JP3375692B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3375692B2 JP26435993A JP26435993A JP3375692B2 JP 3375692 B2 JP3375692 B2 JP 3375692B2 JP 26435993 A JP26435993 A JP 26435993A JP 26435993 A JP26435993 A JP 26435993A JP 3375692 B2 JP3375692 B2 JP 3375692B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板上
に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有する半導
体装置及びその作製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にTFTを有する
半導体装置としては、これらのTFTを画素の駆動に用
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, active type liquid crystal display devices and image sensors using these TFTs for driving pixels are known.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等の非単結晶珪素半導体が知られている。以下において
は、これら結晶性を有する非単結晶珪素半導体を結晶性
珪素ということとする。
Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. The thin-film silicon semiconductor is roughly classified into two, that is, an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are the most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be relatively easily manufactured by the vapor phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to the silicon semiconductors it has,
In order to obtain higher speed characteristics in the future, establishment of a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor has been strongly demanded. As the crystalline silicon semiconductor, non-single crystalline silicon such as polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, and semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous. Semiconductors are known. Hereinafter, the non-single crystal silicon semiconductor having crystallinity will be referred to as crystalline silicon.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、 (1) 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (2) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光
のエネルギーにより結晶性を有せしめる。 (3) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギ
ーを加えることにより結晶性を有せしめる。 と言った方法が知られている。しかしながら、(1)の
方法は良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡
って均一に成膜することが技術上困難であり、また成膜
温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコストの問題もあった。また、(2)
の方法は、現在最も一般的に使用されているエキシマレ
ーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さいた
め、スループットが低いという問題がまずあり、また大
面積基板の全面を均一に処理するにはレーザーの安定性
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。(3)
の方法は、(1)、(2)の方法と比較すると大面積に
対応できるという利点はあるが、やはり加熱温度として
600℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている7059ガラスの場合には、歪
み点が593℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。
As a method for obtaining these thin film silicon semiconductors having crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed and crystallized by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed in advance and heat energy is applied so that the film has crystallinity. The method is said to be known. However, in the method (1), it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor physical properties over the entire surface of the substrate, and since the film forming temperature is as high as 600 ° C. or more, it is inexpensive. There was also a cost problem that the glass substrate could not be used. Also, (2)
In the case of the most commonly used excimer laser, the method of (1) has a problem that throughput is low because the irradiation area of the laser beam is small, and the entire surface of a large area substrate is uniformly processed. The laser is not stable enough, and there is a strong sense that it is a next-generation technology. (3)
The method (1) has an advantage of being able to handle a large area as compared with the methods (1) and (2), but it is still necessary to set the heating temperature to a high temperature of 600 ° C. or higher, and an inexpensive glass substrate is used. Considering this, it is necessary to further lower the heating temperature. In particular, in the case of current liquid crystal display devices, the screen size is increasing, and therefore it is necessary to use a large glass substrate as well. When such a large glass substrate is used, shrinkage or distortion in the heating step, which is indispensable for semiconductor fabrication, lowers the accuracy of mask alignment and the like, which is a serious problem. Particularly, in the case of 7059 glass which is most commonly used at present, the strain point is 593 ° C., and the conventional heat crystallization method causes a large deformation. In addition to the problem of temperature, in the present process, the heating time required for crystallization reaches several tens of hours or more, so it is necessary to further shorten the heating time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、TFTの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, in a method of manufacturing a thin film of a crystalline silicon semiconductor using a method of crystallizing a thin film of amorphous silicon by heating, the temperature required for crystallization is lowered and the time is shortened. Its purpose is to provide a process that achieves both. Of course, the crystalline silicon semiconductor manufactured by using the process provided by the present invention has physical properties equal to or higher than those manufactured by the conventional technique and can be used for the active layer region of the TFT. It goes without saying that there is.

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

【0007】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まって、膜厚方向に比較的ランダムに
結晶成長していくことが認められた。
First, as an experimental fact, when an amorphous silicon film is formed on a glass substrate and the mechanism of crystallizing this film by heating is examined, crystal growth starts from the interface between the glass substrate and amorphous silicon. It was confirmed that the crystals grow relatively randomly in the film thickness direction.

【0008】上記現象は、界面における不均一核生成に
おいては、その臨界核が小さいことが理由の一つと考え
られるが、より直接的には、ガラス基板と非晶質珪素膜
との界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基
となる種)が存在しており、その核から結晶が成長して
いくことに起因すると考察される。このような結晶核
は、基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガ
ラス表面の結晶成分、あるいは表面の微細な凹凸等であ
ると考えられる。
The above phenomenon is considered to be one of the reasons that the critical nuclei are small in the heterogeneous nucleation at the interface, but more directly, at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, It is considered that there is a crystal nucleus (a seed that is a basis for crystal growth) that is a basis for crystal growth, and it is considered that the crystal grows from the nucleus. Such crystal nuclei are considered to be impurity metal elements present in a trace amount on the substrate surface, crystal components on the glass surface, or fine irregularities on the surface.

【0009】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。
Therefore, it is thought that the crystallization temperature can be lowered by more positively introducing the crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal is formed on the substrate, An experiment was conducted to form a thin film of amorphous silicon on the top and then perform heat crystallization. As a result, a decrease in crystallization temperature was confirmed when several metals were formed on the substrate, and it was expected that crystal growth with foreign particles as crystal nuclei occurred. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals that could be lowered in temperature was investigated in more detail.

【0010】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の2段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。
Crystallization can be considered by dividing it into two stages: initial nucleation and crystal growth from the nuclei. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time until a point-like fine crystal is generated at a constant temperature, and this time is any value in the thin film on which the impurity metal is formed. The case was shortened, and the effect of introducing crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed. And, unexpectedly, the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, and it was found that after depositing a certain metal, the amorphous silicon thin film deposited on it was deposited. In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism will be described in detail later.

【0011】いずれにしろ、上記2つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、580℃以下の温度で4〜8時間程
度の時間で十分な結晶性が得られることが判明した。こ
の様な効果を多少なりとも有する不純物金属の一例とし
て、インジウム、タリウム、アンチモン、ビスマス、
錫、鉛、が挙げられるが、我々の実験において最も効果
が顕著であった材料が鉛であった。そこで、以下に鉛を
添加した場合に限定して説明を加えていくことにする。
In any case, due to the above two effects, it has not been possible in the past to form a small amount of a certain kind of metal on a thin film of amorphous silicon and then heat crystallization. It has been found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or lower in about 4 to 8 hours. Examples of the impurity metals having such effects to some extent include indium, thallium, antimony, bismuth,
Tin and lead can be mentioned, but lead was the most effective material in our experiments. Therefore, the description will be limited to the case where lead is added below.

【0012】まず、低温結晶化の効果を、鉛がどの程度
有するのか一例を挙げると、なんら処理を行なわない、
即ち鉛の微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニン
グ7059)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪
素からなる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶
化する場合、その加熱温度として600℃とした場合、
加熱時間として10時間以上の時間を必要としたが、鉛
の微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素からなる薄
膜を用いた場合には、1時間程度の加熱において同様な
結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化の判断
はラマン分光スペクトルを利用した。このことだけから
も、鉛の効果が非常に大きいことが判るであろう。
First, to give an example of how much lead has the effect of low temperature crystallization, no treatment is performed.
That is, when a thin film made of amorphous silicon formed by the plasma CVD method is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere on a substrate on which a thin film of lead is not formed (Corning 7059), the heating temperature is When the temperature is 600 ° C,
Although a heating time of 10 hours or more was required, when a thin film made of amorphous silicon on a substrate on which a thin film of lead was formed was used, the same crystallization was achieved by heating for about 1 hour. I was able to get the status. In addition, Raman spectroscopy spectrum was utilized for the judgment of crystallization at this time. From this alone, it can be seen that the effect of lead is very large.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
鉛の微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素からなる
薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結晶化に
要する時間の短縮が可能である。そこで、このプロセス
をTFTの製造に用いることを前提に、さらに詳細な説
明を加えていくことにする。
[Means for Solving the Problems] As can be seen from the above description,
If a thin film of amorphous silicon is formed after a thin film of lead is formed, the crystallization temperature can be lowered and the time required for crystallization can be shortened. Therefore, on the premise that this process is used for manufacturing a TFT, a more detailed description will be added.

