the drain region. At this time, if there is any trap level such as 804 at the junction, the carrier at the position 805 is conducted through the trap level 804, that is, through the path shown by the arrow 807. Obi 80
Move to position 806 on 1c. That is, the mechanism of the leakage current during the off operation is understood as a kind of tunnel current phenomenon via the trap level 804. Although the junction between the channel region and the drain region has been described with reference to FIG. 8, the same can be said for the junction between the channel region and the source region since the actual TFT element is AC-driven.

【0045】TFTの電流駆動能力すなわちオン特性
は、主にそのチャネル領域の結晶性により決定される。
それに対して、TFTのオフ動作時のリーク電流は、上
述のようにチャネル領域とソース領域あるいはドレイン
領域の接合部近傍のトラップ準位密度に起因する。ここ
で、本発明者らは、TFTチャネル領域の大部分を触媒
元素による結晶性ケイ素膜で作製し、チャネル領域とソ
ース領域あるいはドレイン領域の接合部近傍は、触媒元
素を用いない従来の結晶性ケイ素膜で作製することで、
目的とするリーク電流の小さい高性能TFTを実現でき
るのではないかと考えた。すなわち、リーク電流発生の
原因となる接合部近傍での触媒元素によるトラップ準位
を低減しようと考え、実際にN型TFTを作製してみ
た。その結果を図7に示す。
The current driving capability, that is, the ON characteristic of a TFT is mainly determined by the crystallinity of its channel region.
On the other hand, the leak current at the time of the OFF operation of the TFT is caused by the trap level density near the junction between the channel region and the source region or the drain region as described above. Here, the present inventors made most of the TFT channel region with a crystalline silicon film made of a catalytic element, and formed a conventional crystalline region without a catalytic element near the junction between the channel region and the source or drain region. By making with a silicon film,
We thought that the intended high-performance TFT with small leakage current could be realized. In other words, an attempt was made to actually reduce the trap level due to the catalytic element in the vicinity of the junction, which causes the generation of a leak current, and to actually produce an N-type TFT. FIG. 7 shows the result.

【0046】図7において、(A)は、素子領域全体に
触媒元素を含む従来の特性であり、(B)が本発明によ
るものである。共に、ソース・ドレイン間に14Vの電
圧を印加した際の、ドレイン電流Idとゲート電圧Vg
の関係、すなわちTFTのVg−Id特性曲線を示す。
横軸がゲート電圧Vgであり、縦軸が対数スケールにて
ドレイン電流Idを表す。図7より、従来例(A)で
は、ゲート電圧Vgをマイナス方向に加えるにしたがっ
て、リーク電流が大きくなっているのがわかる。それに
対して、(B)に示す本発明によるTFT特性は、Vg
をプラス方向に加えた際のIdすなわちオン特性におい
ては、従来例(A)と遜色なく良好であるが、Vgがマ
イナス方向に加えられた際のリーク電流は、従来例
(A)と比較して大きく減少している。すなわち、本発
明が、触媒元素を用いた高性能TFTにおいて、そのリ
ーク電流低減に非常に効果的であり、本発明により、目
的とするリーク電流の少ない高性能TFTが実現できる
ことが判明した。
In FIG. 7, (A) shows the conventional characteristics including the catalytic element in the entire element region, and (B) shows the characteristics according to the present invention. In both cases, when a voltage of 14 V is applied between the source and the drain, the drain current Id and the gate voltage Vg
, That is, the Vg-Id characteristic curve of the TFT.
The horizontal axis represents the gate voltage Vg, and the vertical axis represents the drain current Id on a logarithmic scale. FIG. 7 shows that in the conventional example (A), the leak current increases as the gate voltage Vg is applied in the negative direction. On the other hand, the TFT characteristics according to the present invention shown in FIG.
Although the Id, that is, the on-state characteristics when adding Vg in the plus direction is as good as that of the conventional example (A), the leakage current when Vg is added in the minus direction is smaller than that of the conventional example (A). And greatly reduced. That is, it has been found that the present invention is very effective in reducing the leak current in a high-performance TFT using a catalytic element, and that the present invention can realize a high-performance TFT with a small leak current.

【0047】よって、本発明の主旨としては、絶縁表面
を有する基板上に形成された結晶性を有するケイ素膜
に、チャネル領域及びソース領域、ドレイン領域を含む
活性領域が構成されたTFTにおいて、前記活性領域
は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
み、活性領域内において、ソース領域あるいはドレイン
領域とチャネル領域との接合部近傍の触媒元素濃度を、
少なくともチャネル領域中央部よりも小さくした構成と
することである。このような構成のTFTは、図7
(B)に示すような電気特性を有し、上記問題点を全て
解決することができる。
Therefore, the gist of the present invention is to provide a TFT in which an active region including a channel region, a source region, and a drain region is formed on a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface. The active region contains a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and within the active region, the concentration of the catalyst element near the junction between the source region or the drain region and the channel region,
At least the structure is made smaller than the central part of the channel region. The TFT having such a configuration is shown in FIG.
It has the electrical characteristics shown in FIG. 1B, and can solve all of the above problems.

【0048】また、本発明において、チャネル領域中央
部は、触媒元素を含み加熱により結晶化され、柱状結晶
のネットワーク構造により構成されており、ソース領域
あるいはドレイン領域とチャネル領域との接合部近傍
は、触媒元素を含まず結晶化された結晶性ケイ素膜であ
ることにより、ソースあるいはドレイン領域接合部の結
晶性がある程度良好なため、結晶欠陥などに伴うトラッ
プ準位が減少でき、リーク電流をさらに低減することが
できる。
In the present invention, the central portion of the channel region contains a catalytic element, is crystallized by heating, and has a columnar crystal network structure. The vicinity of the junction between the source region or the drain region and the channel region is near. Since the crystalline silicon film is crystallized without containing a catalytic element, the crystallinity of the source or drain region junction is good to some extent, so that trap levels due to crystal defects and the like can be reduced, and the leakage current can be further reduced. Can be reduced.

【0049】さらに、本発明において、チャネル領域中
央部を、触媒元素を選択的に導入させた領域からその周
辺領域へと非晶質ケイ素膜を横方向に結晶成長させ、個
々の柱状結晶の方向が、ほぼ一方向に揃った結晶構造を
もつ結晶性ケイ素膜により構成することで、TFTのオ
ン特性を主に決定するチャネル領域の結晶性をさらに向
上させることができる。その結果、リーク電流が少な
く、より電流駆動能力の大きなTFTが得られる。特
に、この際、横方向へ結晶成長させた結晶性ケイ素膜の
成長方向と、TFTにおけるキャリアの移動方向とを、
概略平行に構成することで、キャリアは散乱中心となる
結晶粒界を横切ることなく移動できるため、さらに電界
効果移動度などのオン特性を向上できる。
Further, in the present invention, the amorphous silicon film is grown laterally in the center of the channel region from the region into which the catalytic element is selectively introduced to the peripheral region, and the direction of each columnar crystal is increased. However, by using a crystalline silicon film having a crystal structure aligned substantially in one direction, it is possible to further improve the crystallinity of a channel region that mainly determines the ON characteristics of a TFT. As a result, a TFT having a small leak current and a large current driving capability can be obtained. In particular, at this time, the growth direction of the crystalline silicon film grown in the lateral direction and the carrier movement direction in the TFT are
When the carriers are substantially parallel, carriers can move without crossing a crystal grain boundary serving as a scattering center, so that ON characteristics such as field-effect mobility can be further improved.

【0050】本発明において、ソース領域あるいはドレ
イン領域とチャネル領域との接合部近傍は、波長500
nm以下のレーザー光照射により、短時間の溶融固化過
程において結晶化されたものであれば、ソース領域ある
いはドレイン領域とチャネル領域との接合部近傍の結晶
性はさらに良好なものとなり、リーク電流をさらに低減
することができる。従来、このようなレーザー光照射を
用い短時間の内に溶融固化させる結晶化工程は、ケイ素
膜を短時間でその融点1414℃以上に加熱する必要が
あるため、高出力のレーザー発振器が必要であるが、ニ
ーズに見合ったものは未だ開発されておらず、現状は小
さなビームサイズに絞ることで単位面積当たりの出力を
上げ、それを基板面に対して順次走査することで対応し
ている。これが結晶性の不均一性をもたらす原因とな
り、レーザー結晶化技術の実用化を困難なものとしてい
る。本発明では、ソース領域あるいはドレイン領域とチ
ャネル領域との接合部近傍に対してのみ、レーザー照射
による結晶性ケイ素膜を用い、大部分のチャネル領域は
均一性の良好な触媒元素による固相結晶化法により形成
されているので、上記レーザー走査による不均一性の影
響をほとんど受けない。
In the present invention, the vicinity of the junction between the source or drain region and the channel region has a wavelength of 500 nm.
If it is crystallized in a short time melting and solidifying process by laser light irradiation of nm or less, the crystallinity near the junction between the source region or the drain region and the channel region is further improved, and the leakage current is reduced. It can be further reduced. Conventionally, in the crystallization step of melting and solidifying within a short time using such laser light irradiation, it is necessary to heat the silicon film to its melting point of 1414 ° C. or more in a short time, and thus a high-power laser oscillator is required. However, the one that meets the needs has not been developed yet. At present, the output per unit area is increased by focusing on a small beam size, and the beam is sequentially scanned on the substrate surface. This causes non-uniformity of crystallinity, and makes it difficult to commercialize the laser crystallization technique. In the present invention, a crystalline silicon film formed by laser irradiation is used only in the vicinity of a junction between a source region or a drain region and a channel region, and most of the channel regions are solid-phase crystallization by a catalyst element having good uniformity. Since it is formed by the method, it is hardly affected by the non-uniformity due to the laser scanning.

【0051】また、チャネル領域を構成する個々の柱状
結晶の幅は、ストレスフリーの状態では80nmであ
る。チャネル領域の結晶性は、この柱状結晶の幅に依存
しており、80nmのままでは本発明が目的とする高性
能なTFTを得ることは難しい。本発明は、レーザー照
射による結晶性ケイ素膜をチャネルとして用いたTFT
よりも、さらに高い電流駆動能力をもつTFTを目指し
ており、その電界効果移動度において150cm2/V
sを目標値としている。なぜなら、ドライバモノリシッ
ク型の液晶表示装置においては、そのドライバ回路部
(特にシフトレジスタ部)において上記目標値の電界効
果移動度が必要とされるからである。柱状結晶の幅は、
ストレスを加えることにより変化し、ある程度はその幅
を広げることができる。上記電界効果移動度の値を達成
するためには、150nm以上の幅の柱状結晶にてその
チャネル領域を構成する必要がある。
The width of each columnar crystal constituting the channel region is 80 nm in a stress-free state. The crystallinity of the channel region depends on the width of the columnar crystal, and it is difficult to obtain a high-performance TFT aimed at by the present invention if the thickness is 80 nm. The present invention relates to a TFT using a crystalline silicon film by laser irradiation as a channel.
It aims at a TFT having a higher current driving capability than that of the TFT having a field effect mobility of 150 cm 2 / V.
s is the target value. This is because, in a driver monolithic liquid crystal display device, the field effect mobility of the target value is required in a driver circuit unit (particularly, a shift register unit). The width of the columnar crystal is
It can be changed by applying stress, and its width can be expanded to some extent. In order to achieve the above-mentioned field effect mobility value, it is necessary to form the channel region with a columnar crystal having a width of 150 nm or more.

【0052】チャネル領域中央部の触媒元素の濃度とし
ては、1016atoms/cm3以上であれば、触媒元
素が非晶質ケイ素膜の結晶化に寄与し、良好な結晶性ケ
イ素膜が得られる。しかしながら、1019atoms/
cm3を超えると、触媒元素の析出が見られ、エッチン
グ時のダメージも顕著になる。したがって、チャネル領
域中央部の触媒元素の濃度の範囲としては、1016〜1
19atoms/cm3であればよい。
When the concentration of the catalytic element in the central portion of the channel region is 10 16 atoms / cm 3 or more, the catalytic element contributes to crystallization of the amorphous silicon film, and a good crystalline silicon film can be obtained. . However, 10 19 atoms /
If it exceeds cm 3 , precipitation of a catalytic element is observed, and damage during etching becomes remarkable. Therefore, the range of the concentration of the catalytic element in the central part of the channel region is 10 16 to 1
It may be 0 19 atoms / cm 3 .

