JP3287557B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method

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JP3287557B2
JP3287557B2 JP2000183014A JP2000183014A JP3287557B2 JP 3287557 B2 JP3287557 B2 JP 3287557B2 JP 2000183014 A JP2000183014 A JP 2000183014A JP 2000183014 A JP2000183014 A JP 2000183014A JP 3287557 B2 JP3287557 B2 JP 3287557B2
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amorphous silicon
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crystalline silicon
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は結晶性を有する半導
体を用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor having crystallinity and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いたものとして薄膜トラ
ンジスタ(TFT)が知られている。このTFTは、基
板上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構
成されるものである。このTFTは、各種集積回路、特
にアクティブマトリックス型の液晶表示装置等に用いら
れている。TFTに利用される薄膜半導体としては、非
晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的特
性が低いという問題がある。そのため、TFTの特性向
上をはかるためには、結晶性珪素膜を利用すればよい。
この結晶性珪素膜を得るためには、まず、非晶質珪素膜
を形成し、その後加熱処理を施し結晶化をおこなえばよ
い。しかしながら、加熱による結晶化は、加熱温度が6
00℃以上の高温プロセスが必要であり、しかも、10
時間以上の時間を掛ける必要があった。そのため、基板
として、安価な歪点の低いガラス基板を使用することが
困難であるという問題があった。
2. Description of the Related Art A thin film transistor (TFT) is known as one using a thin film semiconductor. This TFT is formed by forming a thin-film semiconductor on a substrate and using the thin-film semiconductor. This TFT is used for various integrated circuits, particularly for active matrix type liquid crystal display devices. It is simple to use an amorphous silicon film as a thin film semiconductor used for a TFT, but there is a problem that its electrical characteristics are low. Therefore, in order to improve the characteristics of the TFT, a crystalline silicon film may be used.
In order to obtain this crystalline silicon film, first, an amorphous silicon film is formed, and then heat treatment is performed to perform crystallization. However, crystallization by heating requires a heating temperature of 6
A high temperature process of at least 00 ° C. is required, and
It took more than an hour. Therefore, it is difficult to use an inexpensive glass substrate having a low strain point as the substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの研究によ
れば、非晶質珪素膜にニッケルやパラジウム、鉛等の元
素を微量添加することによって、550℃以下の低温プ
ロセスで、4時間程度の加熱処理で結晶化をおこなえる
ことが判明している。また、レーザーによる結晶化をお
こなう場合にも、同様の効果が得られることが判明して
いる。しかしながら、半導体中にニッケル等の不純物が
多量存在していることは、これらの半導体を用いた装置
のデバイス特性や信頼性を阻害するものであり、好まし
いことではない。つまり、非晶質珪素を結晶化させる際
にニッケル等の元素は必要であるが、得られた結晶性珪
素中にニッケル等の元素は極力含まれないことを求めら
れる。また、レーザーによる結晶化を施した場合におい
ては、結晶表面で突起上に結晶成長するリッジが発生す
る。このリッジは、膜表面の平滑さに影響を及ぼすた
め、極力存在しないことが望ましい。故に、本発明は、
低温プロセスの熱結晶化を用いて、ニッケル等の元素の
含有量が極めて少ない薄膜半導体層を形成することを目
的とする。
According to the study of the present inventors, the addition of a small amount of an element such as nickel, palladium, or lead to an amorphous silicon film allows a low-temperature process of 550 ° C. or less to be performed for 4 hours. It has been found that crystallization can be achieved by a certain degree of heat treatment. It has also been found that the same effect can be obtained when crystallization by laser is performed. However, the presence of a large amount of impurities such as nickel in a semiconductor impairs the device characteristics and reliability of an apparatus using such a semiconductor, and is not preferable. That is, an element such as nickel is required when crystallizing amorphous silicon, but it is required that an element such as nickel is not contained in the obtained crystalline silicon as much as possible. In addition, when crystallization is performed by laser, a ridge that grows on a projection on a crystal surface is generated. Since this ridge affects the smoothness of the film surface, it is desirable that the ridge is not present as much as possible. Therefore, the present invention
It is an object of the present invention to form a thin film semiconductor layer having an extremely small content of an element such as nickel by using thermal crystallization in a low-temperature process.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質珪素膜
を2層に分けて、熱結晶化工程を二度おこなうことによ
り、低温プロセスで容易に、ニッケル等の元素の含有量
が極めて少ない結晶性珪素膜を得ることを特徴とする。
ここで、本発明において、ニッケル元素を用いた場合に
もっとも顕著な効果を得ることができたため、以下の記
載をニッケル元素とする。しかし、その他利用できる元
素として、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P
d、P、As、Sbがある。また、VIII族元素、IIIb、
IVb 、Vb元素から選ばれた一種または複数種類の元素を
利用することもできる。
According to the present invention, an amorphous silicon film is divided into two layers and a thermal crystallization step is performed twice so that the content of elements such as nickel can be easily reduced by a low-temperature process. It is characterized in that an extremely small amount of crystalline silicon film is obtained.
Here, in the present invention, since the most remarkable effect was obtained when nickel element was used, the following description is referred to as nickel element. However, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, P
There are d, P, As, and Sb. Group VIII elements, IIIb,
One or more elements selected from the elements IVb and Vb can be used.

【0005】まず、1層目の非晶質珪素膜に、該非晶質
珪素膜の結晶化を促進するニッケル元素を導入し、加熱
処理を施し、該非晶質珪素膜を結晶化させる。その後、
2層目の非晶質珪素膜を形成して、加熱処理を施し、該
非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして薄膜半導体層に
良好な結晶性珪素膜を得る。結晶化を促進させるニッケ
ル元素の導入方法としては、非晶質珪素膜に接してニッ
ケルもしくはニッケル化合物を含んだ層(ニッケル含有
層)を形成すればよい。ここで、ニッケル含有層を形成
するには、ニッケルを含有した溶液を塗布したのち、乾
燥させる方法(例えば、スピンコーティング法やディッ
ピング法)や、ニッケルもしくはニッケル化合物をスパ
ッタリング法によって成膜する方法、あるいは、ガス状
の有機ニッケルを熱・光やプラズマによって分解・堆積
させる方法(気相成長法)を用いればよい。いずれの方
法も、層の厚さは必要とするニッケルの量によって決定
すればよい。一般に、ニッケル含有層の厚さは、極めて
薄いものとなる。したがって、実際には膜状とはならな
い場合もある。
First, a nickel element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is introduced into the first amorphous silicon film, and a heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film. afterwards,
A second-layer amorphous silicon film is formed and heat-treated to crystallize the amorphous silicon film. Thus, a good crystalline silicon film is obtained for the thin film semiconductor layer. As a method for introducing a nickel element for promoting crystallization, a layer containing nickel or a nickel compound (a nickel-containing layer) may be formed in contact with the amorphous silicon film. Here, in order to form a nickel-containing layer, a method of applying a solution containing nickel and then drying (for example, a spin coating method or a dipping method), a method of forming a film of nickel or a nickel compound by a sputtering method, Alternatively, a method of decomposing and depositing gaseous organic nickel by heat, light, or plasma (gas phase growth method) may be used. In any method, the thickness of the layer may be determined depending on the amount of nickel required. Generally, the thickness of the nickel-containing layer will be very small. Therefore, it may not actually be in the form of a film.