【0014】まず鉛の添加の方法について説明する。鉛
の微量添加は、基板上に微量な鉛金属薄膜を成膜し、そ
の後非晶質珪素を成膜する方法、あるいはイオン注入に
よって鉛を非晶質珪素薄膜内に直接導入する方法、ある
いは先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量な鉛薄膜
をスパッタ法によって成膜する方法のいずれかにおいて
低温結晶化が達成された。しかしながら、先に非晶質珪
素を成膜し、その上から微量な鉛薄膜を蒸着法によって
成膜する方法の場合には、かなり多量の鉛を添加しない
と低温結晶化が達成されなかった。このことは、結晶成
長機構と大きく関係したことがらであり、それを説明す
るために以下に非晶質珪素の結晶成長理論、及び鉛を添
加した場合に変化する要素を追っていくことにする。
First, a method of adding lead will be described. A small amount of lead is added by forming a small amount of a lead metal thin film on a substrate and then forming amorphous silicon, or by directly introducing lead into the amorphous silicon thin film by ion implantation, or Low-temperature crystallization was achieved by any one of the methods in which amorphous silicon was formed into a film and a small amount of lead thin film was formed thereon by sputtering. However, in the case of a method in which amorphous silicon is first formed and then a small amount of lead thin film is formed thereon by vapor deposition, low temperature crystallization cannot be achieved unless a considerably large amount of lead is added. This is because it is largely related to the crystal growth mechanism, and in order to explain it, the crystal growth theory of amorphous silicon and the factors that change when lead is added will be described below.

【0015】上述の通り、鉛等の金属を添加しない純粋
な非晶質珪素の場合には、基板界面等の結晶核からラン
ダムに核が発生し、その核からの結晶成長も同様にラン
ダムで、作製方法によっては(110)或いは(11
1)に比較的配向した結晶が得られることが報告されて
おり、当然ながら薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長
が観測される。
As described above, in the case of pure amorphous silicon to which a metal such as lead is not added, nuclei are randomly generated from crystal nuclei at the substrate interface or the like, and crystal growth from the nuclei is also random. , (110) or (11) depending on the manufacturing method.
It has been reported in 1) that relatively oriented crystals are obtained, and of course almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film.

【0016】まずこの機構を確認すべく、DSC(示差
走査熱量計)による解析を行った。プラズマCVDで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ700℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば10℃/minの速度で行った
場合には700.9℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を3種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ3.04eVという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。
First, in order to confirm this mechanism, analysis by DSC (differential scanning calorimeter) was performed. An amorphous silicon thin film formed on a substrate by plasma CVD was filled in a sample container with the substrate attached and the temperature was raised at a constant rate. Then,
A clear exothermic peak was observed at around 700 ° C., and crystallization was observed. This temperature naturally shifts when the temperature rising rate is changed, but when it was carried out at a rate of 10 ° C./min, for example, crystallization started from 700.9 ° C. Next, three types of temperature rising rates were measured, and the activation energy of crystal growth after initial nucleation was determined from them by the Ozawa method. Then, a value of about 3.04 eV was obtained. In addition, when the reaction rate equation was obtained by fitting with a theoretical curve, it was found that it was best explained by the disordered nucleation and its growth model, and nuclei were randomly generated from crystal nuclei such as the substrate interface. The validity of the model of crystal growth from nuclei was confirmed.

【0017】前述と全く同様の測定を、鉛を添加したも
のについても行ってみた。すると、10℃/minの速
度で昇温を行った場合には625.5℃から結晶化が開
始し、それら一連の測定から求めた結晶成長の活性化エ
ネルギーはおよそ2.3eVであって、結晶成長が容易
となっていることが数値的にも明らかとなった。
The same measurement as described above was carried out for the one to which lead was added. Then, when the temperature is raised at a rate of 10 ° C./min, crystallization starts from 625.5 ° C., and the activation energy of crystal growth obtained from the series of measurements is about 2.3 eV, It has also been numerically clarified that crystal growth is easy.

【0018】ここで、結晶化開始温度が低温化されるこ
とについては、前述の通り異物の効果として比較的容易
に考えられるのであるが、結晶成長の活性化エネルギー
まで下がった原因は何であろうか。この理由として、発
明者らは以下の様な理由を考えている。
Here, it is relatively easy to consider that the crystallization start temperature is lowered as an effect of the foreign matter as described above. What is the cause of lowering the activation energy for crystal growth? . As the reason for this, the inventors consider the following reasons.

【0019】非晶質の結晶化における核生成速度式及び
結晶成長速度式はAvramiらによる非常に優れた仕
事が残されており、それによると両式には母相と結晶相
との界面における原子の拡散定数が一次の積の形で含ま
れており、更に融点よりもかなり低温側では、成長速度
は主に拡散速度で決まることが示されている。其故に原
子の拡散定数を大きくすることにより結晶化の促進が可
能であることが理解される。その為の手法としては、
1.非晶質膜の粘性を変化させて、より珪素原子が動き
やすい環境にする。2.欠陥あるいは空孔等を大量に導
入し、珪素原子が動きやすい環境にする。の2つが考え
られる。そして、今回の鉛添加は、1.に相当すると考
えられ、膜の粘性を低下させている、あるいは更には鉛
の液相を介在とした結晶成長が発生していることが推測
される。
The nucleation rate equation and the crystal growth rate equation in the crystallization of amorphous material have very excellent work left by Avrami et al. According to these equations, both equations at the interface between the matrix phase and the crystal phase are left. The atomic diffusion constant is included in the form of a first-order product, and it is shown that the growth rate is mainly determined by the diffusion rate at a temperature much lower than the melting point. Therefore, it is understood that crystallization can be promoted by increasing the diffusion constant of atoms. As a method for that,
1. The viscosity of the amorphous film is changed to create an environment in which silicon atoms are easier to move. 2. A large number of defects or vacancies are introduced to create an environment in which silicon atoms are easy to move. There are two possibilities. And the lead addition this time is 1. It is assumed that the film viscosity is lowered, or that crystal growth is caused by the liquid phase of lead.

【0020】上記の機構により結晶化が促進されている
と考えると、鉛は少なくとも膜中に存在していることが
必要であり、前述の様に非晶質珪素膜上に鉛を成膜した
場合には、その部分だけが溶融し非晶質珪素には殆ど影
響が無いと考えられ、低温結晶化が達成されなかったこ
とが理解できる。また、イオン注入あるいはスパッタ法
の場合には、同様に非晶質珪素膜上からの処理である
が、ある程度膜中に深さを持って添加されている為に低
温結晶化が可能であったと考ることにより矛盾なく説明
が可能である。
Considering that crystallization is promoted by the above mechanism, it is necessary that at least lead is present in the film, and as described above, lead was formed on the amorphous silicon film. In this case, it is considered that only that portion melts and the amorphous silicon is hardly affected, and it can be understood that low temperature crystallization was not achieved. Further, in the case of the ion implantation or the sputtering method, the treatment is similarly performed from above the amorphous silicon film, but it is possible to perform the low temperature crystallization because it is added with a certain depth in the film. It can be explained consistently by considering.