【0053】それに対して、ソース領域あるいはドレイ
ン領域とチャネル領域との接合部近傍の前記触媒元素の
濃度としては、触媒元素によるリーク電流への影響を無
くすため、1016atoms/cm3未満であることが
必要である。本発明者らが調べた結果、上記の濃度以下
であれば、明らかに触媒元素の影響と思われるリーク電
流の増加は無く、一般に言われるコンタミネーションレ
ベルである。
On the other hand, the concentration of the catalytic element near the junction between the source region or the drain region and the channel region is less than 10 16 atoms / cm 3 in order to eliminate the influence of the catalytic element on the leak current. It is necessary. As a result of investigations by the present inventors, if the concentration is not more than the above, there is no increase in leakage current apparently due to the influence of the catalytic element, and the contamination level is generally referred to.

【0054】本発明によるTFTを実際に作製する際の
製造方法として、以下の3つの方法が特に有効である。
The following three methods are particularly effective as manufacturing methods for actually manufacturing the TFT according to the present invention.

【0055】第1の方法としては、まず、非晶質ケイ素
膜に触媒元素を選択導入し、加熱処理により、該触媒元
素が導入された領域の非晶質ケイ素膜を選択的に結晶化
させた後、強光照射により、残りの非晶質ケイ素領域を
結晶化させる。そして、前記触媒元素が選択導入され加
熱処理により結晶化された領域を用いてTFTのチャネ
ル領域中央部を、強光照射により結晶化されたその他の
領域を用いてソース領域あるいはドレイン領域とチャネ
ル領域との接合領域をそれぞれ作製する。この製造方法
によれば、工程数が少なく、簡便なプロセスにて、本発
明による高性能TFTを製造することができる。
As a first method, first, a catalytic element is selectively introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film in a region where the catalytic element is introduced is selectively crystallized by heat treatment. After that, the remaining amorphous silicon region is crystallized by intense light irradiation. Then, the center of the channel region of the TFT is formed by using the region where the catalyst element is selectively introduced and crystallized by the heat treatment, and the source region or the drain region is formed by using the other region crystallized by intense light irradiation. Are formed respectively. According to this manufacturing method, the high-performance TFT according to the present invention can be manufactured with a small number of steps and a simple process.

【0056】第2の方法としては、第1の非晶質ケイ素
膜を形成し、その全面に触媒元素を導入して、加熱処理
により、第1の非晶質ケイ素膜を結晶化させた後、第1
のケイ素膜をパターニングし、後のTFTのチャネル領
域中央部となる島状領域を形成する。その後、上記島状
領域を覆うように第2の非晶質ケイ素膜を形成し、強光
照射により結晶化し、第2のケイ素膜のみの領域を用
い、TFTのソース領域あるいはドレイン領域とチャネ
ル領域の接合領域を作製する。この製造方法では、チャ
ネル領域中央部は、第1および第2のケイ素膜の積層構
造により構成され、ソース領域あるいはドレイン領域と
チャネル領域の接合領域は、第2のケイ素膜単層で構成
されることになる。この製造方法は、触媒元素により結
晶化されるケイ素膜と、ソース領域あるいはドレイン領
域とチャネル領域の接合領域を構成するケイ素膜とを、
上記のように分離することで、触媒元素結晶化のための
加熱時に発生する前記接合領域へ触媒元素の拡散を完全
に防止することができ、第1の製造方法に比較して、よ
り安定した製造方法を実現できる。
As a second method, a first amorphous silicon film is formed, a catalytic element is introduced into the entire surface thereof, and the first amorphous silicon film is crystallized by heat treatment. , First
Is patterned to form an island-shaped region which is to be a central portion of a channel region of a later TFT. Thereafter, a second amorphous silicon film is formed so as to cover the above-mentioned island region, crystallized by irradiating strong light, and a region including only the second silicon film is used to form a source region or a drain region of the TFT and a channel region. Is formed. In this manufacturing method, the central portion of the channel region is constituted by a laminated structure of the first and second silicon films, and the junction region between the source region or the drain region and the channel region is constituted by the single layer of the second silicon film. Will be. This manufacturing method, a silicon film crystallized by a catalytic element, and a silicon film constituting a junction region of a source region or a drain region and a channel region,
By separating as described above, it is possible to completely prevent the diffusion of the catalytic element into the bonding region generated at the time of heating for crystallization of the catalytic element, and it is more stable as compared with the first manufacturing method. A manufacturing method can be realized.

【0057】第3の方法としては、第1の非晶質ケイ素
膜の一部に選択的に触媒元素を導入し、加熱処理によ
り、触媒元素が選択導入された領域を結晶化した後、そ
の領域から周辺部へと、該非晶質ケイ素膜を基板表面に
対し概略平行な方向に結晶成長させる。その後、該結晶
性ケイ素膜の中でも結晶性の良好な横方向結晶成長させ
た領域を用いて、TFTのチャネル領域となる島状領域
を形成し、さらに該島状領域を覆うように第2の非晶質
ケイ素膜を形成し、強光照射により結晶化する。そし
て、第2のケイ素膜のみの領域を用い、TFTのソース
領域あるいはドレイン領域とチャネル領域の接合領域を
作製する。この製造方法では、上述の第2の製造方法と
同様の利点を有し、チャネル領域をさらに結晶性の良好
な横成長した結晶性ケイ素膜で構成することができるの
で、上記第1の方法および第2の方法に比較して、より
電流駆動能力の高いTFTが得られる。
As a third method, a catalytic element is selectively introduced into a part of the first amorphous silicon film, and a region where the catalytic element is selectively introduced is crystallized by heat treatment. From the region to the periphery, the amorphous silicon film is crystal-grown in a direction substantially parallel to the substrate surface. Thereafter, an island-shaped region serving as a channel region of the TFT is formed using the region of the crystalline silicon film where lateral crystal growth is performed with good crystallinity, and a second island-shaped region is formed so as to cover the island-shaped region. An amorphous silicon film is formed and crystallized by intense light irradiation. Then, a junction region between the source region or the drain region of the TFT and the channel region is formed using only the region of the second silicon film. This manufacturing method has the same advantages as the above-described second manufacturing method, and the channel region can be formed of a laterally grown crystalline silicon film having better crystallinity. As compared with the second method, a TFT having higher current driving capability can be obtained.

【0058】上記3つの製造方法において、強光照射に
よる非晶質ケイ素膜の結晶化を、波長500nm以下の
レーザー光照射にて行えば、製造上のメリットとして、
ケイ素膜に対する吸収係数が高いため、ガラス基板に熱
的ダメージを与えることなく、ケイ素膜のみを瞬時に加
熱することができる。その中でも、特に波長308nm
のXeClエキシマレーザー光は、出力が大きいため、
基板照射時のビームサイズを大きくでき、大面積基板に
対応しやすく、また出力安定性も比較的安定している。
In the above three manufacturing methods, if the crystallization of the amorphous silicon film by irradiation with intense light is performed by irradiating a laser beam having a wavelength of 500 nm or less, there are merits in manufacturing.
Since the absorption coefficient with respect to the silicon film is high, only the silicon film can be instantaneously heated without thermally damaging the glass substrate. Among them, especially the wavelength of 308 nm
XeCl excimer laser light has a large output,
The beam size at the time of irradiating the substrate can be increased, it is easy to cope with a large-area substrate, and the output stability is relatively stable.

【0059】また、触媒元素の導入は、真空蒸着法によ
って非晶質ケイ素膜表面に該触媒元素を薄膜蒸着するこ
とにより行われるか、あるいは、触媒元素を含有した溶
液を非晶質ケイ素膜表面にスピンコートすることにより
行われるのが望ましい。本発明者らの実験から、触媒元
素は非晶質ケイ素膜の最表面に存在するのが最も効率よ
く作用することがわかっている。実際には、イオンドー
ピング法は勿論、スパッタリングによる薄膜成膜におい
ても、若干量の触媒元素は非晶質ケイ素膜の膜中に打ち
込まれ、このような触媒元素は結晶化に寄与せず、結晶
化後もその位置に留まる。したがって、導入された触媒
元素全てを結晶化に効率よく作用させるためには、触媒
元素の導入法として、上記2種の方法が最も適してい
る。
The introduction of the catalytic element is carried out by vapor-depositing the catalytic element in a thin film on the surface of the amorphous silicon film by a vacuum deposition method, or by applying a solution containing the catalytic element to the surface of the amorphous silicon film. It is preferably performed by spin coating. From experiments by the present inventors, it has been found that the catalyst element works most efficiently when it is present on the outermost surface of the amorphous silicon film. Actually, not only in the ion doping method but also in the thin film formation by sputtering, a small amount of the catalyst element is implanted into the amorphous silicon film, and such a catalyst element does not contribute to crystallization, and It remains in that position after the conversion. Therefore, in order for all of the introduced catalyst elements to efficiently act on crystallization, the above two methods are most suitable as the method for introducing the catalyst element.

【0060】触媒元素を含有した溶液を非晶質ケイ素膜
表面にスピンコートする方法においては、該触媒元素を
含有した溶液の溶質として、触媒元素の硝酸塩あるいは
酢酸塩を用いることが望ましい。本発明者らの実験で
は、同量の触媒元素量とした場合に、これらの溶質を用
いた際に特に結晶化が効率よく行われた。また、これら
の溶質であれば、触媒元素以外に半導体に対して大きな
影響を与える元素を含有していない。また、触媒元素を
含有した溶液の溶媒としては、エタノールなどのアルコ
ール類を用いることが望ましい。スピンコート法は、フ
ォトレジスト塗布などの従来のスピンコートとは本質的
に異なり、イメージ的には、触媒元素を非晶質ケイ素表
面に均一に置いていくようなものである。本発明者らが
溶媒として水を用いた場合には、その乾きむらがそのま
ま結晶化に反映され、均一な結晶性ケイ素膜が得られな
かった。そして、より揮発性の高い溶媒として、エタノ
ールなどのアルコール類を用いると、均一な結晶性ケイ
素膜が得られることがわかった。さらに、揮発性の高い
アセトンなどの有機溶剤の使用が考えられるが、そのよ
うな有機溶剤は概して上記の硝酸塩および酢酸塩に対し
ては不溶であると共に、安全性が低く、本発明に用いる
のは好ましくない。
In the method of spin-coating a solution containing a catalyst element on the surface of an amorphous silicon film, it is desirable to use a nitrate or acetate of a catalyst element as a solute of the solution containing the catalyst element. In experiments by the present inventors, crystallization was particularly efficiently performed when these solutes were used when the same amount of catalyst element was used. In addition, these solutes do not contain any element that has a significant effect on the semiconductor other than the catalytic element. Further, it is desirable to use alcohols such as ethanol as a solvent of the solution containing the catalyst element. The spin coating method is essentially different from conventional spin coating such as photoresist coating, and is like an image in which a catalytic element is uniformly placed on an amorphous silicon surface. When the present inventors used water as a solvent, the drying unevenness was directly reflected in crystallization, and a uniform crystalline silicon film could not be obtained. Then, it was found that a uniform crystalline silicon film could be obtained by using an alcohol such as ethanol as a more volatile solvent. Further, the use of an organic solvent such as acetone having high volatility is conceivable, but such an organic solvent is generally insoluble in the above-mentioned nitrates and acetates, has low safety, and is used in the present invention. Is not preferred.

【0061】触媒元素の導入工程は、非晶質ケイ素膜へ
の触媒元素の導入量を結晶化に最適な値に制御して行う
必要があるが、それはごく微量であり、管理するのが非
常に困難である。この管理法としては、非晶質ケイ素膜
の最表面に触媒元素を導入した後、全反射蛍光X線分光
測定により非晶質ケイ素膜表面における面密度を測定す
る方法が特に有効である。全反射蛍光X線分光測定で
は、本発明にて利用される触媒元素種全てにおいて、面
密度としての測定限界が1011atoms/cm2以上
であり、本発明において正確な、そして十分な導入量の
管理が行える。
It is necessary to control the amount of the catalyst element introduced into the amorphous silicon film to an optimum value for crystallization in the step of introducing the catalyst element. However, the amount is very small and is very difficult to control. Difficult. As this control method, a method of introducing a catalytic element to the outermost surface of the amorphous silicon film and then measuring the surface density on the surface of the amorphous silicon film by total reflection X-ray fluorescence spectrometry is particularly effective. In the total reflection X-ray fluorescence spectrometry, the measurement limit as the areal density is 10 11 atoms / cm 2 or more for all the catalytic element species used in the present invention, and the accurate and sufficient introduction amount in the present invention is obtained. Can be managed.