【0006】ニッケル含有層をスパッタリング法によっ
て堆積する場合には、スパッタリングターゲットの素材
としては、ニッケル単体以外に、珪化ニッケルを用いて
もよい。ニッケル含有層を形成する方法のうち、溶液の
塗布・乾燥による方法に関しては、溶液として水溶液、
有機溶媒溶液等を用いればよい。ここで含有とは、化合
物として含ませるという意味と、単に分散させることに
より含ませるという意味との両方を含む。
In the case where the nickel-containing layer is deposited by a sputtering method, nickel silicide may be used as the material of the sputtering target in addition to nickel alone. Among the methods for forming a nickel-containing layer, regarding the method of applying and drying a solution, an aqueous solution as a solution,
An organic solvent solution or the like may be used. Here, “containing” includes both the meaning of being included as a compound and the meaning of being included simply by being dispersed.

【0007】溶媒としては、極性溶媒である水、アルコ
ール、酸、アンモニアから選ばれたものを用いる場合、
溶質となるニッケル化合物としては、代表的には臭化ニ
ッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、
沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッ
ケル、ニッケルアセチルアセトネート、4─シクロヘキ
シル酪酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、か
ら選ばれたものが用いられる。また、無極性溶媒である
ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホ
ルム、エーテルから選ばれたものが用いる場合は、ニッ
ケル化合物としては代表的には、ニッケルアセチルアセ
トネート、2─エチルヘキサン酸ニッケルから選ばれた
ものを用いることができる。もちろん、その他の溶媒・
溶質を用いてもよい。
When a solvent selected from polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia is used,
As the nickel compound to be a solute, typically, nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate,
A material selected from nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, nickel 4-cyclohexylbutyrate, nickel oxide and nickel hydroxide is used. When a non-polar solvent selected from benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform, and ether is used, the nickel compound is typically nickel acetylacetonate, nickel 2-ethylhexanoate. Can be used. Of course, other solvents
Solutes may be used.

【0008】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。な
お、触媒元素としてニッケル単体を用いる場合には、酸
に溶かして溶液とする必要がある。以上述べたのは、触
媒元素であるニッケルが完全に溶解した溶液を用いる例
であるが、ニッケルが完全に溶解していなくとも、ニッ
ケル単体あるいはニッケルの化合物からなる粉末が分散
媒中に均一に分散したエマルジョンの如き材料を用いて
もよい。または酸化膜形成用の溶液を用いるのでもよ
い。このような溶液としては、東京応化工業株式会社の
OCD(Ohka Diffusion Source )がある。このOCD
溶液を用いれば、被形成面上に塗布し、200℃程度で
ベークすることで、簡単に酸化珪素膜を形成できる。こ
の酸化珪素膜中にニッケルを含有させることにより、ア
モルファスシリコン膜にニッケルを拡散させることがで
きる。
It is also useful to add a surfactant to the solution containing the catalyst element. This is to increase the adhesion to the surface to be coated and control the adsorption. This surfactant may be applied in advance on the surface to be coated. When nickel is used alone as a catalyst element, it is necessary to dissolve it in an acid to form a solution. Although the above is an example of using a solution in which nickel as a catalytic element is completely dissolved, even if nickel is not completely dissolved, powder composed of nickel alone or a nickel compound is uniformly dispersed in a dispersion medium. Materials such as dispersed emulsions may be used. Alternatively, a solution for forming an oxide film may be used. As such a solution, there is OCD (Ohka Diffusion Source) of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. This OCD
When a solution is used, a silicon oxide film can be easily formed by applying the solution on the surface to be formed and baking it at about 200 ° C. By including nickel in the silicon oxide film, nickel can be diffused into the amorphous silicon film.

【0009】なお、溶液溶媒として水の如き極性溶媒を
用いた場合において、アモルファスシリコン膜にこれら
溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうことがあ
る。この場合は、10nm以下の薄い酸化膜をまず形成
し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布すること
で、均一に溶液を塗布することができる。また、界面活
性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れを改
善する方法も有効である。また、溶液として2─エチル
ヘキサン酸ニッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を
用いることで、アモルファスシリコン膜に直接塗布する
ことができる。この場合にはレジスト塗布の際に使用さ
れている密着剤の如き材料を予め塗布すると効果的でよ
い。しかし塗布量が多すぎる場合には逆にアモルファス
シリコン中への触媒元素の添加を妨害してしまうために
注意が必要である。
In the case where a polar solvent such as water is used as the solution solvent, if these solutions are directly applied to the amorphous silicon film, the solution may be repelled. In this case, a thin oxide film having a thickness of 10 nm or less is first formed, and a solution containing a catalyst element is applied thereon, whereby the solution can be applied uniformly. It is also effective to improve the wetting by adding a material such as a surfactant to the solution. Also, by using a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, it can be directly applied to the amorphous silicon film. In this case, it is effective to apply a material such as an adhesive used in applying the resist in advance. However, care must be taken when the amount of coating is too large, since this would hinder the addition of the catalytic element into the amorphous silicon.

【0010】溶液に含ませるニッケルの量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して200ppm〜1ppm、好ましく
は100ppm〜1ppm(重量換算)とすることが望
ましい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル
濃度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。1層目
の非晶質珪素膜に接してニッケル含有層を形成後、45
0〜550℃、4〜8時間の熱処理を施し、熱結晶化を
おこなう。ここで得られる結晶性珪素膜は、微量のニッ
ケル元素を不純物として含んでいる。その後、2層目の
非晶質珪素膜を前記結晶性珪素膜上に形成する。そし
て、1層目と同様の熱処理を施し、結晶性珪素膜を得
る。ここで、2層目の非晶質珪素膜の結晶成長は、1層
目の結晶性珪素膜表面の結晶構造を結晶成長の核とし
て、1層目の結晶性珪素膜表面に接した部分から次々と
結晶化していく。また、この2層目の非晶質珪素膜に
は、ニッケル元素を導入していないので実質的に不純物
が含まれず、半導体層として良好な結晶性珪素膜が得ら
れる。
The amount of nickel contained in the solution depends on the type of the solution, but the general tendency is that the amount of nickel should be 200 ppm to 1 ppm, preferably 100 ppm to 1 ppm (in terms of weight) based on the solution. Is desirable. This is a value determined in view of the nickel concentration in the film after crystallization and the resistance to hydrofluoric acid. After forming a nickel-containing layer in contact with the first amorphous silicon film,
A heat treatment is performed at 0 to 550 ° C. for 4 to 8 hours to perform thermal crystallization. The crystalline silicon film obtained here contains a trace amount of nickel element as an impurity. Thereafter, a second-layer amorphous silicon film is formed on the crystalline silicon film. Then, the same heat treatment as in the first layer is performed to obtain a crystalline silicon film. Here, the crystal growth of the second-layer amorphous silicon film starts from a portion in contact with the surface of the first-layer crystalline silicon film using the crystal structure of the surface of the first-layer crystalline silicon film as a nucleus for crystal growth. Crystallizes one after another. In addition, since the second layer of the amorphous silicon film does not contain any nickel element, it does not substantially contain impurities, and a good crystalline silicon film can be obtained as a semiconductor layer.