【0021】次いで、上記鉛添加によって得られた結晶
性珪素膜の結晶形態について説明を加える。非晶質珪素
内部に添加した鉛は結晶化温度においてかなり広い領域
に拡散する。このことは、SIMS(二次イオン質量分
析)によって確認されている。そしてその結果、これら
拡散領域においても結晶化温度の低温化が達成されてい
る。そして、この鉛の直接添加領域と、その拡散領域に
おいては結晶形態がことなることが明らかとなった。即
ち、直接添加領域の結晶形態は添加していない部分とほ
ぼ同様に比較的ランダムに等方的な結晶成長をするのに
対し、その周辺の拡散領域は結晶が基板に概略水平方向
に、直接添加領域から放射線状に成長する様が確認され
た。これらは、いずれも結晶の初期核生成の違いによる
ものであろうと推測している。即ち、直接添加部分は、
それらの異物が結晶核になり、そこからランダムに成長
が起こるのに対し、周辺の拡散領域は、結晶核は前述の
縦方向に成長した直接添加部分の結晶であって、そこか
ら成長が始まるために必然的に放射線状に結晶成長する
と考えられるからである。そしてこの放射線状の結晶成
長は、鉛の融液を介在としているために、液相からの結
晶成長に近く、擬似的なエピタキシャルであると考えら
れる。また、基板に対して概略平行になる理由として
は、基板に対して平行なもの以外は、界面に衝突し、そ
こで結晶成長が終わってしまい、結果として平行なもの
だけが観察されるのだと考えている。以下、本明細書に
おいて、このように鉛の直接添加領域から周辺に伸びた
横方向の結晶成長領域を「横成長」領域と呼ぶことにす
る。
Next, the crystal morphology of the crystalline silicon film obtained by adding the lead will be described. Lead added to the inside of amorphous silicon diffuses in a fairly wide region at the crystallization temperature. This has been confirmed by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy). As a result, the crystallization temperature is lowered in these diffusion regions as well. Then, it has been clarified that the crystal morphology is different between the lead directly added region and the diffusion region. In other words, the crystal morphology of the directly added region isotropically grows relatively randomly in the same manner as in the non-added region, whereas in the peripheral diffusion region, the crystal is almost horizontal to the substrate. It was confirmed that the material grew radially from the added region. It is speculated that these may be due to the difference in the initial nucleation of crystals. That is, the directly added portion is
These foreign matters become crystal nuclei, and the growth occurs randomly from there, whereas in the peripheral diffusion region, the crystal nuclei are the crystals of the directly added portion that grew in the above-mentioned vertical direction, and the growth starts from there. Therefore, it is considered that the crystals are necessarily grown radially. This radial crystal growth is considered to be pseudo-epitaxial because it is close to the crystal growth from the liquid phase because the lead melt is interposed. In addition, the reason why it becomes almost parallel to the substrate is that, except for those parallel to the substrate, it collides with the interface and crystal growth ends there, and as a result only parallel ones are observed. thinking. Hereinafter, in this specification, the lateral crystal growth region extending from the direct addition region of lead to the periphery will be referred to as a “lateral growth” region.

【0022】次いで、鉛の添加量と結晶性との相関につ
いて述べる。量を制御可能な方法として、最も精度が高
いと考えられるイオン注入法を例に取ると、鉛の添加量
については、1×1017atoms/cm3 以上の量の
添加において低温結晶化が確認されているが、5×10
21atoms/cm3 以上の添加量においては、ラマン
分光スペクトルのピークの形状が珪素単体の物とは若干
ずれてくる傾向を有する。そこで実際に使用可能である
のは1×1017atoms/cm3 〜5×1021ato
ms/cm3 の範囲であると思われる。また、半導体物
性として、TFTの活性層に使用することを考えると、
この量を1×1021atoms/cm3以下に抑えるこ
とが必要である。次に、鉛を添加した場合の、直接添加
部分とその近傍の横成長部分についての電気特性を説明
する。直接添加部分の電気特性は、導電率に関しては添
加していない膜、例えば従来使用されている600℃程
度で数十時間結晶化を行ったもの、あるいは1000℃
程度で結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導
電率の温度依存性から活性化エネルギーを求めたとこ
ろ、鉛の添加量を前述の範囲の内、1017atoms/
cm3 〜1018atoms/cm3 程度とした場合に
は、約0.54eVと求められ、フェルミ面のシフトは
観測されなかった。即ち、鉛に起因すると思われる挙動
は発生していないと考えて良いと思われる。このこと
は、鉛が珪素と同属であり余分な価電子を持たないた
め、この程度の量では特に悪影響が出ない為と考えられ
る。勿論余りに多量の鉛添加は、電気陰性度の違いによ
る電荷の移動等が無視できなくなり、電子雲の形状が変
化して物性に悪影響がでることは十分に考えられる。し
かしながら、今回の程度の量では、全く問題は観測され
ていない。即ち、この実験事実からは、上記の濃度であ
ればTFTの活性層等として使用が可能であることが考
察される。
Next, the correlation between the amount of lead added and the crystallinity will be described. Taking the ion implantation method, which is considered to have the highest accuracy as a method capable of controlling the amount, as an example, regarding the amount of lead added, low temperature crystallization was confirmed when the amount of lead added was 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more. Yes, but 5 × 10
When the amount added is 21 atoms / cm 3 or more, the shape of the peak of the Raman spectrum tends to be slightly different from that of the simple substance of silicon. Therefore, 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 5 × 10 21 atoms can be actually used.
It seems to be in the range of ms / cm 3 . Also, considering that it is used as an active layer of a TFT as a semiconductor property,
It is necessary to suppress this amount to 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. Next, the electrical characteristics of the directly added portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof when lead is added will be described. Regarding the electrical characteristics of the directly added portion, regarding the conductivity, a film not added, for example, a film that has been used for crystallization at about 600 ° C. for several tens of hours, or 1000 ° C.
When the activation energy was calculated from the temperature dependence of the conductivity, the amount of lead added was 10 17 atoms /
When it was set to about cm 3 to 10 18 atoms / cm 3 , it was determined to be about 0.54 eV, and no shift of the Fermi surface was observed. That is, it can be considered that the behavior that is considered to be caused by lead has not occurred. This is presumably because lead has the same genus as silicon and does not have an extra valence electron, so that an amount of this amount has no particular adverse effect. Of course, it is fully conceivable that the addition of an excessively large amount of lead cannot neglect the movement of charges due to the difference in electronegativity and the shape of the electron cloud changes to adversely affect the physical properties. However, no problems have been observed with this amount. That is, from this experimental fact, it is considered that the above concentration can be used as an active layer of a TFT or the like.

【0023】それに対し、横成長部分は、導電率が鉛の
直接添加部分と比較して1桁程度高く、結晶性を有する
珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。このこ
とは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致したた
め、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少な
い、あるいは殆ど無かったことによるものと考えられ
る。即ち、キャリアの移動が横方向に成長した結晶の粒
界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい状
態が実現されている、と考えることができる。また、横
方向成長した領域の鉛の濃度は、鉛が直接添加された領
域よりもその濃度が約1桁低かった。これは、鉛の影響
を最小限に押さえつつ結晶性珪素膜を利用するためには
有用なことである。
On the other hand, the lateral growth portion has a conductivity of about one digit higher than that of the portion to which lead is directly added, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. It is considered that this is because the current passing direction coincided with the lateral growth direction of the crystal, so that there were few or almost no grain boundaries existing between the electrodes while the electrons passed therethrough. In other words, it can be considered that the carriers move along the grain boundaries of the crystals grown in the lateral direction, so that the carriers are easily moved. The lead concentration in the laterally grown region was about one digit lower than that in the region to which lead was directly added. This is useful for utilizing the crystalline silicon film while minimizing the influence of lead.