【0062】上記工程にて管理される触媒元素の非晶質
ケイ素膜表面の面密度は、1012〜1014atoms/
cm2であることが望ましい。すなわち、1012ato
ms/cm2以下では、絶対的な触媒元素量の不足によ
り十分な結晶化が行われず、反対に1014atoms/
cm2以上では、結晶化した際に上述したような触媒元
素の析出や、プロセス上のエッチングダメージが顕著に
なる。
The areal density of the surface of the amorphous silicon film of the catalytic element, which is controlled in the above steps, is 10 12 to 10 14 atoms / s
cm 2 is desirable. That is, 10 12 ato
If the amount is less than ms / cm 2 , sufficient crystallization is not performed due to the shortage of the absolute amount of the catalyst element, and conversely, 10 14 atoms / cm 2
If it is more than 2 cm 2 , the above-mentioned precipitation of the catalytic element upon crystallization and etching damage in the process become remarkable.

【0063】本発明において、触媒元素を導入し結晶化
される非晶質ケイ素膜の厚さとしては、25〜50nm
の範囲内であることが望ましい。上述したように、チャ
ネル領域を構成する結晶性ケイ素膜の柱状結晶の幅は、
ストレスにより決定されており、膜厚を80nmより薄
膜化することで横方向へ拡がろうとする。本発明者らが
実験した結果、膜厚50nm以下の時に上記柱状結晶の
幅が150nm以上となる。しかし、さらに非晶質ケイ
素膜を薄膜化し、その膜厚が25nm以下となった場合
には、触媒元素の導入量をたとえ増やしても、十分な結
晶化が起こらなかった。
In the present invention, the thickness of the amorphous silicon film to be crystallized by introducing a catalyst element is 25 to 50 nm.
Is preferably within the range. As described above, the width of the columnar crystal of the crystalline silicon film forming the channel region is
It is determined by stress, and attempts to spread in the horizontal direction by reducing the film thickness from 80 nm. As a result of experiments conducted by the present inventors, when the film thickness is 50 nm or less, the width of the columnar crystal becomes 150 nm or more. However, when the amorphous silicon film was further reduced in thickness to a thickness of 25 nm or less, sufficient crystallization did not occur even if the introduction amount of the catalytic element was increased.

【0064】本発明における上記第2及び第3の製造方
法においては、チャネル領域中央部に加えて、ソース領
域あるいはドレイン領域の一部のソース電極あるいはド
レイン電極と接するコンタクト領域を、第1の結晶性ケ
イ素膜および第2の結晶性ケイ素膜の積層構造により形
成することがさらに望ましい。上記コンタクト領域は、
上層の膜に対してコンタクトホールを開口する際、同時
にエッチングにさらされる。すなわち、上記コンタクト
領域は、エッチング工程でのオーバーエッチングによ
り、薄膜化される可能性が大きく、最悪の場合にはケイ
素膜が無くなることも考えられる。したがって、少しで
もこの領域の膜厚を厚く構成することは、プロセス全体
の安定化につながり、良品率の向上が期待できる。
In the second and third manufacturing methods of the present invention, in addition to the central portion of the channel region, the contact region in contact with a part of the source or drain electrode of the source or drain region is formed by the first crystal. More preferably, it is formed by a laminated structure of a crystalline silicon film and a second crystalline silicon film. The contact area is
When a contact hole is opened in the upper layer film, it is simultaneously exposed to etching. That is, the contact region is likely to be thinned due to over-etching in the etching step, and in the worst case, the silicon film may disappear. Therefore, configuring the film thickness in this region to be as thick as possible leads to the stabilization of the whole process, and an improvement in the yield rate can be expected.

【0065】また、本発明に利用できる触媒元素の種類
としては、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、A
u、In、Sn、Al、Sbを利用することができる。
これらから選ばれた一種または複数種類の元素であれ
ば、微量で結晶化助長の効果がある。
The types of catalyst elements that can be used in the present invention include Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, and A.
u, In, Sn, Al, and Sb can be used.
One or a plurality of elements selected from these elements have a slight effect on crystallization.

【0066】それらの中でも、特にNiを用いた場合に
最も顕著な効果を得ることができる。この理由について
は、未だよくわかっていないが、一応次のようなモデル
が考えられる。触媒元素は単独では作用せず、ケイ素膜
と結合しシリサイド化することで結晶成長に作用する。
そのときの結晶構造が、非晶質ケイ素膜の結晶化時に一
種の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促
すといったモデルである。Niは2つのSiとNiSi
2のシリサイドを形成する。NiSi2は螢石型の結晶構
造を示し、その結晶構造は、単結晶ケイ素のダイヤモン
ド構造と非常に類似したものである。しかも、NiSi
2はその格子定数が5.406Åであり、結晶シリコン
のダイヤモンド構造での格子定数5.430Åに非常に
近い値をもつ。よって、NiSi2は、非晶質ケイ素膜
を結晶化させるための鋳型としては最高のものであり、
本発明における触媒元素としては、特にNiを用いるの
が最も望ましい。
Among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used. The reason for this has not been fully understood, but the following model is conceivable. The catalyst element does not act alone, but acts on crystal growth by bonding to the silicon film to form silicide.
The model is such that the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni is two Si and NiSi
Form a silicide of 2 . NiSi 2 exhibits a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi
2 has a lattice constant of 5.406 °, which is very close to the lattice constant of 5.430 ° in the diamond structure of crystalline silicon. Therefore, NiSi 2 is the best template for crystallizing an amorphous silicon film,
As the catalyst element in the present invention, it is particularly desirable to use Ni in particular.

【0067】上記工程にて管理される触媒元素の非晶質
ケイ素膜表面の面密度は、1012〜1014atoms/
cm2であることが望ましい。すなわち、1012ato
ms/cm2以下では、絶対的な触媒元素量の不足によ
り十分な結晶化が行われず、反対に1014atoms/
cm2以上では、結晶化した際に上述したような触媒元
素の析出や、プロセス上のエッチングダメージが顕著に
なる。
The areal density of the surface of the amorphous silicon film of the catalytic element controlled in the above process is 10 12 to 10 14 atoms / cm 2.
cm 2 is desirable. That is, 10 12 ato
If the amount is less than ms / cm 2 , sufficient crystallization is not performed due to the shortage of the absolute amount of the catalyst element, and conversely, 10 14 atoms / cm 2
If it is more than 2 cm 2 , the above-mentioned precipitation of the catalytic element upon crystallization and etching damage in the process become remarkable.

【0068】本発明において、触媒元素を導入し結晶化
される非晶質ケイ素膜の厚さとしては、25〜50nm
の範囲内であることが望ましい。上述したように、チャ
ネル領域を構成する結晶性ケイ素膜の柱状結晶の幅は、
ストレスにより決定されており、膜厚を80nmより薄
膜化することで横方向へ拡がろうとする。本発明者らが
実験した結果、膜厚50nm以下の時に上記柱状結晶の
幅が150nm以上となる。しかし、さらに非晶質ケイ
素膜を薄膜化し、その膜厚が25nm以下となった場合
には、触媒元素の導入量をたとえ増やしても、十分な結
晶化が起こらなかった。
In the present invention, the thickness of the amorphous silicon film to be crystallized by introducing a catalytic element is 25 to 50 nm.
Is preferably within the range. As described above, the width of the columnar crystal of the crystalline silicon film forming the channel region is
It is determined by stress, and attempts to spread in the horizontal direction by reducing the film thickness from 80 nm. As a result of experiments conducted by the present inventors, when the film thickness is 50 nm or less, the width of the columnar crystal becomes 150 nm or more. However, when the amorphous silicon film was further reduced in thickness to a thickness of 25 nm or less, sufficient crystallization did not occur even if the introduction amount of the catalytic element was increased.

【0069】本発明における上記第2及び第3の製造方
法においては、チャネル領域中央部に加えて、ソース領
域あるいはドレイン領域の一部のソース電極あるいはド
レイン電極と接するコンタクト領域を、第1の結晶性ケ
イ素膜および第2の結晶性ケイ素膜の積層構造により形
成することがさらに望ましい。上記コンタクト領域は、
上層の膜に対してコンタクトホールを開口する際、同時
にエッチングにさらされる。すなわち、上記コンタクト
領域は、エッチング工程でのオーバーエッチングによ
り、薄膜化される可能性が大きく、最悪の場合にはケイ
素膜が無くなることも考えられる。したがって、少しで
もこの領域の膜厚を厚く構成することは、プロセス全体
の安定化につながり、良品率の向上が期待できる。
In the second and third manufacturing methods according to the present invention, in addition to the central portion of the channel region, the contact region in contact with a part of the source or drain electrode of the source or drain region is formed by the first crystal. More preferably, it is formed by a laminated structure of a crystalline silicon film and a second crystalline silicon film. The contact area is
When a contact hole is opened in the upper layer film, it is simultaneously exposed to etching. That is, the contact region is likely to be thinned due to over-etching in the etching step, and in the worst case, the silicon film may disappear. Therefore, configuring the film thickness in this region to be as thick as possible leads to the stabilization of the whole process, and an improvement in the yield rate can be expected.

【0070】また、本発明に利用できる触媒元素の種類
としては、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、A
u、In、Sn、Al、Sbを利用することができる。
これらから選ばれた一種または複数種類の元素であれ
ば、微量で結晶化助長の効果がある。
The types of catalyst elements that can be used in the present invention include Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, and A.
u, In, Sn, Al, and Sb can be used.
One or a plurality of elements selected from these elements have a slight effect on crystallization.

【0071】それらの中でも、特にNiを用いた場合に
最も顕著な効果を得ることができる。この理由について
は、未だよくわかっていないが、一応次のようなモデル
が考えられる。触媒元素は単独では作用せず、ケイ素膜
と結合しシリサイド化することで結晶成長に作用する。
そのときの結晶構造が、非晶質ケイ素膜の結晶化時に一
種の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促
すといったモデルである。Niは2つのSiとNiSi
2のシリサイドを形成する。NiSi2は螢石型の結晶構
造を示し、その結晶構造は、単結晶ケイ素のダイヤモン
ド構造と非常に類似したものである。しかも、NiSi
2はその格子定数が5.406Åであり、結晶シリコン
のダイヤモンド構造での格子定数5.430Åに非常に
近い値をもつ。よって、NiSi2は、非晶質ケイ素膜
を結晶化させるための鋳型としては最高のものであり、
本発明における触媒元素としては、特にNiを用いるの
が最も望ましい。
Among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used. The reason for this has not been fully understood, but the following model is conceivable. The catalyst element does not act alone, but acts on crystal growth by bonding to the silicon film to form silicide.
The model is such that the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni is two Si and NiSi
Form a silicide of 2 . NiSi 2 exhibits a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi
2 has a lattice constant of 5.406 °, which is very close to the lattice constant of 5.430 ° in the diamond structure of crystalline silicon. Therefore, NiSi 2 is the best template for crystallizing an amorphous silicon film,
As the catalyst element in the present invention, it is particularly desirable to use Ni in particular.

【0072】[0072]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例1〕本発明を用いた第1の実施例について説明
する。本実施例では、ガラス基板上にN型TFTを作製
する際の工程において、本発明を利用した場合について
の説明を行う。本実施例のTFTは、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の画素部分は勿論、ドライバー回
路や同一基板上にCPUを構成する素子としても用いる
ことができる。なお、TFTの応用範囲としては、液晶
表示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路に
利用できることは言うまでもない。
[Embodiment 1] A first embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a case where the present invention is used in a process of manufacturing an N-type TFT on a glass substrate will be described. The TFT of this embodiment can be used not only as a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as a driver circuit or an element constituting a CPU on the same substrate. It goes without saying that TFTs can be applied not only to liquid crystal display devices but also to thin film integrated circuits that are generally called.

【0073】以下において、図1は、本実施例で説明す
るTFTの作製工程の概要を示す平面図である。図2
は、図1のA−A'線の断面図を示し、(A)→(F)
の順にしたがって作製工程が順次進行する。
FIG. 1 is a plan view showing an outline of a TFT manufacturing process described in this embodiment. FIG.
1 shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and (A) → (F)
, The manufacturing process proceeds sequentially.