【0011】[0011]

【作用】本発明のように、結晶性珪素膜を2層に分けて
形成することによって、低温プロセスで実質的に不純物
を含まない結晶性珪素膜を得ることができる。このよう
にして得られた2層の結晶性珪素膜を、TFTの薄膜半
導体層として使用した場合、実質的にチャネルを形成す
るのは20〜30nm程度の深さであるため、2層目に
形成された結晶性珪素膜が、実質的な活性層となる。つ
まり、実質的にニッケル元素が含まれていない2層目の
結晶性珪素膜を、TFTの半導体層として用いられるた
め、良好なデバイス特性や信頼性が得られる。
According to the present invention, by forming a crystalline silicon film in two layers, a crystalline silicon film containing substantially no impurities can be obtained by a low-temperature process. When the two-layered crystalline silicon film thus obtained is used as a thin-film semiconductor layer of a TFT, a channel is substantially formed at a depth of about 20 to 30 nm, so that a second layer is formed. The formed crystalline silicon film becomes a substantial active layer. That is, since the second crystalline silicon film containing substantially no nickel element is used as the semiconductor layer of the TFT, good device characteristics and reliability can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】〔実施例1〕 本実施例を図1に示す。本実施例は、結晶化を促進させ
るニッケル元素を非晶質珪素膜に導入して、その後、熱
結晶化により結晶化させる。さらに、この結晶性珪素膜
上に非晶質珪素膜を形成し、熱結晶化によって結晶化す
る例である。まず、基板101(コーニング7059、
100mm×100mm)上に下地酸化膜として、酸化
珪素膜102をスパッタ法により100〜500nm、
例えば、400nmに形成した。この酸化珪素膜102
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。そして、非晶質珪素膜103をプラズマCVD法
やLPCVD法により30〜150nmに形成した。こ
こでは、プラズマCVD法によって非晶質珪素膜103
を50nmの厚さに成膜した。(図1(A))
[Embodiment 1] This embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a nickel element for promoting crystallization is introduced into an amorphous silicon film, and thereafter, the amorphous silicon film is crystallized by thermal crystallization. Further, in this example, an amorphous silicon film is formed on the crystalline silicon film and crystallized by thermal crystallization. First, the substrate 101 (Corning 7059,
(100 mm × 100 mm), as a base oxide film, a silicon oxide film 102 was formed to a thickness of 100 to 500 nm by a sputtering method.
For example, it was formed to 400 nm. This silicon oxide film 102
Is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Then, an amorphous silicon film 103 was formed to a thickness of 30 to 150 nm by a plasma CVD method or an LPCVD method. Here, the amorphous silicon film 103 is formed by a plasma CVD method.
Was formed to a thickness of 50 nm. (Fig. 1 (A))

【0013】その後、非晶質珪素膜103上に数〜数十
Åのニッケルもしくはニッケル化合物を含む層104
(ニッケル含有層)を形成する。ニッケル含有層を作製
するには、ニッケルを含有した溶液を塗布したのち、乾
燥させる方法(例えば、スピンコーティング法や、ディ
ッピング法)や、ニッケルもしくはニッケル化合物をス
パッタリング法によって成膜する方法、あるいは、ガス
状の有機ニッケルを熱・光やプラズマによって分解・堆
積させる方法(気相成長法)によって形成すればよい。
ここでは、スピンコーティング法によって成膜した。
(図1(B))まず、非晶質珪素膜103上に、酸素雰
囲気中でのUV光の照射、熱酸化法、過酸化水素による
処理等によって、酸化膜を1〜5nmに成膜する。ここ
では、酸素雰囲気中でのUV光の照射により酸化膜を2
nmに成膜した。この酸化膜は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
ためのものである。
Thereafter, a layer 104 containing several to several tens of nickel or a nickel compound is formed on the amorphous silicon film 103.
(A nickel-containing layer). In order to form a nickel-containing layer, a method of applying a solution containing nickel and then drying it (for example, a spin coating method or a dipping method), a method of forming a film of nickel or a nickel compound by a sputtering method, or It may be formed by a method of decomposing and depositing gaseous organic nickel by heat, light or plasma (gas phase growth method).
Here, the film was formed by a spin coating method.
(FIG. 1B) First, an oxide film is formed to a thickness of 1 to 5 nm on the amorphous silicon film 103 by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere, thermal oxidation, treatment with hydrogen peroxide, or the like. . Here, the oxide film is formed by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere.
nm. This oxide film is used to spread the acetate solution over the entire surface of the amorphous silicon film in the subsequent step of applying an acetate solution containing nickel, that is, to improve wettability.

【0014】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作製した。ニッケルの濃度は25ppm
とした。そして、回転させた基板上にこの酢酸塩溶液を
基板表面に2ml滴下し、この状態を5分間保持してこ
の酢酸ニッケル溶液を均一に基板上に行き渡らせた。そ
の後、基板の回転数を上げてスピンドライ(2000r
pm、60秒)をおこなった。酢酸溶液中におけるニッ
ケルの濃度は、1ppm以上であれば実用になる。この
ニッケル溶液の塗布工程を、1回〜複数回行なうことに
より、スピンドライ後の非晶質珪素膜の表面に2nmの
平均の膜厚を有する酢酸ニッケル層104を形成するこ
とができた。なお、この層というのは、完全な膜になっ
ているとは限らない。他のニッケル化合物を用いても同
様にできる。
Next, an acetate solution was prepared by adding nickel to the acetate solution. Nickel concentration is 25ppm
And Then, 2 ml of the acetate solution was dropped on the surface of the rotated substrate, and this state was maintained for 5 minutes to uniformly spread the nickel acetate solution over the substrate. Thereafter, the number of rotations of the substrate is increased and spin dry (2000r
pm, 60 seconds). If the concentration of nickel in the acetic acid solution is 1 ppm or more, it becomes practical. By performing this step of applying the nickel solution once to a plurality of times, the nickel acetate layer 104 having an average thickness of 2 nm could be formed on the surface of the amorphous silicon film after the spin drying. Note that this layer is not necessarily a complete film. The same can be done using other nickel compounds.

【0015】本実施例においては、非晶質珪素膜上にニ
ッケルもしくはニッケル化合物を導入する方法を示した
が、非晶質珪素膜下にニッケルもしくはニッケル化合物
を導入する方法を採用してもよい。この場合は、非晶質
珪素膜の成膜前にニッケルもしくはニッケル化合物を導
入すればよい。それから、加熱炉において、窒素雰囲気
中において550℃、4時間の加熱処理をおこなった。
この結果、基板上に1層目の結晶性珪素膜105を得る
ことができた。(図1(C))
In this embodiment, a method of introducing nickel or a nickel compound on an amorphous silicon film has been described. However, a method of introducing nickel or a nickel compound below an amorphous silicon film may be employed. . In this case, nickel or a nickel compound may be introduced before the formation of the amorphous silicon film. Then, heat treatment was performed in a heating furnace at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
As a result, a first-layer crystalline silicon film 105 was obtained on the substrate. (Fig. 1 (C))