【0024】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でTFTに応用する方法について説明する。ここでTF
Tの応用分野としてはTFTを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。
Finally, a method of applying to a TFT based on the above-mentioned various characteristics will be described. Where TF
As an application field of T, an active matrix type liquid crystal display device using a TFT for driving a pixel is assumed.

【0025】前述の様に、最近の大画面のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮
みを抑えることが重要であるが、本発明の鉛添加プロセ
スを用いることにより、ガラスの歪み点に比較して十分
に低い温度で結晶化が可能であり、特に好適である。本
発明を用いれば、従来非晶質珪素を用いていた部分に、
鉛を微量添加し、500〜550℃程度で4〜8時間程
度結晶化させることにより、結晶性を有する珪素に置き
換えることが容易に可能である。勿論、デザインルール
等をそれ相応に変更する必要はあるが、装置、プロセス
共従来の物で十分に対応可能であり、そのメリットは大
きいものと考えられる。
As described above, in the recent large-screen active matrix type liquid crystal display device, it is important to suppress the shrinkage of the glass substrate. However, by using the lead addition process of the present invention, the strain point of the glass is reduced. It is possible to crystallize at a sufficiently low temperature as compared with the above, and it is particularly preferable. According to the present invention, in the portion where the amorphous silicon is conventionally used,
By adding a trace amount of lead and crystallizing it at about 500 to 550 ° C. for about 4 to 8 hours, it is possible to easily replace it with crystalline silicon. Needless to say, it is necessary to change the design rules and the like accordingly, but it is considered that the existing equipment for both the equipment and the process can suffice, and its merit is great.

【0026】しかも、今回の発明を用いれば、画素に用
いるTFTと、周辺回路のドライバーを形成するTFT
とを、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分
けることも可能であり、アクティブ型液晶表示装置への
応用に特にメリットが多い。画素に用いるTFTは、そ
れほどのモビリティは必要とされておらず、それよりは
オフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこで
本発明を用いる場合には、画素に用いるTFTのチャネ
ルとなるべき領域に鉛の直接添加を行うことによって、
結晶をランダムに成長させ、その結果チャネル方向に粒
界を多数形成してオフ電流を低下させることが可能であ
る。それに対して、周辺回路のドライバーを形成するT
FTは、今後ワークステーションへの応用等を考えた場
合には、非常に高いモビリティが必要である。そこで本
発明を応用する場合には、周辺回路のドライバーを形成
するTFTのチャネル近傍に鉛添加を行い、そこから横
方向に結晶を成長させ、その結晶成長方向をチャネルの
電流のパス方向と揃えることにより、非常に高いモビリ
ティを有するTFTを作製することが可能である。
Moreover, according to the present invention, the TFT used for the pixel and the TFT forming the driver of the peripheral circuit are used.
It is also possible to separately form and using the crystal forms according to the characteristics, which is particularly advantageous for application to the active liquid crystal display device. A TFT used for a pixel does not require so much mobility, and a smaller off-current is more advantageous than that. Therefore, when the present invention is used, by directly adding lead to a region to be a channel of a TFT used for a pixel,
It is possible to grow crystals randomly and, as a result, form a large number of grain boundaries in the channel direction to reduce the off current. On the other hand, T which forms the driver of the peripheral circuit
The FT will require extremely high mobility when it is considered to be applied to workstations in the future. Therefore, in the case of applying the present invention, lead is added in the vicinity of the channel of the TFT forming the driver of the peripheral circuit, and a crystal is grown in the lateral direction from that, and the crystal growth direction is aligned with the current path direction of the channel. This makes it possible to fabricate a TFT having extremely high mobility.

【0027】本発明は、結晶化のための微量元素である
鉛の微量添加を行い、そこから基板に平行な方向に2次
元的な結晶成長を行わせ、その内の概略平行である部
分、即ち1次元的な結晶成長が行われた領域を利用して
電子デバイスを構成することを特徴とする。特にこの領
域の結晶性を有する薄膜珪素半導体を用いて絶縁ゲイト
型電界効果トランジスタを形成する際に、そのチャネル
形成領域において、キャリアが移動する方向と珪素膜の
結晶成長方向とを概略揃えることによって、高移動度を
有するTFTを得ることができる。また、この基板に平
行な方向に結晶成長した結晶性珪素膜を利用して、ダイ
オード、トランジスタを集積化して形成することは有用
である。さらにまた、同一基板上にキャパシタ、抵抗等
を集積化することもできる。またこれらは、安価なガラ
ス基板を利用して構成できるという別な特徴を有する。
In the present invention, a trace amount of lead, which is a trace element for crystallization, is added, and two-dimensional crystal growth is carried out in the direction parallel to the substrate from which a substantially parallel portion is formed. That is, it is characterized in that the electronic device is constructed by utilizing the region where the one-dimensional crystal growth is performed. In particular, when an insulating gate type field effect transistor is formed by using a thin film silicon semiconductor having crystallinity in this region, by roughly aligning the carrier moving direction and the crystal growth direction of the silicon film in the channel forming region thereof. Therefore, a TFT having high mobility can be obtained. Further, it is useful to integrate and form a diode and a transistor by using a crystalline silicon film which is crystal-grown in a direction parallel to this substrate. Furthermore, capacitors, resistors and the like can be integrated on the same substrate. Further, these have another feature that they can be constructed by using an inexpensive glass substrate.

【0028】[0028]

【作用】第一の作用として、低温でかつ短時間に従来と
同等以上の特性を有する結晶性珪素膜を得ることが可能
である。
As a first function, it is possible to obtain a crystalline silicon film having characteristics equal to or higher than those of conventional ones at low temperature in a short time.

【0029】第二の作用として薄膜珪素半導体を用いた
半導体装置において、結晶性珪素膜の結晶成長方向をキ
ャリアの移動方向と概略揃えることにより、キャリアの
移動を結晶粒界に沿った方向とすることができ、キャリ
アを高移動度で動かすことができる。
As a second action, in a semiconductor device using a thin film silicon semiconductor, the movement of carriers is made to be a direction along a crystal grain boundary by roughly aligning the crystal growth direction of a crystalline silicon film with the movement direction of carriers. The carrier can be moved with high mobility.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に結晶シリコン
を用いたPチャネル型TFT(PTFTという)とNチ
ャネル型TFT(NTFTという)とを相補型に組み合
わせた回路を形成する例である。本実施例の構成は、ア
クティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイッチング素
子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージセンサや集
積回路に利用することができる。
[Embodiment 1] This embodiment is an example of forming a circuit in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) using crystalline silicon and an N-channel TFT (referred to as NTFT) are combined in a complementary type on a glass substrate. . The structure of this embodiment can be used for a switching element of a pixel electrode of an active type liquid crystal display device, a peripheral driver circuit, an image sensor and an integrated circuit.

【0031】特にキャリアを高速度で移動できるTFT
を作製することができるので、本実施例におけるTFT
回路をアクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺ドラ
バー回路に応用することは極めて有意義である。
In particular, a TFT capable of moving carriers at high speed
Since the TFT can be manufactured,
It is extremely meaningful to apply the circuit to the peripheral driver circuit of the active matrix type liquid crystal display device.

【0032】図1に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板(コーニング7059)101上にスパ
ッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜102を形成した。つぎにメタルマスクまたは酸化珪
素膜等によって形成されたマスク103を設ける。この
マスク103は、スリット状に下地膜102を露呈させ
る。即ち、図1(A)の状態を上面から見ると、スリッ
ト状に下地膜102は露呈しており、他ぼ部分はマスク
されている状態となっている。
FIG. 1 shows a sectional view of the manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-Å-thick silicon oxide base film 102 was formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. Next, a mask 103 formed of a metal mask or a silicon oxide film is provided. The mask 103 exposes the base film 102 in a slit shape. That is, when the state of FIG. 1A is viewed from above, the underlying film 102 is exposed in a slit shape, and the other portions are masked.