【0074】まず、図2(A)に示すように、ガラス基
板101上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜102を形成す
る。この酸化ケイ素膜は、ガラス基板からの不純物の拡
散を防ぐために設けられる。次に減圧CVD法あるいは
プラズマCVD法によって、厚さ25〜50nm、例え
ば50nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si
膜)103を成膜する。
First, as shown in FIG. 2A, a thickness of 30 mm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method.
A base film 102 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si) having a thickness of 25 to 50 nm, for example, 50 nm is formed by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
A film 103 is formed.

【0075】次に、a−Si膜103上に酸化ケイ素膜
または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆積し、パターニ
ングすることでマスク膜104を設ける。ここで、図2
(A)のように、このマスク膜104のスルーホールを
介して、領域100でスリット状にa−Si膜103が
露呈される。即ち、図2(A)の状態を上面から見る
と、図1のようにa−Si膜103が領域100におい
てスリット状に露呈しており、他の部分はマスクされて
いる状態となっている。なお図1において、115がソ
ース領域、116がドレイン領域、114がチャネル領
域を示す。
Next, an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the a-Si film 103 and patterned to provide a mask film 104. Here, FIG.
As shown in (A), the a-Si film 103 is exposed in a slit shape in the region 100 through the through hole of the mask film 104. That is, when the state of FIG. 2A is viewed from above, the a-Si film 103 is exposed in a slit shape in the region 100 as shown in FIG. 1, and the other portions are in a masked state. . In FIG. 1, reference numeral 115 denotes a source region, 116 denotes a drain region, and 114 denotes a channel region.

【0076】上記マスク膜104を設けた後、a−Si
膜103表面が露呈している領域100に触媒元素膜1
05を形成するためニッケルを溶かせた水溶液が接する
ように基板を保持する。本実施例では、溶質としては硝
酸ニッケル、溶媒としてエチルアルコールを用い、水溶
液中のニッケル濃度は10ppmとなるようにした。そ
の後、スピナーにより水溶液を基板上に均一に延ばし乾
燥させる。この工程により領域100で露呈している部
分のa−Si膜103に選択的にニッケルが導入された
ことになる。このときの基板表面におけるニッケルの面
密度は、全反射蛍光X線分光不純物分析を行った結果、
平均して1013atoms/cm2程度であった。そし
て、これを不活性雰囲気下、例えば加熱温度550℃で
2時間アニールして結晶化させる。
After providing the mask film 104, a-Si
In the region 100 where the surface of the film 103 is exposed, the catalyst element film 1
The substrate is held in contact with an aqueous solution in which nickel is dissolved to form 05. In this example, nickel nitrate was used as the solute and ethyl alcohol was used as the solvent, and the nickel concentration in the aqueous solution was adjusted to 10 ppm. Thereafter, the aqueous solution is uniformly spread on the substrate by a spinner and dried. By this step, nickel is selectively introduced into the portion of the a-Si film 103 exposed in the region 100. The surface density of nickel on the substrate surface at this time was determined by total reflection X-ray fluorescence impurity analysis.
The average was about 10 13 atoms / cm 2 . Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 2 hours to be crystallized.

【0077】上記アニール工程により、領域100にお
いて露呈している領域のa−Si膜103のみが結晶化
され、結晶性ケイ素領域103aとなり、それ以外のマ
スク膜104で覆われた領域は、a−Si領域103d
として残る。本実施例においては、さらに上記アニール
工程を継続した場合、ニッケルが結晶性ケイ素領域10
3aより横方向に拡散してしまうため、上記アニール時
間の制御が非常に重要となる。このようにして得られた
結晶性ケイ素領域103a中のニッケル濃度は、2次イ
オン質量分析法(SIMS)で確認した結果、2×10
18atoms/cm3程度であった。また、結晶性ケイ
素領域103aは柱状結晶のネットワーク構造により構
成されており、このときの個々の柱状結晶の幅は150
〜200nmであった。そして、マスク膜104を除去
して、図2(B)を得る。
By the annealing step, only the a-Si film 103 in the region exposed in the region 100 is crystallized to become a crystalline silicon region 103a, and the other regions covered with the mask film 104 are a-Si films. Si region 103d
Remains as. In the present embodiment, when the above annealing step is further continued, nickel becomes crystalline silicon region 10.
Since it diffuses in the lateral direction from 3a, control of the annealing time is very important. The nickel concentration in the crystalline silicon region 103a obtained as described above was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and as a result, 2 × 10
It was about 18 atoms / cm 3 . The crystalline silicon region 103a is formed of a columnar crystal network structure, and the width of each columnar crystal at this time is 150 nm.
200200 nm. Then, the mask film 104 is removed to obtain FIG.

【0078】次に、図2(C)に示すように、レーザー
光108を照射することで、a−Si領域103dを結
晶化すると共に、ニッケル導入された結晶性ケイ素領域
103aの結晶性を助長する。このときのレーザー光1
08としては、XeClエキシマレーザー(波長308
nm、パルス幅40nsec)を用いた。レーザー光の
照射条件は、照射時に基板を200〜450℃、例えば
400℃に加熱し、エネルギー密度200〜350mJ
/cm2、例えば250mJ/cm2で照射した。この工
程により、a−Si領域103dは結晶性ケイ素膜10
3cに、ニッケル導入された結晶性ケイ素領域103a
は、より結晶性が良好な結晶性ケイ素膜103a'とな
る。結晶性ケイ素膜103c中のニッケル濃度は、測定
限界値以下であり、このレーザー照射工程による結晶性
ケイ素領域103aからのニッケルの拡散は、ほとんど
無い。
Next, as shown in FIG. 2C, by irradiating a laser beam 108, the a-Si region 103d is crystallized and the crystallinity of the crystalline silicon region 103a introduced with nickel is promoted. I do. Laser light 1 at this time
08 is a XeCl excimer laser (wavelength 308).
nm, and a pulse width of 40 nsec). The irradiation condition of the laser beam is such that the substrate is heated to 200 to 450 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation, and the energy density is 200 to 350 mJ.
/ Cm 2 , for example, at 250 mJ / cm 2 . By this step, the a-Si region 103d becomes the crystalline silicon film 10d.
3c, nickel-introduced crystalline silicon region 103a
Becomes a crystalline silicon film 103a 'having better crystallinity. The nickel concentration in the crystalline silicon film 103c is equal to or lower than the measurement limit, and there is almost no diffusion of nickel from the crystalline silicon region 103a by this laser irradiation step.

【0079】そして、図2(D)に示すように、不要な
部分のa−Si膜103を除去して素子間分離を行い、
後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域、チャネ
ル領域)109となる島状の結晶性ケイ素膜を形成す
る。したがって、TFTの活性領域109は、触媒元素
による結晶性ケイ素膜103a'とレーザー照射による
結晶性ケイ素膜103cの2種の結晶性ケイ素膜により
構成される。この状態を基板上方より見ると、図1のよ
うな状態となっている。すなわち、TFTの活性領域1
09において、チャネル領域114の中央部、すなわち
大部分のチャネル領域は触媒元素による結晶性ケイ素膜
103a'で構成され、チャネル領域114とソース領
域115あるいはドレイン領域116の接合部は、レー
ザー照射のみによる結晶性ケイ素膜103cで構成され
る。
Then, as shown in FIG. 2D, unnecessary portions of the a-Si film 103 are removed to perform element isolation.
Thereafter, an island-shaped crystalline silicon film to be an active region (source / drain region, channel region) 109 of the TFT is formed. Therefore, the active region 109 of the TFT is composed of two types of crystalline silicon films, that is, the crystalline silicon film 103a ′ formed by a catalytic element and the crystalline silicon film 103c formed by laser irradiation. When this state is viewed from above the substrate, it is as shown in FIG. That is, the active region 1 of the TFT
In 09, the central part of the channel region 114, that is, most of the channel region is composed of the crystalline silicon film 103a 'made of a catalytic element, and the junction between the channel region 114 and the source region 115 or the drain region 116 is formed only by laser irradiation. It is composed of a crystalline silicon film 103c.

【0080】次に、上記活性領域109となる結晶性ケ
イ素膜を覆うように厚さ20〜150nm、ここでは1
00nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜110として成
膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここではTEOS
(Tetra EthoxyOrtho Silica
te)を原料とし、酸素とともに基板温度150〜60
0℃、好ましくは300〜450℃で、RFプラズマC
VD法で分解・堆積した。あるいはTEOSを原料とし
てオゾンガスとともに減圧CVD法もしくは常圧CVD
法によって、基板温度を350〜600℃、好ましくは
400〜550℃として形成してもよい。
Next, a thickness of 20 to 150 nm, in this case 1 to cover the crystalline silicon film to be the active region 109.
A 00 nm silicon oxide film is formed as the gate insulating film 110. Here, TEOS is used for forming the silicon oxide film.
(Tetra Ethoxy Ortho Silica
te) as a raw material and a substrate temperature of 150 to 60 together with oxygen.
RF plasma C at 0 ° C., preferably 300-450 ° C.
Decomposed and deposited by VD method. Alternatively, low pressure CVD or normal pressure CVD using TEOS as a raw material together with ozone gas
Depending on the method, the substrate may be formed at a substrate temperature of 350 to 600C, preferably 400 to 550C.

【0081】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ300〜600nm、例えば400nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極111を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層112を形成する。この状態を図1(E)に示す。陽
極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコー
ル溶液中で行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上
げ、その状態で1時間保持して終了させる。得られた酸
化物層112の厚さは200nmである。なお、この酸
化物層112は、後のイオンドーピング工程において、
オフセットゲート領域を形成する厚さとなるので、オフ
セットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めるこ
とができる。
Subsequently, by a sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 300 to 600 nm, for example, 400 nm is formed. Then, the gate electrode 111 is formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 112 on the surface. This state is shown in FIG. The anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%, and the voltage is first increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the process. The thickness of the obtained oxide layer 112 is 200 nm. Note that this oxide layer 112 is used in a later ion doping step.
Since the thickness is such that the offset gate region is formed, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation step.

【0082】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極111とその周囲の酸化物層112をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1×10
15〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とす
る。この工程により、不純物が注入された領域は後にT
FTのソース領域115とドレイン領域116となり、
ゲート電極111およびその周囲の酸化物層112にマ
スクされ不純物が注入されない領域は、後にTFTのチ
ャネル領域114となる。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 111 and the oxide layer 112 around the gate electrode 111 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose is 1 × 10 4
15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . By this step, the region into which the impurities are implanted becomes
FT source region 115 and drain region 116,
A region which is masked by the gate electrode 111 and the surrounding oxide layer 112 and into which impurities are not implanted will later become a channel region 114 of the TFT.

【0083】その後、図1(E)に示すように、レーザ
ー光113の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入
工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。こ
の際、使用するレーザーとしてはXeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を用
い、エネルギー密度150〜400mJ/cm2、好ま
しくは200〜250mJ/cm2で照射を行った。こ
うして形成されたN型不純物(リン)が注入されたソー
ス領域115、ドレイン領域116のシート抵抗は、2
00〜800Ω/□であった。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (E), annealing is performed by irradiation with a laser beam 113 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, to the portions where the crystallinity has deteriorated in the above-described impurity introducing step. Improves crystallinity. In this case, the laser used with an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec), the energy density of 150~400mJ / cm 2, preferably irradiation was performed at 200~250mJ / cm 2. The sheet resistance of the source region 115 and the drain region 116 into which the N-type impurity (phosphorus) thus formed is implanted is 2
It was 00 to 800 Ω / □.

【0084】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜117として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオ
ゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって形
成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得ら
れる。また、SiH4とNH3を原料ガスとしてプラズマ
CVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領
域/ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、TFT特
性を劣化させる不対結合手を低減する効果がある。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 117. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and formed by plasma CVD with oxygen, reduced pressure CVD with ozone, or normal pressure CVD, good interlayer insulation with excellent step coverage can be obtained. A film is obtained. In addition, when a silicon nitride film formed by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as a source gas is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, and the dangling bond that deteriorates TFT characteristics is supplied. Has the effect of reducing

【0085】次に、層間絶縁膜117にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミ
ニウムの二層膜によってTFTの電極・配線118、1
19を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導
体層に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設け
られる。そして最後に、1気圧の水素雰囲気で350
℃、1時間程度のアニールを行い、図1(F)に示すT
FTを完成させる。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 117, and a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 118, 1
19 is formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
C. for about one hour, and the T
Complete FT.