【0016】そして、この結晶性珪素膜105上に非晶
質珪素膜をプラズマCVD法によって、20〜80n
m、例えば、50nmに成膜した。その後、再び加熱炉
において、窒素雰囲気中で550℃、4時間の加熱処理
をおこなった。この結果、1層目の結晶性珪素膜105
上に2層目の結晶性珪素膜106を得ることができた。
(図1(D))ここで、1層目の結晶性珪素膜105に
は、結晶化をおこなう際に添加したニッケルが不純物と
して存在しているが、2層目の結晶性珪素膜106には
不純物が含まれておらず、デバイス特性のよい半導体層
が得られる。また、2層目の結晶性珪素膜106の結晶
成長は、下地層である1層目の結晶性珪素膜105の結
晶構造に反映した結晶成長が見られる。故に、ここで
は、1層目の結晶性珪素膜105が縦成長であるため、
2層目の結晶性珪素膜106もそれに準じた成長が見ら
れた。
Then, an amorphous silicon film is formed on this crystalline silicon film 105 by plasma CVD to 20 to 80 nm.
m, for example, 50 nm. After that, heat treatment was performed again at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere in a heating furnace. As a result, the first-layer crystalline silicon film 105
A second-layer crystalline silicon film 106 was obtained thereon.
(FIG. 1D) Here, nickel added during crystallization exists as an impurity in the first-layer crystalline silicon film 105, but the second-layer crystalline silicon film 106 does not. Does not contain impurities, and a semiconductor layer having good device characteristics can be obtained. In the crystal growth of the second-layer crystalline silicon film 106, the crystal growth is reflected in the crystal structure of the first-layer crystalline silicon film 105 which is the underlying layer. Therefore, here, since the first-layer crystalline silicon film 105 is grown vertically,
The growth of the second-layer crystalline silicon film 106 was observed.

【0017】〔実施例2〕 本実施例は、非晶質珪素膜上に、120nmの酸化珪素
膜を選択的に設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択
的にニッケルを導入し結晶化させる。その後、酸化珪素
膜をエッチングし、実施例1と同様に、2層目の結晶性
珪素膜を得る例である。図2に本実施例における作製工
程の概略を示す。まず、基板201上に下地酸化膜とし
て、酸化珪素膜202をTEOSをプラズマCVD法に
よって、堆積・分解して500nmに形成した。そし
て、非晶質珪素膜203をプラズマCVD法によって5
0nmの膜厚に成膜した。
Embodiment 2 In this embodiment, a 120 nm silicon oxide film is selectively provided on an amorphous silicon film, and nickel is selectively introduced and crystallized using the silicon oxide film as a mask. Thereafter, the silicon oxide film is etched to obtain a second-layer crystalline silicon film as in the first embodiment. FIG. 2 shows an outline of a manufacturing process in this embodiment. First, as a base oxide film, a silicon oxide film 202 was formed on a substrate 201 to a thickness of 500 nm by depositing and decomposing TEOS by a plasma CVD method. Then, the amorphous silicon film 203 is formed into a 5
The film was formed to a thickness of 0 nm.

【0018】そして、非晶質珪素膜203上にマスクと
なる酸化珪素膜204を100nm以上、ここでは12
0nmの厚さに成膜した。そして、通常のフォトリソパ
ターニング工程によって、必要とするパターンに酸化珪
素膜204をパーニングした。(図2(A))その後、
非晶質珪素膜203上に数〜数十Åのニッケル含有層2
05を形成した。ここでは、スパッタリング法によって
2nmの平均の膜厚を有するニッケル層205を形成し
た。なお、この層というのは、完全な膜になっていると
は限らない。(図2(B))
Then, a silicon oxide film 204 serving as a mask is formed on the amorphous silicon film 203 to a thickness of 100 nm or more,
A film was formed to a thickness of 0 nm. Then, the silicon oxide film 204 was subjected to a necessary pattern by a normal photolithography patterning process. (FIG. 2A)
Several to several tens of nickel-containing layers 2 on the amorphous silicon film 203
05 was formed. Here, the nickel layer 205 having an average thickness of 2 nm was formed by a sputtering method. Note that this layer is not necessarily a complete film. (FIG. 2 (B))

【0019】そして、熱結晶化を施した。ここでは、5
50℃(窒素雰囲気)、8時間の加熱処理を施すことに
より、非晶質珪素膜203の結晶化をおこなった。この
際、酸化珪素膜204のパターニングによって形成され
た開口部分からニッケルが導入され、このニッケルが導
入された領域からニッケルが導入されなった領域へと横
方向に結晶成長がおこなわれた。その後、結晶性珪素膜
206上に残存するニッケル含有層205を塩素系のエ
ッチャントで除去した。そして、マスクとして用いた酸
化珪素膜204はバッファフッ酸で除去した。(図2
(C))
Then, thermal crystallization was performed. Here, 5
The amorphous silicon film 203 was crystallized by performing heat treatment at 50 ° C. (nitrogen atmosphere) for 8 hours. At this time, nickel was introduced from the opening formed by the patterning of the silicon oxide film 204, and crystal growth was performed in the lateral direction from the region where nickel was introduced to the region where nickel was not introduced. After that, the nickel-containing layer 205 remaining on the crystalline silicon film 206 was removed with a chlorine-based etchant. Then, the silicon oxide film 204 used as a mask was removed with buffered hydrofluoric acid. (Figure 2
(C))

【0020】そして、前記工程で得られた結晶性珪素膜
206上に、非晶質珪素膜をプラズマCVD法によって
20〜80nm、例えば、30nmに成膜した。その
後、再び加熱炉において、窒素雰囲気中において550
℃、8時間の熱結晶化をおこなった。この結果、1層目
の結晶性珪素膜206上に2層目の結晶性珪素膜207
を得ることができた。この時、実施例1と同様に、1層
目の結晶性珪素膜206には不純物として微量のニッケ
ルが含まれていたが、2層目の結晶性珪素膜207には
不純物は含まれていなかった。また、1層目の結晶性珪
素膜206が横成長であるため、2層目の結晶性珪素膜
207も下層の結晶構造に反映した結晶成長が見られ
た。
Then, on the crystalline silicon film 206 obtained in the above step, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 20 to 80 nm, for example, 30 nm by a plasma CVD method. Then, again in a heating furnace, 550 in a nitrogen atmosphere.
Thermal crystallization was performed at 8 ° C. for 8 hours. As a result, the second-layer crystalline silicon film 207 is formed on the first-layer crystalline silicon film 206.
Could be obtained. At this time, as in Example 1, the first crystalline silicon film 206 contained a trace amount of nickel as an impurity, but the second crystalline silicon film 207 contained no impurity. Was. In addition, since the first-layer crystalline silicon film 206 is laterally grown, the second-layer crystalline silicon film 207 also showed crystal growth reflecting the crystal structure of the lower layer.

【0021】〔実施例3〕 本実施例は、本発明の方法を利用して作製した結晶性珪
素膜を用いて、TFTを得る例である。図3に本実施例
の作製工程の概要を示す。まず基板301上に下地の酸
化珪素膜302を200nmの厚さに成膜した。そし
て、非晶質珪素膜をプラズマCVD法によって50nm
の厚さに成膜した。そして、自然酸化膜を取り除くため
のフッ酸処理の後、薄い酸化膜を2nm程度の厚さに酸
素雰囲気でのUV光の照射によって成膜した。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which a TFT is obtained by using a crystalline silicon film manufactured by using the method of the present invention. FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment. First, an underlying silicon oxide film 302 was formed to a thickness of 200 nm over a substrate 301. Then, the amorphous silicon film is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method.
Was formed to a thickness of After the hydrofluoric acid treatment for removing the natural oxide film, a thin oxide film was formed to a thickness of about 2 nm by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere.