【0033】上記マスク103を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの鉛
からなる薄膜を100の領域に選択的に成膜する。
After the mask 103 is provided, a thin film of lead having a thickness of 5 to 200 Å, for example, 20 Å is selectively formed in 100 regions by the sputtering method.

【0034】つぎに、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)
の非晶質珪素膜104を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧),550℃、または不活性雰囲気化(大気圧),5
50℃、で4時間アニールして結晶化させる。この際、
鉛が選択的に成膜された100の領域においては、基板
101に対して垂直方向に結晶性珪素膜104の結晶化
が起こる。そして、領域100以外の領域では、矢印1
05で示すように、領域100から横方向(基板と平行
な方向)に結晶成長が行われる。
Next, an intrinsic (I type) having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 1000 Å, is formed by the plasma CVD method.
The amorphous silicon film 104 is formed. Then, in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the hydrogen partial pressure is 0.1 to 1 atm) at 550 ° C., or in an inert atmosphere (atmospheric pressure), 5
Crystallize by annealing at 50 ° C. for 4 hours. On this occasion,
In the 100 region where lead is selectively formed, the crystalline silicon film 104 is crystallized in the direction perpendicular to the substrate 101. In the areas other than the area 100, the arrow 1
As indicated by 05, crystal growth is performed from the region 100 in the lateral direction (direction parallel to the substrate).

【0035】また、この後に赤外光の照射によるランプ
アニールを行なって、結晶化を助長させてもよい。赤外
光(例えば波長1.2 μmの赤外線)によるアニールは、
赤外線が珪素半導体に選択的に吸収され、ガラス基板を
それほど加熱せず、しかも1回の照射時間を短くするこ
とで、ガラス基板に対する加熱を抑えることができ、極
めて有用である。ランプアニールを行なう場合には、被
照射面表面が600℃〜1000℃程度になるように、
600℃の場合は数分間、1000℃の場合は数秒間の
ランプ照射を行なうようにする。
Further, after this, lamp annealing may be performed by irradiation of infrared light to promote crystallization. Annealing with infrared light (for example, infrared light with a wavelength of 1.2 μm)
Infrared rays are selectively absorbed by the silicon semiconductor, the glass substrate is not heated so much, and the heating of the glass substrate can be suppressed by shortening the irradiation time once, which is extremely useful. When performing lamp annealing, the surface to be irradiated should be kept at about 600 ° C to 1000 ° C.
The lamp is irradiated for several minutes at 600 ° C. and for several seconds at 1000 ° C.

【0036】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜104を得ることができる。その
後、スパッタリング法によって厚さ1000Åの酸化珪
素膜106をゲイト絶縁膜として成膜する。スパッタリ
ングには、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタ
リング時の基板温度は200〜400℃、例えば350
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン/酸素=0〜0.5、例えば0.1以下とする。引き
続いて、スパッタリング法によって、厚さ6000〜8
000Å、例えば6000Åのアルミニウム(0.1〜
2%のシリコンを含む)を成膜する。なお、この酸化珪
素膜106とアルミニウム膜の成膜工程は連続的に行う
ことが望ましい。
As a result of the above process, the crystalline silicon film 104 can be obtained by crystallizing the amorphous silicon film. After that, a silicon oxide film 106 having a thickness of 1000 Å is formed as a gate insulating film by a sputtering method. For sputtering, silicon oxide is used as a target, and the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example 350.
The sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.1 or less. Subsequently, a thickness of 6000 to 8 is obtained by a sputtering method.
000Å, for example 6000Å aluminum (0.1 to
2% silicon) is deposited. It is desirable that the steps of forming the silicon oxide film 106 and the aluminum film are continuously performed.

【0037】そして、珪素膜104をパターニングし
て、ゲイト電極107、109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108、110を形成する。この陽極酸化は、酒
石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層108、110の厚さは200
0Åであった。なお、この酸化物108と110とは、
後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト
領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域
の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
Then, the silicon film 104 is patterned to form gate electrodes 107 and 109. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 108 and 110 on the surface. This anodic oxidation was performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The resulting oxide layers 108, 110 have a thickness of 200.
It was 0Å. The oxides 108 and 110 are
The thickness of the offset gate region is formed in the subsequent ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined by the anodizing process.

【0038】次に、イオンドーピング法によって、活性
層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成する)に一
導電型を付与する不純物を添加する。このドーピング工
程において、ゲイト電極107とその周囲の酸化層10
8、ゲイト電極109とその周囲の酸化層110をマス
クとして不純物(燐およびホウ素)を注入する。ドーピ
ングガスとして、フォスフィン(PH3 )およびジボラ
ン(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、40〜8
0kV、例えば65kVとする。ドース量は1×1015
〜8×1015cm-2、例えば、燐を2×1015cm-2
ホウ素を5×1015とする。ドーピングに際しては、一
方の領域をフォトレジストで覆うことによって、それぞ
れの元素を選択的にドーピングする。この結果、N型の
不純物領域114と116、P型の不純物領域111と
113が形成され、Pチャネル型TFT(PTFT)の
領域とNチャネル型TFT(NTFT)との領域を形成
することができる。
Next, an impurity imparting one conductivity type is added to the active layer region (which constitutes the source / drain and the channel) by the ion doping method. In this doping process, the gate electrode 107 and the oxide layer 10 around it are formed.
8. Impurities (phosphorus and boron) are implanted using the gate electrode 109 and the oxide layer 110 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) were used as the doping gas, and the acceleration voltage was 60 in the former case.
~ 90 kV, for example 80 kV, in the latter case 40-8
It is set to 0 kV, for example, 65 kV. The dose is 1 × 10 15
~ 8 × 10 15 cm -2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm -2 ,
Boron is 5 × 10 15 . Upon doping, one region is covered with a photoresist to selectively dope each element. As a result, N-type impurity regions 114 and 116 and P-type impurity regions 111 and 113 are formed, and a P-channel type TFT (PTFT) region and an N-channel type TFT (NTFT) region can be formed. .

【0039】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域には鉛が拡散しているので、このレー
ザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行し、P型
を付与する不純物がドープされた不純物領域111と1
13、さらにはNを付与する不純物がドープされた不純
物領域114と116は、容易に活性化させることがで
きる。
After that, annealing is performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used, but another laser may be used. The laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2 and 2 to 10 per place
Irradiate a shot, for example, two shots. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. In this laser annealing step, since lead has diffused into the previously crystallized region, recrystallization is easily promoted by irradiation with this laser beam, and impurities doped with P-type imparting impurities are doped. Area 111 and 1
13, and the impurity regions 114 and 116 doped with the impurity imparting N can be easily activated.

【0040】この活性化は、赤外光の照射によるランプ
アニールによるものでもよい。また公知の加熱によるも
のでもよい。しかし前述のように、赤外光によるアニー
ルはガラス基板に対する加熱を抑えることができ、極め
て有用である。ランプアニールを行なう場合には、被照
射面表面が600℃〜1000℃程度になるように、6
00℃の場合は数分間、1000℃の場合は数秒間のラ
ンプ照射を行なうようにする。
This activation may be performed by lamp annealing by irradiation with infrared light. Alternatively, known heating may be used. However, as described above, the annealing by infrared light can suppress the heating of the glass substrate and is extremely useful. When performing lamp annealing, the temperature of the surface to be irradiated should be adjusted to about 600 ° C to 1000 ° C.
When the temperature is 00 ° C., the lamp irradiation is performed for several minutes, and when the temperature is 1000 ° C., the lamp irradiation is performed for several seconds.