【0086】以上のようにして作製されたTFTを、画
素電極をスイッチングする素子として用いる場合には電
極・配線118または119をITOなど透明導電膜か
らなる画素電極に接続し、もう一方の電極より信号を入
力する。また、本発明による上記TFTを薄膜集積回路
に用いる場合には、ゲート電極111上にもコンタクト
ホールを形成し、必要とする配線を施す。
When the TFT manufactured as described above is used as an element for switching the pixel electrode, the electrode / wiring 118 or 119 is connected to the pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO, and the other electrode is connected. Input the signal. When the TFT according to the present invention is used for a thin film integrated circuit, a contact hole is also formed on the gate electrode 111 and a necessary wiring is provided.

【0087】以上の通り作製したN型TFTは、電界効
果移動度μFEが100〜150cm2/Vs、しきい値
電圧VTHが2〜3V、サブスレッシュ領域での立ち上が
り係数(S係数)が0.3V/桁程度と、非常に良好な
オン特性を示す。さらに、触媒元素が特に問題となるT
FTオフ領域でのリーク電流においても、Vds=14
V、Vg=5V時において、従来の10〜15pAに比
べ数pA程度にまで大きく低減できた。
The N-type TFT manufactured as described above has a field effect mobility μ FE of 100 to 150 cm 2 / Vs, a threshold voltage V TH of 2 to 3 V, and a rise coefficient (S coefficient) in a sub-threshold region. Very good ON characteristics of about 0.3 V / digit. In addition, T is particularly problematic for catalytic elements.
In the leakage current in the FT off region, Vds = 14
At V and Vg = 5 V, the voltage was greatly reduced to several pA as compared with the conventional 10 to 15 pA.

【0088】〔実施例2〕本発明を用いた第2の実施例
について説明する。本実施例でも、第1実施例と同様、
ガラス基板上にN型TFTを作製する際の工程におい
て、本発明を利用した場合についての説明を行う。
[Embodiment 2] A second embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, as in the first embodiment,
A description will be given of a case where the present invention is used in a process of manufacturing an N-type TFT on a glass substrate.

【0089】以下において、図3は、本実施例で説明す
るTFTの作製工程の概要を示す平面図である。図4
は、図3のB−B'線の断面図を示し、(A)→(F)
の順にしたがって作製工程が順次進行する。
FIG. 3 is a plan view showing an outline of a TFT manufacturing process described in this embodiment. FIG.
Shows a cross-sectional view taken along the line BB 'in FIG. 3, and (A) → (F)
, The manufacturing process proceeds sequentially.

【0090】まず、図4(A)に示すように、ガラス基
板201上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜202を形成す
る。この酸化ケイ素膜は、ガラス基板からの不純物の拡
散を防ぐために設けられる。次に減圧CVD法あるいは
プラズマCVD法によって、厚さ25〜50nm、例え
ば30nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si
膜)203を成膜する。
First, as shown in FIG. 4A, a glass substrate 201 having a thickness of 30
A base film 202 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si) having a thickness of 25 to 50 nm, for example, 30 nm is formed by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
A film 203 is formed.

【0091】さらにa−Si膜203表面に触媒元素膜
205を形成するため、ニッケルを溶かせた水溶液が接
するようにガカラス基板201を保持する。本実施例で
は、溶質としては硝酸ニッケル、溶媒としてエチルアル
コールを用い、水溶液中のニッケル濃度は3ppmとな
るようにした。その後、スピナーにより水溶液を基板上
に均一に延ばし乾燥させる。このときの基板表面におけ
るニッケルの面密度は、全反射蛍光X線分光不純物分析
を行った結果、平均して5×1012atoms/cm2
程度であった。そして、これを不活性雰囲気下、例えば
加熱温度550℃で4時間程度アニールして結晶化させ
る。
Further, in order to form the catalyst element film 205 on the surface of the a-Si film 203, the gakaras substrate 201 is held so as to be in contact with an aqueous solution in which nickel is dissolved. In this example, nickel nitrate was used as the solute and ethyl alcohol was used as the solvent, and the nickel concentration in the aqueous solution was adjusted to 3 ppm. Thereafter, the aqueous solution is uniformly spread on the substrate by a spinner and dried. At this time, the surface density of nickel on the substrate surface was determined to be 5 × 10 12 atoms / cm 2 on average as a result of total reflection X-ray fluorescence impurity analysis.
It was about. Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for about 4 hours to be crystallized.

【0092】上記アニール工程により、a−Si膜20
3が結晶化され、結晶性ケイ素領域203aとなる。本
実施例においては、第1実施例のように厳密な上記アニ
ール時間制御が必要でなく、結晶化が十分に行われる時
間以上にアニール時間を延長しても問題は生じない。こ
のようにして得られた結晶性ケイ素領域203a中のニ
ッケル濃度は、2次イオン質量分析法(SIMS)で確
認した結果、2×1018atoms/cm3程度であっ
た。また、この結晶性ケイ素領域203aは、柱状結晶
のネットワークにより構成されており、このときの個々
の柱状結晶の幅は200〜300nmであった。そし
て、図4(B)に示すように、ソース領域あるいはドレ
イン領域とチャネル領域との接合領域近傍を除き、活性
領域を島状に該結晶性ケイ素領域203aをパターニン
グする。
By the above annealing step, the a-Si film 20 is formed.
3 is crystallized to form a crystalline silicon region 203a. In the present embodiment, the strict control of the annealing time is not necessary as in the first embodiment, and there is no problem even if the annealing time is extended beyond the time for sufficiently performing crystallization. The nickel concentration in the crystalline silicon region 203a obtained in this way was confirmed by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and was about 2 × 10 18 atoms / cm 3 . The crystalline silicon region 203a was constituted by a columnar crystal network, and the width of each columnar crystal at this time was 200 to 300 nm. Then, as shown in FIG. 4B, the crystalline silicon region 203a is patterned in an active region island shape except for the vicinity of the junction region between the source region or the drain region and the channel region.

【0093】次に図4(C)に示すように、上記島状に
パターニングされた結晶性ケイ素領域203aを覆うよ
うに、第2のケイ素膜(a−Si膜)207を形成す
る。第2のa−Si膜207は、SiH4を原料ガスと
したプラズマCVD法により、厚さ30nmとして形成
した。そして、さらに図4(C)に示すように、レーザ
ー光208を照射することで、第2のa−Si膜207
を結晶化する。このときのレーザー光208としては、
XeClエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅
40nsec)を用いた。レーザー光の照射条件は、照
射時に基板を200〜450℃、例えば400℃に加熱
し、エネルギー密度200〜350mJ/cm2、例え
ば250mJ/cm2で照射した。この工程により、第
2のa−Si膜207は結晶性ケイ素膜207cとな
る。特に、島状の結晶性ケイ素領域203a上の第2の
a−Si膜207においては、下層の結晶性ケイ素領域
203aの良好な結晶性を反映して結晶化が進み、融合
化してその界面境界がほぼ消滅する。その結果、島状の
結晶性ケイ素領域203aは全体として、さらに結晶性
が良好な結晶性ケイ素膜203a'となる。また、結晶
性ケイ素膜207c中のニッケル濃度は、測定限界値以
下であり、上記レーザー照射工程による結晶性ケイ素領
域203aからのニッケルの拡散は、ほとんど無い。
Next, as shown in FIG. 4C, a second silicon film (a-Si film) 207 is formed so as to cover the crystalline silicon region 203a patterned in an island shape. The second a-Si film 207 was formed with a thickness of 30 nm by a plasma CVD method using SiH 4 as a source gas. Then, as shown in FIG. 4C, the second a-Si film 207 is irradiated with a laser beam 208.
Is crystallized. At this time, the laser beam 208 includes
A XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used. The irradiation condition of the laser beam was such that the substrate was heated to 200 to 450 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation, and was irradiated at an energy density of 200 to 350 mJ / cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 . By this step, the second a-Si film 207 becomes the crystalline silicon film 207c. In particular, in the second a-Si film 207 on the island-shaped crystalline silicon region 203a, crystallization proceeds, reflecting good crystallinity of the lower-layer crystalline silicon region 203a, and is fused to form an interface boundary. Almost disappears. As a result, the crystalline silicon region 203a in the form of an island becomes a crystalline silicon film 203a ′ having better crystallinity as a whole. Further, the nickel concentration in the crystalline silicon film 207c is equal to or less than the measurement limit value, and there is almost no diffusion of nickel from the crystalline silicon region 203a due to the laser irradiation step.

【0094】そして、図4(D)に示すように、不要な
部分の結晶性ケイ素膜207cを除去して素子間分離を
行い、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域、
チャネル領域)209となる島状の結晶性ケイ素膜を形
成する。したがって、TFTの活性領域209は、主に
触媒元素による結晶性ケイ素膜203a'とレーザー照
射のみによる結晶性ケイ素膜207cの2種の結晶性ケ
イ素膜により構成される。この状態を基板上方より見る
と、図3のような状態となっている。すなわち、TFT
の活性領域209において、チャネル領域214の中央
部、すなわち大部分のチャネル領域と、後に電極とのコ
ンタクト領域となる大部分のソース領域215とドレイ
ン領域216は、触媒元素による結晶性ケイ素膜203
a'で構成され、チャネル領域214とソース領域21
5あるいはドレイン領域216の接合部のみが、レーザ
ー照射のみによる結晶性ケイ素膜207cで構成され
る。
Then, as shown in FIG. 4D, an unnecessary portion of the crystalline silicon film 207c is removed to perform element isolation, and thereafter, an active region (source / drain region,
An island-shaped crystalline silicon film to be a channel region 209 is formed. Therefore, the active region 209 of the TFT is mainly composed of two types of crystalline silicon films, that is, the crystalline silicon film 203a ′ formed by the catalytic element and the crystalline silicon film 207c formed only by the laser irradiation. When this state is viewed from above the substrate, it is as shown in FIG. That is, TFT
In the active region 209, the central portion of the channel region 214, that is, the majority of the channel region, and the majority of the source region 215 and the drain region 216, which will be contact regions with the electrodes later, are formed by the crystalline silicon film 203 formed by the catalytic element.
a ′, the channel region 214 and the source region 21
5 or only the junction of the drain region 216 is formed of the crystalline silicon film 207c by laser irradiation alone.

【0095】次に、上記の活性領域209となる結晶性
ケイ素膜を覆うように厚さ20〜150nm、ここでは
100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜210として
成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここではTEOS
(Tetra EthoxyOrtho Silica
te)を原料とし、酸素とともに基板温度150〜60
0℃、好ましくは300〜450℃で、RFプラズマC
VD法で分解・堆積した。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed as the gate insulating film 210 so as to cover the crystalline silicon film to be the active region 209. Here, TEOS is used for forming the silicon oxide film.
(Tetra Ethoxy Ortho Silica
te) as a raw material and a substrate temperature of 150 to 60 together with oxygen.
RF plasma C at 0 ° C., preferably 300-450 ° C.
Decomposed and deposited by VD method.

【0096】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ300〜600nm、例えば400nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極211を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層212を形成する。この状態を図4(E)に示す。陽
極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコー
ル溶液中で行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上
げ、その状態で1時間保持して終了させる。得られた酸
化物層212の厚さは200nmである。なお、この酸
化物層212は、後のイオンドーピング工程において、
オフセットゲート領域を形成する厚さとなるので、オフ
セットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めるこ
とができる。
Subsequently, by a sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 300 to 600 nm, for example, 400 nm is formed. Then, the gate electrode 211 is formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 212 on the surface. This state is shown in FIG. The anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%, and the voltage is first increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the process. The thickness of the obtained oxide layer 212 is 200 nm. Note that this oxide layer 212 is formed in a later ion doping step.
Since the thickness is such that the offset gate region is formed, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation step.

【0097】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極211とその周囲の酸化物層212をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1×10
15〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とす
る。この工程により、不純物が注入された領域は後にT
FTのソース領域215とドレイン領域216となり、
ゲート電極211およびその周囲の酸化物層212にマ
スクされ不純物が注入されない領域は、後にTFTのチ
ャネル領域214となる。
Next, impurities (phosphorus) are implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 211 and the oxide layer 212 around the gate electrode 211 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose is 1 × 10 4
15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . By this step, the region into which the impurities are implanted becomes
FT source region 215 and drain region 216,
A region which is masked by the gate electrode 211 and its surrounding oxide layer 212 and into which impurities are not implanted will later become a channel region 214 of the TFT.