【0022】そして10ppmのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、5分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライをおこなった。その後、窒素雰囲気中で55
0℃、4時間の加熱によって、珪素膜を結晶化させた。
(図3(A)) その後、塩酸系のエッチャントを用いて、結晶性珪素膜
303上に残存するニッケル含有層をエッチングし除去
した。この時、得られた結晶性珪素膜303を20nm
程度残して、エッチングをおこなってもよい。
Then, an acetate solution containing 10 ppm of nickel was applied, held for 5 minutes, and spin-dried using a spinner. Then, in a nitrogen atmosphere, 55
The silicon film was crystallized by heating at 0 ° C. for 4 hours.
(FIG. 3A) Thereafter, the nickel-containing layer remaining on the crystalline silicon film 303 was removed by etching using a hydrochloric acid-based etchant. At this time, the obtained crystalline silicon film 303 has a thickness of 20 nm.
To some extent, etching may be performed.

【0023】そして、この結晶性珪素膜303上に非晶
質珪素膜をプラズマCVD法によって、40nmに成膜
した。その後、再び加熱炉において、窒素雰囲気中で5
50℃、4時間の加熱処理をおこなった。この結果、1
層目の結晶性珪素膜303上に2層目の結晶性珪素膜3
04を得ることができた。(図3(B)) 次に、これら2層の結晶性珪素膜をパターニングして、
島状領域305を形成した。この島状領域305はTF
Tの活性層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜306と
して、厚さ20〜150nm、ここでは100nmの酸
化珪素をプラズマCVD法によって形成した。
Then, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 40 nm on the crystalline silicon film 303 by a plasma CVD method. Then, again in a heating furnace, in a nitrogen atmosphere for 5 hours
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 4 hours. As a result, 1
The second-layer crystalline silicon film 3 is formed on the second-layer crystalline silicon film 303.
04 was obtained. (FIG. 3B) Next, these two crystalline silicon films are patterned.
An island region 305 was formed. This island region 305 is TF
The active layer of T is formed. Then, as the gate insulating film 306, silicon oxide having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, was formed by a plasma CVD method.

【0024】その後、厚さ100nm〜3μm、例え
ば、500nmのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって形成して、これをパターニングし、ゲ
イト電極307を形成した。次に基板をpH≒7、1〜
3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金を
陰極、このアルミニウムのゲイト電極307を陽極とし
て、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流
で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して
終了させた。このようにして、厚さ150〜350n
m、例えば、200nmの陽極酸化物を形成した。(図
3(C))
Thereafter, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) film having a thickness of 100 nm to 3 μm, for example, 500 nm is formed by a sputtering method, and is patterned. A gate electrode 307 was formed. Next, the substrate was pH 7,
It was immersed in a 3% solution of tartaric acid in ethylene glycol, and anodized using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode 307 as an anode. The anodic oxidation was first completed by increasing the voltage to 220 V at a constant current and maintaining the state for 1 hour. Thus, the thickness of 150 to 350 n
An anodic oxide of m, for example, 200 nm was formed. (FIG. 3 (C))

【0025】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜に、ゲイト電極部307をマスクとして自己整
合的に不純物(燐)を注入した。ドーピングガスとして
はフォスフィン(PH3 )を用いた。この場合のドーズ
量は1×1014〜5×1017cm-2、加速電圧は10〜
90kV、例えば、ドーズ量を2×1015cm-2、加速
電圧を80kVとした。この結果、N型不純物領域30
8(ソース/ドレイン領域)が形成された。(図3
(D)) さらに、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、
パルス幅20nsec)を照射して、ドーピングされた
不純物領域308の活性化をおこなった。レーザーのエ
ネルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好ましく
は250〜300mJ/cm2 が適当であった。この工
程は熱アニールによっておこなってもよい。
Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted into the island-like silicon film in a self-aligned manner by the ion doping method using the gate electrode portion 307 as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. In this case, the dose amount is 1 × 10 14 to 5 × 10 17 cm −2 , and the acceleration voltage is 10 to 10.
90 kV, for example, the dose amount was 2 × 10 15 cm −2 , and the acceleration voltage was 80 kV. As a result, N-type impurity region 30
8 (source / drain regions) were formed. (FIG. 3
(D)) Furthermore, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Irradiation with a pulse width of 20 nsec) was performed to activate the doped impurity region 308. The energy density of the laser was 200 to 400 mJ / cm 2 , and preferably 250 to 300 mJ / cm 2 . This step may be performed by thermal annealing.

【0026】次に、層間絶縁膜309として、プラズマ
CVD法によって酸化珪素膜309を厚さ300nmに
成膜した。このとき、原料ガスにTEOSと酸素を用い
た。(図3(E)) そして、層間絶縁膜309、ゲイト絶縁膜306のエッ
チングをおこない、ソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタ法に
よって形成し、パターニングしてソース/ドレイン電極
310を形成し、TFTを作製した。(図3(F)) TFT形成後、不純物領域の活性化のために、さらに2
00〜400℃で水素化処理をおこなってもよい。
Next, a silicon oxide film 309 having a thickness of 300 nm was formed as an interlayer insulating film 309 by a plasma CVD method. At this time, TEOS and oxygen were used as source gases. (FIG. 3E) Then, the interlayer insulating film 309 and the gate insulating film 306 were etched to form contact holes in the source / drain. After that, an aluminum film was formed by a sputtering method and patterned to form a source / drain electrode 310, and a TFT was manufactured. (FIG. 3 (F)) After the TFT is formed, two additional steps are performed to activate the impurity region.
The hydrogenation treatment may be performed at 00 to 400 ° C.

【0027】〔実施例4〕 本実施例は、本発明の方法を利用して作製した結晶性珪
素膜を用いて、CMOS型のTFTを得る例である。図
4に本実施例の作製工程の概要を示す。まず基板401
上に下地の酸化珪素膜402を300nmの厚さに成膜
した。そして、非晶質珪素膜をプラズマCVD法によっ
て50nmの厚さに成膜した。その後、非晶質珪素膜上
にマスクとなる酸化珪素膜を120nmの厚さに成膜し
た。そして、通常のフォトリソパターニング工程によっ
て、必要とするパターンに酸化珪素膜をパーニングし
て、ニッケルが導入される開孔部分を形成した。そし
て、薄い酸化膜を2nm程度の厚さに酸素雰囲気でのU
V光の照射によって成膜した。
[Embodiment 4] In this embodiment, a CMOS type TFT is obtained by using a crystalline silicon film manufactured by using the method of the present invention. FIG. 4 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 401
An underlying silicon oxide film 402 was formed to a thickness of 300 nm. Then, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. After that, a silicon oxide film serving as a mask was formed to a thickness of 120 nm on the amorphous silicon film. Then, by a normal photolithography patterning step, the silicon oxide film was subjected to a necessary patterning to form a hole into which nickel was introduced. Then, a thin oxide film is formed to a thickness of about
The film was formed by irradiation with V light.