【0041】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線117、120、119を形成する。最
後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニー
ルを行い、TFTを相補型に構成した半導体回路を完成
した。(図1(D))
Then, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000Å is formed.
8 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and a TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 117, 120, and 119 are formed. Finally, annealing was carried out at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT structure. (Fig. 1 (D))

【0042】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。
The circuit shown above has a CMOS structure in which PTFT and NTFT are provided in a complementary type, but in the above process, two independent TFTs are formed at the same time by forming two TFTs at the same time and cutting them at the center. It is also possible to produce.

【0043】図2に、図1(D)を上面から見た概要を
示す。図2における符号は図1の符号に対応する。図2
に示すように結晶化の方向は矢印で示す方向であり、ソ
ース/ドレイン領域の方向(ソース領域とドレイン領域
を結んだ線方向)に結晶成長が行われている。この構成
のTFTの動作時において、キャリアはソース/ドレイ
ン間を横成長の結晶成長方向に沿って移動する。即ちキ
ャリアは横成長の結晶の結晶粒界に沿って平行に移動す
る。従って、キャリアが移動する際に受ける抵抗を低減
することができ、高移動度を有するTFTを得ることが
できる。
FIG. 2 shows an outline of FIG. 1 (D) as seen from above. The reference numerals in FIG. 2 correspond to those in FIG. Figure 2
As shown in FIG. 3, the crystallization direction is the direction indicated by the arrow, and the crystal growth is performed in the direction of the source / drain region (the line direction connecting the source region and the drain region). During operation of the TFT having this structure, carriers move between the source / drain along the crystal growth direction of lateral growth. That is, the carriers move in parallel along the grain boundaries of the laterally grown crystal. Therefore, the resistance received when the carriers move can be reduced, and a TFT having high mobility can be obtained.

【0044】本実施例においては、鉛を導入する方法と
して、非晶質珪素膜104下の下地膜102上に選択的
に鉛を薄膜(極めて薄いので、膜として観察することは
困難である)として形成し、この部分から結晶成長を行
わす方法を採用したが、非晶質珪素膜104を形成後
に、選択的に鉛添加を行っても良い。しかしながらこの
場合には、鉛が非晶質珪素膜内部に存在することが必要
であるので、蒸着よりはスパッタ、またはイオンドーピ
ング、イオン注入の如き手法を用いることが望ましい。
この場合には鉛の濃度を制御することができるという特
徴を有する。
In this embodiment, as a method of introducing lead, lead is selectively thinned on the base film 102 under the amorphous silicon film 104 (it is extremely thin, so it is difficult to observe it as a film). However, it is also possible to selectively add lead after the amorphous silicon film 104 is formed. However, in this case, since it is necessary for lead to exist inside the amorphous silicon film, it is preferable to use a technique such as sputtering, ion doping, or ion implantation rather than vapor deposition.
In this case, the lead concentration can be controlled.

【0045】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。また、N
チャネル型ではなくPチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の装置に利用することができる。即ち薄膜ト
ランジタと利用するのであれば、特にその用途が限定さ
れるものではない。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided in each pixel as a switching element in an active type liquid crystal display device. Although one pixel will be described below, a large number of pixels (generally several hundreds of thousands) are formed in the same structure. Also, N
It goes without saying that the P-channel type may be used instead of the channel type. Further, instead of being provided in the pixel portion of the liquid crystal display device, it can be used in the peripheral circuit portion. It can also be used for image sensors and other devices. That is, if it is used as a thin film transistor, its use is not particularly limited.

【0046】本実施例の作製工程の概略を図3に示す。
本実施例において、基板201としてはコーニング70
59ガラス基板(厚さ1.1mm、300×400m
m)を使用した。まず、下地膜203(酸化珪素)をス
パッタリング法で2000Åの厚さに形成する。この後
選択的に鉛を導入するために、メタルマスクや酸化珪素
膜、またはフォトレジスト等により、マスク203を形
成する。そして、スパッタリング法によって、厚さ5〜
200Å、例えば20Åの鉛からなる薄膜を成膜した。
An outline of the manufacturing process of this embodiment is shown in FIG.
In this embodiment, Corning 70 is used as the substrate 201.
59 glass substrate (thickness 1.1 mm, 300 x 400 m
m) was used. First, the base film 203 (silicon oxide) is formed to a thickness of 2000 Å by a sputtering method. After that, in order to selectively introduce lead, a mask 203 is formed with a metal mask, a silicon oxide film, a photoresist, or the like. Then, by the sputtering method, the thickness of 5
A thin film of 200 Å, for example, 20 Å lead was formed.

【0047】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を1000Åの厚さに形成
し、400℃で1時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧)、550℃で4時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。
After this, the LPCVD method or plasma C
An amorphous silicon film 205 is formed to a thickness of 1000 Å by the VD method, dehydrogenated at 400 ° C. for 1 hour, and then crystallized by heating annealing. This annealing step was performed at 550 ° C. for 4 hours in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to 1 atm). Further, this heat annealing step may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen.

【0048】このアニール工程において、非晶質珪素膜
205下の一部の領域には、鉛が成膜され、その部分が
溶融状態に近い状態をとるため、珪素の拡散速度が上昇
して低温から結晶成長が始まる。この結晶化の際、図3
(B)の矢印で示すように、鉛が成膜されている部分2
04では、基板201に垂直方向にシリコンの結晶成長
が進行する。また、同様に矢印で示されるように、鉛が
成膜されいていない領域(領域205以外の領域)にお
いては、基板に対し、平行な方向に結晶成長が行われ
る。
In this annealing step, lead is formed in a part of the region under the amorphous silicon film 205, and that part is in a state close to a molten state, so that the diffusion rate of silicon increases and the temperature becomes low. The crystal growth starts from. During this crystallization, FIG.
As shown by the arrow in (B), a portion 2 where lead is deposited
In 04, silicon crystal growth proceeds in the direction perpendicular to the substrate 201. Similarly, as indicated by an arrow, in a region where lead is not formed (a region other than the region 205), crystal growth is performed in a direction parallel to the substrate.

【0049】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜2
05を得ることができる。次に、上記半導体膜205を
パターニングして島状の半導体領域(TFTの活性層)
を形成する。さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ70〜120n
m、典型的には100nm)206を形成する。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために400℃以
下、好ましくは200〜350℃とする。
Thus, the semiconductor film 2 made of crystalline silicon
05 can be obtained. Next, the semiconductor film 205 is patterned to form an island-shaped semiconductor region (active layer of TFT).
To form. Furthermore, tetra-ethoxy-silane (TEO
S) as a raw material by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere by a silicon oxide gate insulating film (thickness 70 to 120 n
m, typically 100 nm) 206. The substrate temperature is 400 ° C. or lower, preferably 200 to 350 ° C., in order to prevent the glass from shrinking or warping.

【0050】次に、公知のシリコンを主成分とした膜を
CVD法で形成し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極207を形成する。その後、N型の不純物と
して、リンをイオンドーピング法で注入し、自己整合的
にソース領域208、チャネル形成領域209、ドレイ
ン領域210を形成する。そして、KrFレーザー光を
照射することによって、イオンドーピングのために結晶
性の劣化した珪素膜の結晶性を改善させる。このときに
はレーザー光のエネルギー密度は250〜300mJ/
cm2 とする。このレーザー照射によって、このTFT
のソース/ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/
cm2 となる。
Next, a known film containing silicon as a main component is formed by the CVD method, and patterning is performed.
A gate electrode 207 is formed. After that, phosphorus is implanted as an N-type impurity by an ion doping method to form the source region 208, the channel formation region 209, and the drain region 210 in a self-aligned manner. Then, by irradiating the KrF laser beam, the crystallinity of the silicon film whose crystallinity is deteriorated due to the ion doping is improved. At this time, the energy density of the laser light is 250 to 300 mJ /
cm 2 By this laser irradiation, this TFT
Source / drain sheet resistance is 300-800Ω /
It becomes cm 2 .