【0098】その後、図4(E)に示すように、レーザ
ー光213の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入
工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。こ
の際、使用するレーザーとしてはXeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を用
い、エネルギー密度150〜400mJ/cm2、好ま
しくは200〜250mJ/cm2で照射を行った。こ
うして形成されたN型不純物(リン)が注入されたソー
ス領域215、ドレイン領域216のシート抵抗は、2
00〜800Ω/□であった。
Thereafter, as shown in FIG. 4 (E), annealing is performed by irradiation with laser light 213 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, to remove the portions whose crystallinity has deteriorated in the above-described impurity introduction step. Improves crystallinity. In this case, the laser used with an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec), the energy density of 150~400mJ / cm 2, preferably irradiation was performed at 200~250mJ / cm 2. The sheet resistance of the source region 215 and the drain region 216 into which the N-type impurity (phosphorus) thus formed is implanted is 2
It was 00 to 800 Ω / □.

【0099】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜217として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオ
ゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって形
成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得ら
れる。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 217. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and formed by plasma CVD with oxygen, reduced pressure CVD with ozone, or normal pressure CVD, good interlayer insulation with excellent step coverage can be obtained. A film is obtained.

【0100】次に、層間絶縁膜217にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミ
ニウムの二層膜によってTFTの電極・配線218、2
19を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導
体層に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設け
られる。そして最後に、1気圧の水素雰囲気で350
℃、1時間程度のアニールを行い、図4(F)に示すT
FTを完成させる。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 217, and the electrode / wiring 218, 2
19 is formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
C., annealing for about 1 hour is performed, and T shown in FIG.
Complete FT.

【0101】以上のようにして作製されたTFTを、画
素電極をスイッチングする素子として用いる場合には電
極・配線218または219をITOなど透明導電膜か
らなる画素電極に接続し、もう一方の電極より信号を入
力する。また、本発明による上記TFTを薄膜集積回路
に用いる場合には、ゲート電極211上にもコンタクト
ホールを形成し、必要とする配線を施す。
When the TFT manufactured as described above is used as an element for switching the pixel electrode, the electrode / wiring 218 or 219 is connected to the pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO, and the other electrode is Input the signal. When the TFT according to the present invention is used for a thin film integrated circuit, a contact hole is also formed on the gate electrode 211 and a necessary wiring is provided.

【0102】以上の通り作製したN型TFTは、電界効
果移動度μFEが100〜150cm2/Vs、しきい値
電圧VTHが2〜3V、サブスレッシュ領域での立ち上が
り係数(S係数)が0.3V/桁程度と、非常に良好な
オン特性を示す。さらに、触媒元素が特に問題となるT
FTオフ領域でのリーク電流においても、Vds=14
V、Vg=5V時において、従来の10〜15pAに比
べ数pA程度にまで大きく低減できた。
The N-type TFT manufactured as described above has a field effect mobility μ FE of 100 to 150 cm 2 / Vs, a threshold voltage V TH of 2 to 3 V, and a rise coefficient (S coefficient) in a subthreshold region. Very good ON characteristics of about 0.3 V / digit. In addition, T is particularly problematic for catalytic elements.
In the leakage current in the FT off region, Vds = 14
At V and Vg = 5 V, the voltage was greatly reduced to several pA as compared with the conventional 10 to 15 pA.

【0103】〔実施例3〕本発明を用いた第3の実施例
について説明する。本実施例では、アクティブマトリク
ス型の液晶表示装置の周辺駆動回路や、一般の薄膜集積
回路を形成するN型TFTとP型TFTを相補型に構成
したCMOS構造の回路をガラス基板上に作製する工程
について、説明を行う。
[Embodiment 3] A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a circuit of a CMOS structure in which an N-type TFT and a P-type TFT forming a general thin film integrated circuit are formed in a complementary manner on a glass substrate. The steps will be described.

【0104】図5は、本実施例で説明するTFTの作製
工程の概要を示す平面図である。図6は、図5のC−
C'線の断面図を示し、(A)→(F)の順にしたがっ
て工程が順次進行する。以下、本実施例の作製工程につ
いての説明を行う。
FIG. 5 is a plan view showing an outline of a manufacturing process of the TFT described in this embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG.
A cross-sectional view taken along the line C ′ is shown, and the process sequentially proceeds in the order of (A) → (F). Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0105】まず、図6(A)に示すように、ガラス基
板301上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜302を形成す
る。次にプラズマCVD法あるいは減圧CVD法によっ
て、厚さ25〜50nm、例えば30nmの真性(I
型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)303を成膜す
る。
First, as shown in FIG. 6A, a glass substrate 301 having a thickness of 30
A base film 302 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. Next, by plasma CVD or low pressure CVD, the intrinsic (I
) Amorphous silicon film (a-Si film) 303 is formed.

【0106】次に、a−Si膜303上に感光性樹脂
(フォトレジスト)を塗布し、露光・現像してマスク膜
304とする。フォトレジストのマスク膜304のスル
ーホールにより、領域300においてスリット状にa−
Si膜303が露呈される。即ち、図6(A)の状態を
上面から見ると、図5のように領域300でa−Si膜
303が露呈しており、他の部分はフォトレジストのマ
スク膜304によりマスクされている状態となってい
る。
Next, a photosensitive resin (photoresist) is applied on the a-Si film 303, and is exposed and developed to form a mask film 304. Due to the through holes in the photoresist mask film 304, a-
The Si film 303 is exposed. That is, when the state of FIG. 6A is viewed from above, the a-Si film 303 is exposed in the region 300 as shown in FIG. 5, and the other portions are masked by the photoresist mask film 304. It has become.

【0107】上記マスク膜304を設けた後、図6
(A)に示すように、触媒元素膜305を形成するた
め、ニッケルを薄膜蒸着する。本実施例では、蒸着ソー
スと基板間の距離を通常より大きくして、蒸着レートを
低下させることで、ニッケル膜の厚さが1nm程度とな
るように制御した。このときの基板上におけるニッケル
の面密度を実際に測定すると、4×1013atoms/
cm2程度であった。そして、図6(B)に示すよう
に、フォトレジストのマスク膜304を除去すること
で、マスク膜304上の触媒元素膜305がリフトオフ
され、領域300で示すa−Si膜303においての
み、選択的に触媒元素膜305、即ちニッケルの微量導
入が行われたことになる。そして、これを不活性雰囲気
下、例えば加熱温度550℃で8時間アニールして結晶
化させる。
After providing the mask film 304, FIG.
As shown in FIG. 3A, a thin film of nickel is deposited to form a catalyst element film 305. In this example, the distance between the deposition source and the substrate was made larger than usual, and the deposition rate was reduced, so that the thickness of the nickel film was controlled to be about 1 nm. When the areal density of nickel on the substrate at this time was actually measured, it was 4 × 10 13 atoms /
cm 2 . Then, as shown in FIG. 6B, by removing the photoresist mask film 304, the catalyst element film 305 on the mask film 304 is lifted off, and only the a-Si film 303 indicated by the region 300 is selected. This means that the catalytic element film 305, that is, a very small amount of nickel was introduced. Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 8 hours to be crystallized.

【0108】この際、領域300においては、a−Si
膜303の表面に添加されたニッケルを核として基板3
01に対して垂直方向にケイ素膜の結晶化が起こり、結
晶性ケイ素膜303aが形成される。そして、領域30
0の周辺領域では、図5および図6(B)において、結
晶成長方向を矢印306で示すように、領域300から
横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行われ、横方
向結晶成長した結晶性ケイ素膜303bが形成される。
それ以外のa−Si膜303の領域は、そのまま非晶質
ケイ素膜領域303dとして残る。この横方向結晶成長
した結晶性ケイ素膜303b中のニッケル濃度は1017
atoms/cm3程度であり、そのシード領域とも言
える直接ニッケルを導入し結晶成長した結晶性ケイ素膜
303a中のニッケル濃度は1019atoms/cm3
程度であった。なお、上記結晶成長に際し、矢印306
で示される基板と平行な方向の結晶成長の距離は、40
μm程度であった。また、該結晶性ケイ素膜303b
は、柱状結晶が矢印306で示す結晶成長方向に沿って
一次元的に並んだ結晶構造を示し、個々の柱状結晶の幅
は200〜300nmであった。そして、図6(C)に
示すように、a−Si膜303の内、最も結晶性の良好
な結晶性ケイ素膜303bを素子として用いるようにパ
ターニングする。
At this time, in the region 300, a-Si
The substrate 3 is formed by using nickel added to the surface of the film 303 as a nucleus.
Crystallization of the silicon film occurs in a direction perpendicular to 01, and a crystalline silicon film 303a is formed. And the area 30
In the peripheral region of 0, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 300 as shown by an arrow 306 in FIG. 5 and FIG. The formed crystalline silicon film 303b is formed.
The other region of the a-Si film 303 remains as the amorphous silicon film region 303d. The nickel concentration in the laterally grown crystalline silicon film 303b is 10 17
atoms / cm was about 3, the nickel concentration in the seed region and the crystalline silicon film was introduced grown directly nickel also say 303a is 10 19 atoms / cm 3
It was about. In the above crystal growth, arrows 306
The distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by
It was about μm. Further, the crystalline silicon film 303b
Shows a crystal structure in which columnar crystals are one-dimensionally arranged along the crystal growth direction indicated by arrow 306, and the width of each columnar crystal was 200 to 300 nm. Then, as shown in FIG. 6C, patterning is performed so that the crystalline silicon film 303b having the best crystallinity among the a-Si films 303 is used as an element.

【0109】次に図6(C)に示すように、上記島状に
パターニングされた結晶性ケイ素膜303bを覆うよう
に、第2のケイ素膜(a−Si膜)307を形成する。
第2のa−Si膜307は、プラズマCVD法により、
厚さ30nmとして形成した。そして、さらに図6
(C)に示すように、レーザー光308を照射すること
で、第2のa−Si膜307を結晶化する。このときの
レーザー光308としては、XeClエキシマレーザー
(波長308nm、パルス幅40nsec)を用いた。
レーザー光の照射条件は、照射時に基板を200〜45
0℃、例えば400℃に加熱し、エネルギー密度200
〜350mJ/cm2、例えば250mJ/cm2で照射
した。この工程により、第2のa−Si膜307は結晶
性ケイ素膜307cとなる。特に、島状の結晶性ケイ素
膜303b上の第2のa−Si膜307においては、下
層の結晶性ケイ素膜303bの良好な結晶性を反映して
結晶化が進み、その界面境界がほぼ消滅する。その結
果、島状の結晶性ケイ素膜303b領域は全体として、
さらに結晶性が良好な結晶性ケイ素膜303b'とな
る。また、結晶性ケイ素膜307c中のニッケル濃度
は、測定限界値以下であり、このレーザー照射工程によ
る結晶性ケイ素膜303bからのニッケルの拡散は、ほ
とんど無い。
Next, as shown in FIG. 6C, a second silicon film (a-Si film) 307 is formed so as to cover the crystalline silicon film 303b patterned in an island shape.
The second a-Si film 307 is formed by a plasma CVD method.
It was formed with a thickness of 30 nm. And FIG.
As shown in (C), the second a-Si film 307 is crystallized by irradiation with a laser beam 308. As the laser light 308 at this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used.
The irradiation conditions of the laser beam are as follows.
0 ° C., for example, 400 ° C., and an energy density of 200
Irradiation was performed at 350 mJ / cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 . Through this step, the second a-Si film 307 becomes a crystalline silicon film 307c. In particular, in the second a-Si film 307 on the island-shaped crystalline silicon film 303b, crystallization proceeds, reflecting good crystallinity of the lower crystalline silicon film 303b, and the interface boundary almost disappears. I do. As a result, the island-shaped crystalline silicon film 303b region as a whole
Further, a crystalline silicon film 303b 'having good crystallinity is obtained. Further, the nickel concentration in the crystalline silicon film 307c is equal to or less than the measurement limit value, and there is almost no diffusion of nickel from the crystalline silicon film 303b by this laser irradiation step.