【0028】そして50ppmのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、5分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライをおこなった。その後、窒素雰囲気中で55
0℃、8時間の加熱によって、珪素膜を結晶化させた。
(図4(A)) その後、結晶性珪素膜403上に残存するニッケル含有
層を塩素系のエッチャントで除去した。また、マスクと
して用いた酸化珪素膜をバッファフッ酸で除去した。こ
の時、得られた結晶性珪素膜403を20nm程度残し
て、エッチングをおこなってもよい。そして、この結晶
性珪素膜403上に非晶質珪素膜をプラズマCVD法に
よって、30nmに成膜した。その後、再び加熱炉にお
いて、窒素雰囲気中で550℃、8時間の加熱処理をお
こなった。この結果、1層目の結晶性珪素膜403上に
2層目の結晶性珪素膜404を得ることができた。(図
4(B))
Then, an acetate solution containing 50 ppm of nickel was applied, held for 5 minutes, and spin-dried using a spinner. Then, in a nitrogen atmosphere, 55
The silicon film was crystallized by heating at 0 ° C. for 8 hours.
(FIG. 4A) Thereafter, the nickel-containing layer remaining on the crystalline silicon film 403 was removed with a chlorine-based etchant. The silicon oxide film used as a mask was removed with buffered hydrofluoric acid. At this time, etching may be performed while leaving the obtained crystalline silicon film 403 at about 20 nm. Then, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 30 nm on the crystalline silicon film 403 by a plasma CVD method. After that, heat treatment was performed again at 550 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere in a heating furnace. As a result, a second-layer crystalline silicon film 404 was obtained on the first-layer crystalline silicon film 403. (FIG. 4 (B))

【0029】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状領域を形成した。この島状領域はTFTの活性
層を構成する。そして、ゲイト絶縁膜405として、厚
さ20〜150nm、ここでは100nmの酸化珪素4
05をプラズマCVD法によって形成した。その後、厚
さ100nm〜3μm、例えば、500nmのアルミニ
ウム(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%
のScを含む)膜をスパッタリング法によって形成し
て、これをパターニングし、ゲイト電極406、407
を形成した。次に基板をpH=7、1〜3%の酒石酸の
エチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このアル
ミニウムのゲイト電極406、407を陽極として、陽
極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で22
0Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了さ
せた。このようにして、厚さ150〜350nm、例え
ば、200nmの陽極酸化物を形成した。
Next, the crystallized silicon film was patterned to form island regions. This island region forms an active layer of the TFT. Then, as the gate insulating film 405, silicon oxide 4 having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm.
05 was formed by a plasma CVD method. Thereafter, aluminum having a thickness of 100 nm to 3 μm, for example, 500 nm (1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt%)
(Including Sc) is formed by a sputtering method, and this is patterned, and the gate electrodes 406 and 407 are formed.
Was formed. Next, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of tartaric acid having a pH of 7 and 1 to 3%, and anodic oxidation was performed using platinum as a cathode and the aluminum gate electrodes 406 and 407 as anodes. Anodizing is initially performed at a constant current for 22 minutes.
The voltage was increased to 0 V, and the state was maintained for 1 hour to end the operation. Thus, an anodic oxide having a thickness of 150 to 350 nm, for example, 200 nm was formed.

【0030】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜に、ゲイト電極406、407部をマスクとし
て自己整合的に不純物を注入した。ここでは、N型不純
物として燐を、P型不純物として硼素を用いた。まず、
全面に燐を注入した。この場合のドーズ量は1×1014
〜5×1017cm-2、加速電圧は10〜90kV、例え
ば、ドーズ量を1×1015cm-2、加速電圧を80kV
とした。この結果、N型不純物領域408、409が形
成された。(図4(C)) 次に、フォトレジスト410でNチャネル型TFTの領
域を覆って硼素を注入した。この場合、ドーズ量はN型
不純物領域の数〜数十倍、ここでは、4×1015
-2、加速電圧は65kVとした。この結果、N型不純
物領域409であったところが反転し、P型不純物領域
411が形成された。(図4(D))
Thereafter, impurities were implanted into the island-like silicon film in a self-aligned manner by ion doping using the gate electrodes 406 and 407 as a mask. Here, phosphorus was used as the N-type impurity and boron was used as the P-type impurity. First,
Phosphorus was injected over the entire surface. The dose in this case is 1 × 10 14
55 × 10 17 cm −2 , acceleration voltage is 10-90 kV, for example, dose is 1 × 10 15 cm −2 , acceleration voltage is 80 kV
And As a result, N-type impurity regions 408 and 409 were formed. (FIG. 4C) Next, boron was implanted with the photoresist 410 so as to cover the region of the N-channel TFT. In this case, the dose is several times to several tens times that of the N-type impurity region, here, 4 × 10 15 c
m -2 , and the acceleration voltage was 65 kV. As a result, the portion that was the N-type impurity region 409 was inverted, and the P-type impurity region 411 was formed. (FIG. 4 (D))

【0031】さらに、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドー
ピングされた不純物領域408、411の活性化をおこ
なった。レーザーのエネルギー密度は200〜400m
J/cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2
適当であった。この工程は熱アニールによっておこなっ
てもよい。次に、層間絶縁膜412として、プラズマC
VD法によって酸化珪素膜412を厚さ300nmに成
膜した。(図4(E)) そして、層間絶縁膜412、ゲイト絶縁膜405のエッ
チングをおこない、ソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタ法に
よって形成し、パターニングをおこないソース/ドレイ
ン電極413、414、415を形成した。以上のよう
な工程によってCMOS型のTFTを作製した。(図4
(F))
Further, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was irradiated to activate the doped impurity regions 408 and 411. Laser energy density is 200-400m
J / cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 was suitable. This step may be performed by thermal annealing. Next, as an interlayer insulating film 412, plasma C
A silicon oxide film 412 was formed to a thickness of 300 nm by a VD method. (FIG. 4E) Then, the interlayer insulating film 412 and the gate insulating film 405 were etched to form contact holes in the source / drain. Thereafter, an aluminum film was formed by a sputtering method, and patterning was performed to form source / drain electrodes 413, 414, and 415. Through the above steps, a CMOS type TFT was manufactured. (FIG. 4
(F))

【0032】[0032]

【効果】本発明のように、結晶性を有する珪素膜を2層
に分けて形成することにより、従来より低い温度で、不
純物の少ない結晶性珪素膜を作製することができる。こ
のようにして得られた結晶性珪素膜を用いて半導体装置
を作製することで、特性のよいデバイスを得ることがで
きる。
According to the present invention, by forming a silicon film having crystallinity in two layers, a crystalline silicon film with less impurities can be manufactured at a lower temperature than in the prior art. By manufacturing a semiconductor device using the crystalline silicon film obtained in this manner, a device with excellent characteristics can be obtained.

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

【図1】 実施例1の工程を示す。FIG. 1 shows the steps of Example 1.

【図2】 実施例2の工程を示す。FIG. 2 shows the steps of Example 2.

【図3】 実施例3の工程を示す。FIG. 3 shows a process of Example 3.