【0051】その後、酸化珪素によって層間絶縁物21
1を形成し、さらに、画素電極212をITOによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、TF
Tのソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層
膜で電極213、214を形成し、このうち一方の電極
213はITO121にも接続するようにする。最後
に、水素中で200〜300℃で2時間アニールして、
シリコンの水素化を完了する。このようにして、TFT
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。
After that, the interlayer insulator 21 is made of silicon oxide.
1 is formed, and the pixel electrode 212 is further formed of ITO. Then, a contact hole is formed and TF
Electrodes 213 and 214 are formed in the source / drain regions of T by a chromium / aluminum multilayer film, and one of these electrodes 213 is also connected to the ITO 121. Finally, anneal in hydrogen at 200-300 ° C for 2 hours,
Complete hydrogenation of silicon. In this way, the TFT
To complete. This step is simultaneously performed on many other pixel regions at the same time.

【0052】本実施例で作製したTFTは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが放射線状、その内でも概略
平行な結晶の結晶粒界に沿って移動することになるか
ら、キャリアの移動度の高いTFTを得ることができ
た。本実施例で作製したTFTはNチャネル型であり、
その移動度は、90〜130(cm2 /Vs)であっ
た。従来の600℃、48時間の熱アニールによる結晶
化によって得られた結晶シリコン膜を用いたNチャネル
型TFTに移動が、80〜100(cm2 /Vs)であ
ったことと比較すると、これはこれは大きな特性の向上
である。
The TFT manufactured in this example uses a crystalline silicon film which is crystal-grown in the carrier flow direction as an active layer forming a source region, a channel forming region and a drain region. Since the carriers do not cross over, that is, the carriers move radially, and even within them, move along the crystal grain boundaries of the crystals that are substantially parallel to each other, it is possible to obtain a TFT with high carrier mobility. The TFT manufactured in this example is an N-channel type,
The mobility was 90 to 130 (cm 2 / Vs). Compared with the conventional migration of 80 to 100 (cm 2 / Vs) to an N-channel TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by thermal annealing at 600 ° C. for 48 hours, this is This is a great improvement in characteristics.

【0053】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Pチャネル型TFTを作製し、その移動度を測定す
ると、50〜80(cm2 /Vs)であった。これも従
来の600℃、48時間の熱アニールによる結晶化によ
って得られた結晶性珪素膜を用いたPチャネル型TFT
に移動が、30〜60(cm2 /Vs)であったことに
比較すると大きな特性の向上である。
A P-channel TFT was manufactured by the same manufacturing method as in the above step, and its mobility was measured to be 50 to 80 (cm 2 / Vs). This is also a P-channel TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by conventional thermal annealing at 600 ° C. for 48 hours.
This is a great improvement in characteristics in comparison with the movement of 30 to 60 (cm 2 / Vs).

【0054】〔実施例3〕本実施例は、実施例2に示す
TFTにおいて、結晶の成長方向に大して垂直な方向に
ソース/ドレインを設けた例である。即ち、移動する方
向が結晶成長方向とは垂直になっており、横成長部分の
結晶の結晶粒界を横切るようにしてキャリアが移動する
構成とした例である。このような構成とすると、ソース
/ドレイン間の抵抗を高くすることができる。これは、
横成長部分の放射線状に伸びた結晶の結晶粒界を横切る
ようにキャリアが移動しなければならないためである。
本実施例の構成を実現するには、実施例2に示す構成に
おいて、単にTFTをどのような向きで設けるかを設定
すればよい。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which the source / drain is provided in the TFT shown in Embodiment 2 in a direction substantially perpendicular to the crystal growth direction. That is, this is an example in which the moving direction is perpendicular to the crystal growth direction and the carriers move so as to cross the crystal grain boundaries of the crystals in the lateral growth portion. With such a structure, the resistance between the source and the drain can be increased. this is,
This is because the carriers must move so as to cross the crystal grain boundaries of the crystals radially extending in the lateral growth portion.
In order to realize the structure of this embodiment, it is sufficient to simply set the orientation of the TFT in the structure shown in the second embodiment.

【0055】〔実施例4〕本実施例は、実施例2に示す
構成において、TFTを設ける向き(ここではソース/
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでTFTの方向を決めることとする)を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、TFTの特性を選択することを要
旨とする。
[Embodiment 4] In this embodiment, in the structure shown in Embodiment 2, the direction in which a TFT is provided (source / source here)
It is defined by the line connecting the drain regions. That is, the characteristic of the TFT is selected by setting the direction of the TFT depending on the direction of carrier flow) at an arbitrary angle with the crystal growth direction of the crystalline silicon film with respect to the substrate surface.

【0056】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。
As described above, when carriers are moved in the crystal growth direction, the carriers move along the crystal grain boundaries, so that the mobility can be improved. on the other hand,
When carriers are moved in a direction perpendicular to the crystal growth direction, the carriers have to cross a large number of grain boundaries, so that the mobility of carriers decreases.

【0057】そこで、この2つの状態の間で、即ち結晶
成長方向とキャリアの移動する方向との角度を0〜90
°の範囲において設定することにより、キャリアの移動
度を制御することができる。また別な見方をするなら
ば、上記結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角
度設定することにより、ソース/ドレイン領域間の抵抗
を制御できることになる。勿論この構成は、実施例1に
示す構成にも利用することができる。この場合、図2に
示すスリット状の鉛微量添加領域100が0〜90°の
範囲で回転し、矢印105で示す結晶の成長方向と、ソ
ース/ドレイン領域を結ぶ線との角度が0〜90°範囲
で選択されることになる。そして、この角度が、0°に
近い場合は移動度が大きく、ソース/ドレイン間の電気
抵抗が小さい構成とすることができる。またこの角度が
90°に近い場合、移動度が小さく、ソース/ドレイン
間の抵抗が大きい構成とすることができる。
Therefore, between these two states, that is, the angle between the crystal growth direction and the moving direction of carriers is 0 to 90.
The carrier mobility can be controlled by setting in the range of °. From another point of view, the resistance between the source / drain regions can be controlled by setting the angle between the crystal growth direction and the carrier movement direction. Of course, this structure can also be used for the structure shown in the first embodiment. In this case, the slit-shaped lead trace amount addition region 100 shown in FIG. 2 rotates in the range of 0 to 90 °, and the angle between the crystal growth direction shown by the arrow 105 and the line connecting the source / drain regions is 0 to 90. ° will be selected in the range. When the angle is close to 0 °, the mobility is high and the electric resistance between the source / drain can be low. When this angle is close to 90 °, the mobility can be low and the resistance between the source and the drain can be large .

【0058】[0058]

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方
向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜
をTFTに利用するに際して、TFT内を移動するキャ
リアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせる
ことにより、キャリアの移動が横成長した結晶の結晶粒
界に沿って(平行に)移動する構成とすることができ、
高移動度を有するTFTを得ることができる。そしてそ
の作製方法も、鉛を微量に添加する以外は、従来のプロ
セスがほぼそのまま使用可能であり、かつ従来の結晶性
を有する非単結晶珪素半導体膜の作製方法に比較し、結
晶化に要する温度の低温化、時間の短縮を可能としてい
る。
[Effect] When a non-single crystal silicon semiconductor film having crystallinity provided on a substrate and crystal-grown in a direction parallel to the substrate surface is used for a TFT, the direction of carrier flow moving in the TFT is crystal-grown. It is possible to adopt a configuration in which the carrier movement moves along (parallel to) the grain boundary of the laterally grown crystal by combining with the direction in which
A TFT having high mobility can be obtained. As for the manufacturing method, the conventional process can be used almost as it is, except that a small amount of lead is added, and the crystallization is required as compared with the conventional manufacturing method of the non-single crystal silicon semiconductor film having crystallinity. It is possible to lower the temperature and shorten the time.