【0110】その後、図6(D)に示すように、後にT
FTの活性領域(ソース/ドレイン領域、チャネル領
域)309n、309pとなる結晶性ケイ素膜を残し、
それ以外の領域の結晶性ケイ素膜307をエッチング除
去して素子間分離を行う。したがって、N型TFTの活
性領域309nおよびP型TFTの活性領域309p
は、主に触媒元素により横成長した結晶性ケイ素膜30
3b'とレーザー照射のみによる結晶性ケイ素膜307
cの2種の結晶性ケイ素膜により構成される。この状態
を基板上方より見ると、図5のような状態となってい
る。すなわち、N型およびP型のどちらのTFTにおい
ても、活性領域309において、チャネル領域314の
中央部、すなわち大部分のチャネル領域と、後に電極と
のコンタクト領域となる大部分のソース領域315とド
レイン領域316は、触媒元素による結晶性ケイ素膜3
03b'で構成され、チャネル領域314とソース領域
315あるいはドレイン領域316の接合部のみが、レ
ーザー照射のみによる結晶性ケイ素膜307cで構成さ
れる。ここで、TFTにおいてキャリアが移動する方向
は、ソース領域315からドレイン領域316に向かう
方向であり、結晶性ケイ素膜303bの結晶成長方向3
06と概略平行な方向となるよう、予め設計されてい
る。
Thereafter, as shown in FIG.
Leaving crystalline silicon films to be FT active regions (source / drain regions, channel regions) 309n and 309p;
The crystalline silicon film 307 in the other area is removed by etching to perform element isolation. Therefore, the active region 309n of the N-type TFT and the active region 309p of the P-type TFT
Is a crystalline silicon film 30 laterally grown mainly by a catalytic element.
3b 'and crystalline silicon film 307 by laser irradiation only
It is composed of two types of crystalline silicon films of c. When this state is viewed from above the substrate, it is as shown in FIG. That is, in both the N-type and P-type TFTs, in the active region 309, the central part of the channel region 314, that is, most of the channel region, and most of the source region 315 and the drain which will later become the contact region with the electrode. The region 316 includes the crystalline silicon film 3 formed by the catalytic element.
Only the junction between the channel region 314 and the source region 315 or the drain region 316 is formed of the crystalline silicon film 307c formed by laser irradiation alone. Here, the direction in which carriers move in the TFT is the direction from the source region 315 to the drain region 316, and the direction in which the crystal growth direction of the crystalline silicon film 303b is 3
It is designed in advance so as to be in a direction substantially parallel to 06.

【0111】次に、上記の活性領域309nおよび39
0pとなる結晶性ケイ素膜を覆うように厚さ100nm
程度の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜310として成膜す
る。本実施例では、ゲート絶縁膜310の成膜方法とし
てTEOSを原料とし、酸素とともに基板温度350℃
で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。
Next, the active regions 309n and 39
100 nm thick so as to cover the crystalline silicon film which becomes 0p
A silicon oxide film is formed as the gate insulating film 310. In this embodiment, as a method for forming the gate insulating film 310, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature of 350 ° C. is used together with oxygen.
Then, it was decomposed and deposited by the RF plasma CVD method.

【0112】引き続いて、図6(E)に示すように、ス
パッタリング法によって厚さ300〜600nm、例え
ば400nmのアルミニウム(0.1〜2%のシリコン
を含む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲート電極311n、311pを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6E, aluminum (including 0.1 to 2% silicon) having a thickness of 300 to 600 nm, for example, 400 nm is formed by sputtering, and the aluminum film is patterned. Thus, gate electrodes 311n and 311p are formed.

【0113】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域309n、309pにゲート電極311n、311
pをマスクとして不純物(リン、およびホウ素)を注入
する。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3
およびジボラン(B26)を用い、前者の場合は、加速
電圧を60〜90kV、例えば80kV、後者の場合
は、40kV〜80kV、例えば65kVとし、ドーズ
量は1×1015〜8×1015cm-2、例えばリンを2×
1015cm-2、ホウ素を5×1015cm-2とする。この
工程により、ゲート電極311n、311pにマスクさ
れ不純物が注入されない領域は後にTFTのチャネル領
域314n、314pとなる。ドーピングに際しては、
ドーピングが不要な領域をフォトレジストで覆うことに
よって、それぞれの元素を選択的にドーピングを行う。
この結果、N型の不純物領域が注入されたソース領域3
15nとドレイン領域316n、P型の不純物が注入さ
れたソース領域315pとドレイン領域316pが形成
され、図5および図6(E)に示すようにNチャネル型
TFT(NTFT)とPチャネル型TFT(PTFT)
とを形成することができる。
Next, the gate electrodes 311n, 311n are formed in the active regions 309n, 309p by ion doping.
Impurities (phosphorus and boron) are implanted using p as a mask. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And using diborane (B 2 H 6), in the former case, the acceleration voltage 60~90KV, for example 80 kV, in the latter case, 40KV~80kV, for example, a 65 kV, the dose is 1 × 10 15 ~8 × 10 15 cm -2 , for example 2x phosphorus
It is 10 15 cm -2 and boron is 5 × 10 15 cm -2 . By this step, regions which are masked by the gate electrodes 311n and 311p and into which impurities are not implanted later become channel regions 314n and 314p of the TFT. For doping,
Each element is selectively doped by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist.
As a result, the source region 3 into which the N-type impurity region has been implanted.
15n, a drain region 316n, and a source region 315p and a drain region 316p into which P-type impurities are implanted are formed. As shown in FIGS. 5 and 6E, an N-channel TFT (NTFT) and a P-channel TFT ( PTFT)
And can be formed.

【0114】その後、図6(E)に示すように、レーザ
ー光313の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行う。レーザー光としては、Xe
Clエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40
nsec)を用い、レーザー光の照射条件としては、エ
ネルギー密度250mJ/cm2で一か所につき5ショ
ット照射した。
Then, as shown in FIG. 6E, annealing is performed by irradiation with a laser beam 313 to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, Xe
Cl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40
nsec), and the laser beam was irradiated at an energy density of 250 mJ / cm 2 for 5 shots per location.

【0115】続いて、図6(F)に示すように、厚さ5
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜317としてプラ
ズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホール
を形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニ
ウムの二層膜によってTFTの電極・配線318、31
9、320を形成する。そして最後に、1気圧の水素雰
囲気下で350℃、1時間程度のアニールを行い、図6
(F)に示すNTFTとPTFTによるCMOS回路を
完成させる。
Subsequently, as shown in FIG.
A 00 nm silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 317 by a plasma CVD method, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 317, and a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 318, 31.
9, 320 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for about 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm.
A CMOS circuit using NTFT and PTFT shown in FIG.

【0116】以上の実施例にしたがって作製したCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度はN型TFTで150〜200cm2/Vs、P型T
FTで80〜100cm2/Vsと高く、閾値電圧はN
型TFTで1.5〜2V、P型TFTで−2〜−3Vと
非常に良好な特性を示す。さらに、TFTオフ領域での
リーク電流もN型TFT、P型TFT共に数pA程度
と、従来法に比べ低い値に抑えることができた。
The CMO manufactured according to the above embodiment
In the S structure circuit, the field-effect mobility of each TFT is 150 to 200 cm 2 / Vs for an N-type TFT, and
The FT is as high as 80 to 100 cm 2 / Vs, and the threshold voltage is N
Very good characteristics of 1.5 to 2 V for a TFT and -2 to -3 V for a P-type TFT. Furthermore, the leakage current in the TFT off region was suppressed to about several pA for both the N-type TFT and the P-type TFT, which was lower than the conventional method.

【0117】以上、本発明に基づく3例の実施例につき
具体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
Although the three embodiments according to the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.

【0118】例えば、前述の3例の実施例においては、
ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面に
ニッケル塩を溶かせた水溶液を塗布する方法、あるいは
蒸着法によりニッケル薄膜を形成する方法を採用した。
しかし、非晶質ケイ素膜成膜前に、下地膜表面にニッケ
ルを導入し、非晶質ケイ素膜下層よりニッケルを拡散さ
せ結晶成長を行わせる方法でもよい。即ち、結晶成長は
非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよいし、下面側か
ら行ってもよい。また、ニッケルの導入方法としても、
その他、様々な手法を用いることができる。例えば、ニ
ッケル塩を溶かせる溶媒として、SOG(スピンオング
ラス)材料を溶媒としてSiO2膜より拡散させる方法
もあるし、スパッタリング法やメッキ法により薄膜形成
する方法や、イオンドーピング法により直接導入する方
法なども利用できる。さらに、結晶化を助長する不純物
金属元素としては、ニッケル(Ni)以外にコバルト
(Co)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(C
u)、銀(Ag)、金(Au)、インジウム(In)、
スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、アンチモン(S
b)を用いても同様の効果が得られる。
For example, in the above three embodiments,
As a method for introducing nickel, a method of applying an aqueous solution in which a nickel salt is dissolved on the surface of an amorphous silicon film, or a method of forming a nickel thin film by a vapor deposition method is employed.
However, a method in which nickel is introduced into the surface of the base film before the amorphous silicon film is formed, and nickel is diffused from the lower layer of the amorphous silicon film to perform crystal growth. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film. Also, as a method for introducing nickel,
In addition, various methods can be used. For example, as a solvent for dissolving a nickel salt, there is a method of diffusing an SOG (spin-on-glass) material from a SiO 2 film as a solvent, a method of forming a thin film by a sputtering method or a plating method, or a method of directly introducing a thin film by an ion doping method. Also available. Further, as impurity metal elements that promote crystallization, besides nickel (Ni), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (C
u), silver (Ag), gold (Au), indium (In),
Tin (Sn), aluminum (Al), antimony (S
A similar effect can be obtained by using b).

【0119】また、上記実施例では、チャネル領域とソ
ース領域あるいはドレイン領域との接合部を形成する結
晶性ケイ素膜を作製する手段として、パルスレーザーで
あるXeClエキシマレーザー照射による加熱法を用い
たが、それ以外のレーザー(例えば、波長248nmの
KrFエキシマレーザーや、波長488nmの連続発振
Arレーザーなど)でも同様の処理が可能である。ま
た、レーザー光の代わりに赤外光、フラッシュランプを
使用して短時間に1000〜1200℃(シリコンモニ
ターの温度)まで上昇させ試料を加熱する、いわゆるR
TA(ラピッド・サーマル・アニール)(RTP、ラピ
ッド・サーマル・プロセスともいう)などのいわゆるレ
ーザー光と同等の強光を用いてもよい。
In the above embodiment, a heating method using XeCl excimer laser irradiation as a pulse laser was used as a means for forming a crystalline silicon film for forming a junction between a channel region and a source region or a drain region. The same processing can be performed with other lasers (for example, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, a continuous oscillation Ar laser having a wavelength of 488 nm, or the like). In addition, a so-called R which heats the sample by raising the temperature to 1000 to 1200 ° C. (temperature of the silicon monitor) in a short time by using an infrared light or a flash lamp instead of the laser light is used.
Intense light equivalent to so-called laser light such as TA (rapid thermal annealing) (RTP, also referred to as rapid thermal process) may be used.

【0120】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系EL等を発光素子としたドライバー内蔵型の
光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考えられ
る。本発明を用いることで、これらの素子の高速、高解
像度化等の高性能化が実現される。
Further, as an application of the present invention, in addition to an active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, and a driver built-in type using an organic EL as a light emitting element. An optical writing element, a display element, a three-dimensional IC, and the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized.

【0121】[0121]

【発明の効果】本発明を用いることにより、高い電流駆
動能力を持ち、かつオフ動作時のリーク電流が少なく安
定した特性の高性能半導体素子が実現できる。特に液晶
表示装置においては、アクティブマトリクス基板に要求
される画素スイッチングTFTのスイッチング特性の向
上、周辺駆動回路部を構成するTFTに要求される高性
能化・高集積化を同時に満足し、同一基板上にアクティ
ブマトリクス部と周辺駆動回路部を構成するドライバモ
ノリシック型アクティブマトリクス基板を実現でき、モ
ジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化がはか
れる。
By using the present invention, it is possible to realize a high-performance semiconductor device having a high current driving capability, a small leakage current at the time of an off operation, and a stable characteristic. In particular, in a liquid crystal display device, the switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate are improved, and the high performance and high integration required for the TFTs constituting the peripheral driving circuit are simultaneously satisfied. In addition, a driver monolithic active matrix substrate constituting an active matrix section and a peripheral drive circuit section can be realized, and the module can be made compact, high performance, and low cost.

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

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

【図2】第1の実施例の作製工程を示す。FIG. 2 shows a manufacturing process of the first embodiment.

【図3】第2の実施例の概要を示す。FIG. 3 shows an outline of a second embodiment.

【図4】第2の実施例の作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of the second embodiment.

【図5】第3の実施例の概要を示す。FIG. 5 shows an outline of a third embodiment.

【図6】第3の実施例の作製工程を示す。FIG. 6 shows a manufacturing process of the third embodiment.