【図4】 実施例4の工程を示す。FIG. 4 shows the steps of Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・・基板 102・・・・下地酸化膜 103・・・・非晶質珪素膜 104・・・・ニッケル含有層 105・・・・ニッケルを微量含有する結晶性珪素膜 106・・・・ニッケルを含まない結晶性珪素膜 305・・・・島状領域 306・・・・ゲイト絶縁膜 307・・・・ゲイト電極 308・・・・N型不純物領域(ソース/ドレイン領
域) 309・・・・層間絶縁膜 310・・・・ソース/ドレイン電極
101 substrate 102 base oxide film 103 amorphous silicon film 104 nickel-containing layer 105 crystalline silicon film containing a small amount of nickel 106 A crystalline silicon film containing no nickel 305 an island region 306 a gate insulating film 307 a gate electrode 308 an N-type impurity region (source / drain region) 309 ..Interlayer insulating film 310... Source / drain electrodes

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の非晶質珪素膜表面に酸化膜を形成し、 前記酸化膜表面に結晶化を促進するNi元素を含む層を
スピンコーティング法で塗布し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶化させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
An Ni element for forming a first amorphous silicon film on an insulating surface, forming an oxide film on the surface of the first amorphous silicon film, and promoting crystallization on the oxide film surface A first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystallized to form a first crystalline silicon film. Forming a second amorphous silicon film on the first crystalline silicon film; heating the first crystalline silicon film and the second amorphous silicon film to form the second amorphous silicon film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: crystallizing a crystalline silicon film to form a second crystalline silicon film.
【請求項2】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の非晶質珪素膜表面に酸化膜を形成し、 前記酸化膜表面に結晶化を促進するNi元素を含む層を
ディッピング法で塗布し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶化させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
2. A Ni element which forms a first amorphous silicon film on an insulating surface, forms an oxide film on the surface of the first amorphous silicon film, and promotes crystallization on the surface of the oxide film. Is applied by a dipping method, the first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystallized to form a first crystalline silicon film. Forming a second amorphous silicon film on the one crystalline silicon film; heating the first crystalline silicon film and the second amorphous silicon film to form the second amorphous silicon film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising crystallizing a silicon film to form a second crystalline silicon film.
【請求項3】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の非晶質珪素膜表面の一部に酸化膜を形成し、 前記酸化膜表面に結晶化を促進するNi元素を含む層を
スピンコーティング法で塗布し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記一部から前記絶
縁表面に対して平行に前記第一の非晶質珪素膜を結晶成
長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
3. A first amorphous silicon film is formed on an insulating surface, an oxide film is formed on a part of the first amorphous silicon film surface, and crystallization is promoted on the oxide film surface. A layer containing a Ni element to be applied is applied by a spin coating method, the first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystallized from the part in parallel with the insulating surface. is grown, the first crystalline silicon film is formed, the shape of the second amorphous silicon film on the first crystalline silicon film
Adult City, said first heating the crystalline silicon film and the second amorphous silicon layer, the second amorphous silicon film is crystallized, forming a second crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項4】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の非晶質珪素膜表面の一部に酸化膜を形成し、 前記酸化膜表面に結晶化を促進するNi元素を含む層を
ディッピング法で塗布し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記一部から前記絶
縁表面に対して平行に前記第一の非晶質珪素膜を結晶成
長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
4. A first amorphous silicon film is formed on an insulating surface, an oxide film is formed on a part of the first amorphous silicon film surface, and crystallization is promoted on the oxide film surface. A layer containing an Ni element to be applied is applied by dipping, and the first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystal-grown from the part in parallel with the insulating surface. To form a first crystalline silicon film, and form a second amorphous silicon film on the first crystalline silicon film.
Adult City, said first heating the crystalline silicon film and the second amorphous silicon layer, the second amorphous silicon film is crystallized, forming a second crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項5】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の非晶質珪素膜上に開口を有する酸化珪素から
なるマスクを形成し、前記マスクが存在する状態で、前記マスクの開口部分の
前記第一の非晶質珪素膜表面に酸化膜を形成し、前記マスクを介して、前記酸化膜表面に 結晶化を促進す
るNi元素を含む層を選択的にスピンコーティング法で
塗布し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
5. form the first amorphous silicon film on an insulating surface
Formed City, silicon oxide having an opening on the first amorphous silicon film
Mask is formed consisting, in a state in which the mask is present, the oxide film is formed on the first amorphous silicon film surface of the opening portion of the mask, through the mask, the crystallization on the surface of the oxide film A layer containing a Ni element that promotes crystallization is selectively applied by a spin coating method, the first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystal-grown. forming a sexual silicon film, form the second amorphous silicon film on the first crystalline silicon film
Adult City, said first heating the crystalline silicon film and the second amorphous silicon layer, the second amorphous silicon film is crystallized, forming a second crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項6】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の非晶質珪素膜上に開口を有する酸化珪素から
なるマスクを形成し、前記マスクが存在する状態で、前記マスクの開口部分の
前記第一の非晶質珪素膜表面に酸化膜を形成し、前記マスクを介して、前記酸化膜表面に 結晶化を促進す
るNi元素を含む層を選択的にディッピング法で塗布
し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
6. form the first amorphous silicon film on an insulating surface
Formed City, silicon oxide having an opening on the first amorphous silicon film
Mask is formed consisting, in a state in which the mask is present, the oxide film is formed on the first amorphous silicon film surface of the opening portion of the mask, through the mask, the crystallization on the surface of the oxide film A layer containing a Ni element that promotes the growth is selectively applied by a dipping method, the first amorphous silicon film is heated, and the first amorphous silicon film is crystal-grown. silicon film is formed, the shape of the second amorphous silicon film on the first crystalline silicon film
Adult City, said first heating the crystalline silicon film and the second amorphous silicon layer, the second amorphous silicon film is crystallized, forming a second crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項7】 前記酸化膜は酸素雰囲気中でのUV光照
射、熱酸化または過酸化水素水による処理により非晶質
珪素膜表面を酸化して形成されることを特徴とする請求
項1乃至請求項6のいずれか一に記載の半導体装置作製
方法
7. The method according to claim 7, wherein the oxide film is irradiated with UV light in an oxygen atmosphere.
Amorphous by irradiation, thermal oxidation or treatment with hydrogen peroxide solution
Claims characterized by being formed by oxidizing the surface of a silicon film.
7. Fabrication of the semiconductor device according to claim 1
How .
【請求項8】 前記酸化膜の膜厚は10nm以下である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一に
記載の半導体装置作製方法
8. The oxide film has a thickness of 10 nm or less.