【0059】尚、本明細書においては、素子構造として
はプレーナー型の例を用いた。その為に基板としては、
ガラス基板、あるいはガラス上に絶縁性下地膜を成膜し
たものを使用した例を示した。しかしながら思想から明
らかな様に、本発明における基板としては、導電性の膜
が成膜されたガラス基板や、ボトムゲート型のTFTの
場合には、ゲート及びゲート絶縁膜等が設けられたもの
であっても基板として使用しうる。
In this specification, a planar type example is used as the element structure. Therefore, as a substrate,
An example in which a glass substrate or a substrate on which an insulating base film is formed is used is shown. However, as is clear from the idea, the substrate in the present invention is a glass substrate on which a conductive film is formed, and in the case of a bottom gate type TFT, a gate and a gate insulating film are provided. Even if it exists, it can be used as a substrate.

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

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

【図2】 実施例の概要を示す。FIG. 2 shows an outline of an example.

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

【符号の説明】 101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 珪素膜 105 結晶化の方向 106 ゲイト絶縁膜 107 ゲイト電極 108 陽極酸化層 109 ゲイト電極 110 陽極酸化層 111 ソース/ドレイン領域 112 チャネル形成領域 113 ドレイン/ソース領域 114 ソース/ドレイン領域 115 チャネル形成領域 116 ドレイン/ソース領域 117 電極 118 層間絶縁物 120 電極 119 電極 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 マスク 204 鉛微量添加領域 205 珪素膜 206 ゲイト絶縁膜 207 ゲイト電極 208 ソース/ドレイン領域 209 チャネル形成領域 210 ドレイン/ソース領域 211 層間絶縁物 213 電極 214 電極 212 ITO(画素電極)[Explanation of symbols] 101 glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 mask 104 Silicon film 105 Crystallization direction 106 Gate insulation film 107 Gate electrode 108 anodized layer 109 Gate electrode 110 Anodized layer 111 source / drain region 112 channel formation region 113 drain / source region 114 source / drain region 115 channel formation region 116 drain / source region 117 electrodes 118 Interlayer insulation 120 electrodes 119 electrodes 201 glass substrate 202 Base film (silicon oxide film) 203 mask 204 Lead trace addition area 205 Silicon film 206 Gate insulation film 207 Gate electrode 208 source / drain region 209 channel formation region 210 drain / source region 211 Interlayer insulator 213 electrode 214 electrodes 212 ITO (pixel electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/265 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 H01L 21/265

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中に選択的に鉛をイオンドーピング又
はイオン注入で添加し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
1. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, lead is selectively added to the amorphous silicon film by ion doping or ion implantation, and the amorphous silicon film is heated. A thin film transistor characterized in that a crystalline silicon film is formed by growing crystals from the lead-added region in a direction parallel to a substrate, and a source region, a drain region, and a channel formation region are formed from the crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device having:
【請求項2】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中に選択的に鉛をイオンドーピング又
はイオン注入で添加し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜に赤外光を照射し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
2. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, lead is selectively added to the amorphous silicon film by ion doping or ion implantation, and the amorphous silicon film is heated. Crystals are grown in a direction parallel to the substrate from the lead-added region to form a crystalline silicon film, the crystalline silicon film is irradiated with infrared light, and the crystalline silicon film is used as a source region and a drain region. And a method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, which comprises forming a channel formation region.
【請求項3】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中に選択的に鉛を1×1017atom
s/cm3〜1×1018atoms/cm3の濃度で添加
し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
3. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, and lead is selectively added to the amorphous silicon film at a concentration of 1 × 10 17 atom.
s / cm 3 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and the amorphous silicon film is heated to grow crystals in the direction parallel to the substrate from the region to which the lead is added to obtain crystalline silicon. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, which comprises forming a film, and forming a source region, a drain region, and a channel formation region from the crystalline silicon film.
【請求項4】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中に選択的に鉛を1×1017atom
s/cm3〜1×1018atoms/cm3の濃度で添加
し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜に赤外光を照射し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
4. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, and lead is selectively added to the amorphous silicon film at 1 × 10 17 atom.
s / cm 3 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and the amorphous silicon film is heated to grow crystals in the direction parallel to the substrate from the region to which the lead is added to obtain crystalline silicon. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, which comprises forming a film, irradiating the crystalline silicon film with infrared light, and forming a source region, a drain region, and a channel formation region from the crystalline silicon film.
【請求項5】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中にイオンドーピング又はイオン注入
によって選択的に鉛を1×1017atoms/cm3〜1
×1018atoms/cm3の濃度で添加し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
5. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, and lead is selectively added to the amorphous silicon film by ion doping or ion implantation at 1 × 10 17 atoms / cm 3 -1.
A concentration of × 10 18 atoms / cm 3 , and the amorphous silicon film is heated to grow a crystal in a direction parallel to the substrate from the lead-added region to form a crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, which is characterized in that a source region, a drain region, and a channel formation region are formed from a crystalline silicon film.
【請求項6】絶縁表面上に非晶質珪素膜を形成し、 前記非晶質珪素膜中にイオンドーピング又はイオン注入
によって選択的に鉛を1×1017atoms/cm3〜1
×1018atoms/cm3の濃度で添加し、 前記非晶質珪素膜を加熱し、前記鉛を添加した領域から
基板に平行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形
成し、 前記結晶性珪素膜に赤外光を照射し、 前記結晶性珪素膜からソース領域、ドレイン領域及びチ
ャネル形成領域を形成することを特徴とした薄膜トラン
ジスタを有する半導体装置の作製方法。
6. An amorphous silicon film is formed on an insulating surface, and lead is selectively added to the amorphous silicon film by ion doping or ion implantation at 1 × 10 17 atoms / cm 3 -1.
A concentration of × 10 18 atoms / cm 3 , and the amorphous silicon film is heated to grow a crystal in a direction parallel to the substrate from the lead-added region to form a crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, which comprises irradiating a crystalline silicon film with infrared light to form a source region, a drain region and a channel formation region from the crystalline silicon film.
【請求項7】請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域は前記鉛を添加した領域と異なる
ことを特徴とした薄膜トランジスタを有する半導体装置
の作製方法。
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, wherein the channel formation region is different from the lead-added region.
【請求項8】絶縁表面上に選択的に鉛の薄膜を形成し、前記絶縁表面及び 前記鉛の薄膜に接して非晶質珪素膜を
形成し、 前記非晶質珪素膜を加熱し,前記鉛の薄膜から基板に平
行な方向に結晶を成長させて結晶性珪素膜を形成し、 前記結晶性珪素膜に赤外光を照射し、 前記結晶性珪素膜から不純物領域及びチャネル領域を形
成するPチャネル型薄膜トランジスタ及びNチャネル型
薄膜トランジスタからなるCMOSを形成する半導体装
置の作製方法であって、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタ及び前記Nチャネル
型薄膜トランジスタの前記不純物領域の界面は、前記鉛
の薄膜と重なり、 前記チャネル形成領域は前記鉛の薄膜と重ならないこと
を特徴とした薄膜トランジスタを有する半導体装置の作
製方法。
8. forming a thin film of lead selection択的over an insulating surface, wherein the insulating surface and an amorphous silicon film is formed in contact with a thin film of the lead, heating the amorphous silicon film, Crystals are grown from the lead thin film in a direction parallel to the substrate to form a crystalline silicon film, the crystalline silicon film is irradiated with infrared light, and an impurity region and a channel region are formed from the crystalline silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device for forming a CMOS including a P-channel thin film transistor and an N-channel thin film transistor, wherein an interface between the impurity regions of the P-channel thin film transistor and the N-channel thin film transistor overlaps with the lead thin film. A method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, wherein the channel formation region does not overlap with the lead thin film.
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