【図7】従来法に対する本発明の効果を示す。FIG. 7 shows the effect of the present invention over the conventional method.

【図8】リーク電流の発生機構を示す。FIG. 8 shows a mechanism of generating a leak current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301 ガラス基板 102、202、302 下地膜 103、203、303 非晶質ケイ素膜(a
−Si膜) 104、 304 マスク膜 105、205、305 触媒元素膜 306 矢印 207、307 第2のケイ素膜(a−Si
膜) 108、208、308 レーザー光 109、209、309 活性領域 110、210、310 ゲート絶縁膜 111、211、311 ゲート電極 112、212 酸化物層 113、213、313 レーザー光 114、214、314 チャネル領域 115、215、315 ソース領域 116、216、316 ドレイン領域 117、217、317 層間絶縁膜 118、218、318 電極・配線 119、219、319、320 電極・配線
101, 201, 301 Glass substrate 102, 202, 302 Base film 103, 203, 303 Amorphous silicon film (a
-Si film) 104, 304 Mask film 105, 205, 305 Catalyst element film 306 Arrows 207, 307 Second silicon film (a-Si)
Film) 108, 208, 308 Laser light 109, 209, 309 Active region 110, 210, 310 Gate insulating film 111, 211, 311 Gate electrode 112, 212 Oxide layer 113, 213, 313 Laser light 114, 214, 314 Channel Region 115, 215, 315 Source region 116, 216, 316 Drain region 117, 217, 317 Interlayer insulating film 118, 218, 318 Electrode / wiring 119, 219, 319, 320 Electrode / wiring

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
晶性を有するケイ素膜に、ソース領域、ドレイン領域お
よびチャネル領域を含む活性領域が構成された薄膜トラ
ンジスタであって、 前記活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含み、前記活性領域内において、ソース領域あ
るいはドレイン領域とチャネル領域との接合部近傍の触
媒元素濃度を少なくともチャネル領域中央部より小さく
したことを特徴とする半導体装置。
1. A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region, and a channel region is formed in a crystalline silicon film formed over a substrate having an insulating surface, wherein the active region is a non-conductive type. A catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film, wherein the concentration of the catalyst element near the junction between the source region or the drain region and the channel region in the active region is made smaller than at least the central portion of the channel region. Semiconductor device.
【請求項2】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
晶性を有するケイ素膜に、ソース領域、ドレイン領域お
よびチャネル領域を含む活性領域が構成された薄膜トラ
ンジスタであって、 前記活性領域内において、チャネル領域中央部は、非晶
質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含み結晶化さ
れ、柱状結晶のネットワーク構造により構成されてお
り、前記ソース領域あるいはドレイン領域とチャネル領
域との接合部近傍は、前記触媒元素を含まず結晶化され
た結晶性ケイ素膜であることを特徴とする半導体装置。
2. A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region and a channel region is formed on a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface, wherein: The central portion of the channel region is crystallized and contains a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and is constituted by a columnar crystal network structure, near the junction between the source region or the drain region and the channel region. Is a crystalline silicon film crystallized without containing the catalyst element.
【請求項3】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
晶性を有するケイ素膜に、ソース領域、ドレイン領域お
よびチャネル領域を含む活性領域が構成された薄膜トラ
ンジスタであって、 前記活性領域内において、チャネル領域中央部は、非晶
質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入
させた領域からその周辺領域へと、前記非晶質ケイ素膜
を横方向に結晶成長させ、個々の柱状結晶の方向がほぼ
一方向に揃った結晶構造により構成されており、前記ソ
ース領域あるいはドレイン領域とチャネル領域との接合
部近傍は、前記触媒元素を含まず結晶化された結晶性ケ
イ素膜であることを特徴とする半導体装置。
3. A thin film transistor in which an active region including a source region, a drain region and a channel region is formed on a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface, wherein: The central portion of the channel region is formed by laterally growing the amorphous silicon film from the region into which the catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is selectively introduced to the peripheral region. The columnar crystal has a crystal structure in which directions are almost aligned in one direction, and the vicinity of a junction between the source region or the drain region and the channel region is a crystalline silicon film crystallized without containing the catalyst element. A semiconductor device, comprising:
【請求項4】 前記請求項3記載の半導体装置におい
て、 前記薄膜トランジスタのチャネル領域中央部を構成する
横方向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜であって、その
結晶成長方向と、薄膜トランジスタにおけるキャリアの
移動方向とが、概略平行となるよう構成されたものであ
ることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the crystalline silicon film is a crystal silicon film grown laterally and constituting a central portion of a channel region of the thin film transistor. A semiconductor device characterized in that the moving direction is substantially parallel.
【請求項5】 前記請求項2あるいは請求項3記載の半
導体装置において、 前記チャネル領域を構成する個々の柱状結晶の幅が、1
50nm〜400nmであることを特徴とする半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein each of the columnar crystals constituting the channel region has a width of 1
A semiconductor device having a thickness of 50 nm to 400 nm.
【請求項6】 前記請求項1あるいは請求項2あるいは
請求項3記載の半導体装置において、 前記チャネル領域中央部の触媒元素の濃度が、1016
1019atoms/cm3であり、前記ソース領域ある
いはドレイン領域とチャネル領域との接合部近傍の触媒
元素の濃度が、1016atoms/cm3未満であるこ
とを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the catalytic element in the central part of the channel region is 10 16 to 10 16 .
A 10 19 atoms / cm 3, the concentration of the catalyst element near the junction between the source region or the drain region and the channel region, and wherein a is less than 10 16 atoms / cm 3.
【請求項7】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
と、 前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を選択導入する工程と、 前記触媒元素が導入された領域の非晶質ケイ素膜を加熱
処理により、選択的に結晶化させる工程と、 強光照射により、その他の領域の非晶質ケイ素膜を結晶
化させる工程と、 前記触媒元素が導入され加熱処理により結晶化された領
域を用いて薄膜トランジスタのチャネル領域の一部を、
強光照射により結晶化されたその他の領域を用いて薄膜
トランジスタのソース領域あるいはドレイン領域とチャ
ネル領域との接合領域をそれぞれ作製する工程と、を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate; a step of, before or after the step, selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film; A step of selectively crystallizing the amorphous silicon film in the region into which the element is introduced by heat treatment; a step of crystallizing the amorphous silicon film in the other region by irradiating with strong light; A part of the channel region of the thin film transistor is formed using the region crystallized by the introduced heat treatment,
Producing a junction region between a source region or a drain region of a thin film transistor and a channel region by using another region crystallized by intense light irradiation, respectively.
【請求項8】 基板上に第1の非晶質ケイ素膜を形成す
る工程と、 前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を導入する工程と、 前記触媒元素が導入された第1の非晶質ケイ素膜を加熱
処理により、結晶化させ、第1の結晶性ケイ素膜とする
工程と、 前記第1の結晶性ケイ素膜をパターニングし、後の薄膜
トランジスタのチャネル領域の一部となる島状領域を形
成する工程と、 前記島状領域を覆うように第2の非晶質ケイ素膜を形成
し、強光照射により結晶化して、第2の結晶性ケイ素膜
とする工程と、 前記第2の結晶性ケイ素膜のみの領域を用いて、薄膜ト
ランジスタのソース領域あるいはドレイン領域とチャネ
ル領域の接合領域を作製する工程と、を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a first amorphous silicon film on a substrate, before or after the step, a step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, A step of crystallizing the first amorphous silicon film into which the catalyst element has been introduced by heat treatment to form a first crystalline silicon film; and patterning the first crystalline silicon film. Forming an island-shaped region that is to be a part of a channel region of the thin film transistor; forming a second amorphous silicon film so as to cover the island-shaped region; A semiconductor film comprising: a step of forming a crystalline silicon film; and a step of forming a junction region between a source region or a drain region and a channel region of a thin film transistor by using a region of the second crystalline silicon film alone. Equipment manufacturing method .
【請求項9】 基板上に第1の非晶質ケイ素膜を形成す
る工程と、 前記工程の前または後において、前記非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を一部に選択的に導入する工
程と、 前記触媒元素が選択的に導入された領域の非晶質ケイ素
膜を加熱処理により、選択的に結晶化させる工程と、 加熱処理をさらに継続することにより、前記非晶質ケイ
素膜が選択的に結晶化された領域からその周辺部へと、
前記非晶質ケイ素膜を基板表面に対し概略平行な方向に
結晶成長させ、第1の結晶性ケイ素膜とする工程と、 前記第1の結晶性ケイ素膜をパターニングし、該第1の
結晶性ケイ素膜内の基板表面に対し概略平行な方向に結
晶成長させた領域を用いて、後の薄膜トランジスタのチ
ャネル領域の一部となる島状領域を形成する工程と、 前記島状領域を覆うように第2の非晶質ケイ素膜を形成
し、強光照射により結晶化して、第2の結晶性ケイ素膜
とする工程と、 前記第2の結晶性ケイ素膜のみの領域を用いて、薄膜ト
ランジスタのソース領域あるいはドレイン領域とチャネ
ル領域の接合領域を作製する工程と、を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
9. A step of forming a first amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is partially selected. A step of selectively crystallizing the amorphous silicon film in a region where the catalytic element is selectively introduced by heat treatment, and further continuing the heat treatment to form the amorphous silicon film. From the region where the silicon film was selectively crystallized to its periphery,
Crystal-growing the amorphous silicon film in a direction substantially parallel to the substrate surface to form a first crystalline silicon film; and patterning the first crystalline silicon film. A step of forming an island-shaped region that becomes a part of a channel region of a subsequent thin film transistor by using a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to a substrate surface in the silicon film; Forming a second amorphous silicon film, crystallizing the film by intense light irradiation to form a second crystalline silicon film, and using a region of the second crystalline silicon film alone to form a source of the thin film transistor. Forming a junction region between a region or a drain region and a channel region.
【請求項10】 前記請求項7あるいは請求項8あるい
は請求項9記載の半導体装置の製造方法において、 前記触媒元素の導入は、真空蒸着法によって前記非晶質
ケイ素膜表面に触媒元素を薄膜蒸着することにより行わ
れることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the introduction of the catalyst element is performed by depositing a thin film of the catalyst element on the surface of the amorphous silicon film by a vacuum evaporation method. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項11】 前記請求項7あるいは請求項8あるい
は請求項9記載の半導体装置の製造方法において、 前記触媒元素の導入は、触媒元素を含有した溶液を前記
非晶質ケイ素膜表面にスピンコートすることにより行わ
れることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the introduction of the catalytic element is performed by spin-coating a solution containing the catalytic element on the surface of the amorphous silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項12】 前記請求項11記載の半導体装置の製
造方法において、 前記触媒元素を含有した溶液の溶質として、触媒元素の
硝酸塩あるいは酢酸塩を用いることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein a nitrate or an acetate of a catalyst element is used as a solute of the solution containing the catalyst element.
【請求項13】 前記請求項11記載の半導体装置の製
造方法において、 前記触媒元素を含有した溶液の溶媒として、エタノール
等のアルコール類を用いることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein an alcohol such as ethanol is used as a solvent of the solution containing the catalyst element.
【請求項14】 前記請求項10あるいは請求項11記
載の半導体装置の製造方法において、 前記触媒元素導入工程は、非晶質ケイ素膜への触媒元素
の導入濃度が全反射蛍光X線分光測定により、非晶質ケ
イ素膜表面における面濃度として管理されることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the step of introducing the catalyst element comprises measuring the concentration of the catalyst element introduced into the amorphous silicon film by total reflection X-ray fluorescence spectrometry. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the surface concentration is controlled as a surface concentration on a surface of an amorphous silicon film.
【請求項15】 前記請求項7あるいは請求項8あるい
は請求項9記載の半導体装置の製造方法において、 前記触媒元素を導入し結晶化する前記非晶質ケイ素膜の
厚さを、25〜50nmの範囲内とすることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the amorphous silicon film for introducing and catalyzing the catalyst element has a thickness of 25 to 50 nm. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the range is within the range.
【請求項16】 前記請求項7あるいは請求項8記載の
半導体装置の製造方法において、 前記ソース電極あるいはドレイン電極と接触するコンタ
クト領域は、前記第1の結晶性ケイ素膜および第2の結
晶性ケイ素膜の積層構造により形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the contact region that is in contact with the source electrode or the drain electrode includes the first crystalline silicon film and the second crystalline silicon. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is formed by a laminated structure of films.
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