The method according to any one of claims 1 to 7, wherein
The semiconductor device manufacturing method according to the above .
【請求項9】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の非晶質珪素膜上に開口を有する酸化珪素から
なるマスクを形成し、前記マスクを介して、 前記第一の非晶質珪素膜表面に
晶化を促進するNi元素を含む層を選択的にスパッタリ
ング法で成膜し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
9. forms a first amorphous silicon film on an insulating surface
Formed City, silicon oxide having an opening on the first amorphous silicon film
A mask containing a Ni element that promotes crystallization is selectively formed on the surface of the first amorphous silicon film through the mask by a sputtering method. The first amorphous silicon film is heated, the first amorphous silicon film is crystal-grown, a first crystalline silicon film is formed, and a second crystalline silicon film is formed on the first crystalline silicon film. form an amorphous silicon film of
Adult City, said first heating the crystalline silicon film and the second amorphous silicon layer, the second amorphous silicon film is crystallized, forming a second crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項10】 絶縁表面上に第一の非晶質珪素膜を
し、 前記第一の非晶質珪素膜上に開口を有する酸化珪素から
なるマスクを形成し、前記マスクを介して、 前記第一の非晶質珪素膜表面に
晶化を促進するNi元素を含む層を選択的に気相成長法
で成膜し、 前記第一の非晶質珪素膜を加熱し、前記第一の非晶質珪
素膜を結晶成長させ、第一の結晶性珪素膜を形成し、 前記第一の結晶性珪素膜の上に第二の非晶質珪素膜を形
成し、 前記第一の結晶性珪素膜および前記第二の非晶質珪素膜
を加熱し、前記第二の非晶質珪素膜を結晶化させ、第二
の結晶性珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置
作製方法。
10. Form the first amorphous silicon film on an insulating surface
Formed City, silicon oxide having an opening on the first amorphous silicon film
And a layer containing a Ni element that promotes crystallization is selectively formed on the surface of the first amorphous silicon film by a vapor phase epitaxy through the mask. Heating the first amorphous silicon film, crystal-growing the first amorphous silicon film to form a first crystalline silicon film, and forming a first crystalline silicon film on the first crystalline silicon film. Forming a second amorphous silicon film; heating the first crystalline silicon film and the second amorphous silicon film to crystallize the second amorphous silicon film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a crystalline silicon film.
【請求項11】 前記マスクの厚みは100nm以上で
あることを特徴とする請求項5乃至請求項10のいずれ
か一に記載の半導体装置作製方法。
11. The mask has a thickness of 100 nm or more.
11. The method according to claim 5, wherein:
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項12】 前記第二の非晶質珪素膜の結晶化は
前記第一の結晶性珪素膜の表面に接している部分を核と
して行われていることを特徴とする請求項1乃至請求項
11のいずれか一に記載の半導体装置作製方法。
12. The method according to claim 1, wherein the crystallization of the second amorphous silicon film is performed using a portion in contact with a surface of the first crystalline silicon film as a nucleus. Term
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 11 .
【請求項13】 前記第二の結晶性珪素膜は薄膜トラ
ンジスタの活性層となることを特徴とする請求項1乃至
請求項12のいずれか一に記載の半導体装置作製方法。
Wherein said second crystalline silicon film semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the active layer of the thin film transistor.
【請求項14】 前記第一及び第二の結晶性珪素膜を
パターニングして結晶性を有する島状珪素膜を形成し、 前記結晶性を有する島状珪素膜に接してゲイト絶縁膜を
形成し、 前記ゲイト絶縁膜を介して前記結晶性を有する島状珪素
膜の上にゲイト電極を設け、 前記ゲイト電極をマスクとして前記結晶性を有する島状
珪素膜に一導電性を与える不純物を導入し、ソース領
域、ドレイン領域およびチャネル形成領域を形成するこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか一に
記載の半導体装置作製方法。
14. A method according to claim 1, wherein the first and second crystalline silicon films are patterned to form a crystalline island-like silicon film, and a gate insulating film is formed in contact with the crystalline island-like silicon film. Providing a gate electrode on the crystalline island-like silicon film via the gate insulating film, and introducing an impurity that gives one conductivity to the crystalline island-like silicon film by using the gate electrode as a mask; , the source region, the semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 13 and forming a drain region and a channel forming region.
【請求項15】 前記第一及び第二の結晶性珪素膜を
パターニングして第一及び第二の結晶性を有する島状珪
素膜を形成し、 前記第一、第二の結晶性を有する島状珪素膜に接する第
及び第二のゲイト絶縁膜を形成し、 前記第一のゲイト絶縁膜を介して前記第一の結晶性を有
する島状珪素膜の上に第一のゲイト電極を形成し、 前記第二のゲイト絶縁膜を介して前記第二の結晶性を有
する島状珪素膜の上に第二のゲイト電極を形成し、 前記第一のゲイト電極をマスクとして前記第一の結晶性
を有する島状珪素膜にN型の導電性を与える不純物を導
入し、第一のソース領域、第一のドレイン領域および第
一のチャネル形成領域を形成し、 前記第一の結晶性を有する島状珪素膜をフォトレジスト
で覆い、 前記第二のゲイト電極をマスクとして前記第二の結晶性
を有する島状珪素膜にP型の導電性を与える不純物を導
入し、第二のソース領域、第二のドレイン領域および第
二のチャネル形成領域を形成し、 前記P型の導電性を与える不純物を導入する濃度は前記
N型の導電性を与える不純物を導入する濃度よりも高い
ことを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一
に記載の半導体装置作製方法。
15. The first and second crystalline silicon films are patterned to form first and second crystalline island-shaped silicon films, and the first and second crystalline islands are formed. Forming first and second gate insulating films in contact with the silicon-like silicon film, forming a first gate electrode on the island-like silicon film having the first crystallinity via the first gate insulating film Forming a second gate electrode on the island-like silicon film having the second crystallinity via the second gate insulating film; and using the first gate electrode as a mask to form the first crystal. An impurity imparting N-type conductivity is introduced into the island-shaped silicon film having the property to form a first source region, a first drain region, and a first channel formation region, and have the first crystallinity. The island-shaped silicon film is covered with a photoresist, and the second gate electrode is used as a mask, An impurity imparting P-type conductivity is introduced into the island-shaped silicon film having second crystallinity, and a second source region, a second drain region, and a second channel formation region are formed; concentration of introducing an impurity to give the conductivity to a semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 14, wherein the higher than the concentration of introducing an impurity to give the conductivity of the N type.
【請求項16】 前記第一の非晶質珪素膜を結晶化す
る加熱の温度が550℃以下であることを特徴とする請
求項1乃至請求項15のいずれか一に記載の半導体装置
作製方法。
16. A semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 15 the temperature of the heating for crystallizing the first amorphous silicon film is characterized in that at 550 ° C. or less .
【請求項17】 前記第一の非晶質珪素膜を結晶化す
る加熱及び前記第二の非晶質珪素膜を結晶化する加熱の
温度が550℃以下であることを特徴とする請求項1乃
至請求項16のいずれか一に記載の半導体装置作製方
法。
17. The method according to claim 1, wherein a temperature of heating for crystallizing the first amorphous silicon film and a temperature of heating for crystallizing the second amorphous silicon film are 550 ° C. or less. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16 .
【請求項18】 前記第一の非晶質珪素膜を結晶化す
る加熱及び前記第二の非晶質珪素膜を結晶化する加熱の
温度及び時間が550℃以下及び8時間以下であること
を特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれか一に記
載の半導体装置作製方法。
18. The temperature and time of heating for crystallizing the first amorphous silicon film and heating for crystallizing the second amorphous silicon film are 550 ° C. or less and 8 hours or less. the semiconductor device manufacturing method according to any one of claims 1 to 18, characterized.
【請求項19】 前記第一の非晶質珪素膜を結晶化す
る加熱及び前記第二の非晶質珪素膜を結晶化する加熱の
温度及び時間が450℃〜550℃及び8時間以下であ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれか
一に記載の半導体装置作製方法。
19. The temperature and time of heating for crystallizing the first amorphous silicon film and heating for crystallizing the second amorphous silicon film are 450 ° C. to 550 ° C. and 8 hours or less. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 18 , wherein:
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