JP3431851B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3431851B2
JP3431851B2 JP05083899A JP5083899A JP3431851B2 JP 3431851 B2 JP3431851 B2 JP 3431851B2 JP 05083899 A JP05083899 A JP 05083899A JP 5083899 A JP5083899 A JP 5083899A JP 3431851 B2 JP3431851 B2 JP 3431851B2
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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、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 semiconductor device.

【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
等が知られている。
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, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known. .

【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 and crystallized by applying heat energy. 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り、ある程度の膜厚以上では基板表
面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。
First, as an experimental fact, when an amorphous silicon film was formed on a glass substrate and the mechanism of crystallizing this film by heating was examined, crystal growth started from the interface between the glass substrate and amorphous silicon. It was confirmed that when the film thickness exceeds a certain level, it progresses in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0008】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基と
なる種)が存在しており、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(結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる)であると考えられる。
According to the above phenomenon, a crystal nucleus (a seed which is a basis of crystal growth) which is a basis of crystal growth exists at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, and a crystal grows from the nucleus. It is considered that it is due to going. Such crystal nuclei are
It is considered to be a trace amount of impurity metal elements present on the substrate surface or crystal components on the glass surface (so-called crystallized glass is believed to contain silicon oxide crystal components on the glass substrate surface). To be

【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。このメカニズムは現状では明らかではない
が、なにがしかの触媒的な効果が作用しているものと推
測される。
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 is not clear at present, but it is speculated that some catalytic effect is working.

【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
な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であ
り、我々が選択した材料がニッケルである。なお、この
結晶化への触媒作用を有する金属元素としては、Fe、
Co、Pd、Ptを挙げることができる。
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 for about 4 hours. Among the impurity metals having such an effect, the effect is most remarkable, and the material selected by us is nickel. In addition, as a metal element having a catalytic action for this crystallization, Fe,
Co, Pd, and Pt can be mentioned.

【0012】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニング70
59ガラス)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、ニ
ッケル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、4時間程度の加熱において
同様な結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化
の判断はラマン分光スペクトルを利用した。このことだ
けからも、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るで
あろう。
To give an example of the effect of nickel, there is no treatment, that is, on a substrate on which a very small amount of nickel thin film has not been formed (Corning 70).
59 glass) to be crystallized by heating a thin film of amorphous silicon formed by plasma CVD in a nitrogen atmosphere, when the heating 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 small amount of nickel thin film was formed was used, similar crystallization was achieved by heating for about 4 hours. 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 nickel 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、
ニッケル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。尚、後ほど詳述する
が、ニッケルの薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に
成膜しても同様の効果を有すること、及びイオン注入で
も同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連
の処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。
[Means for Solving the Problems] As can be seen from the above description,
When a thin film of amorphous silicon is formed after a thin film of nickel 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. As will be described later in detail, since the nickel thin film has the same effect not only on the substrate but also on the amorphous silicon, and because it was the same in the ion implantation, the present specification Then, this series of treatments will be referred to as "addition of a small amount of nickel".

【0014】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも、スピ
ンコーティング法でも、塗布法でも可能で、成膜方法は
問わないことが判明している。ただし、基板上に微量な
ニッケル薄膜を成膜する場合、7059ガラス基板の上
から直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同基板
上に酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッケル
薄膜を成膜した場合の方が効果がより顕著である。この
理由として考えられることとして、珪素とニッケルが直
接接触していることが今回の低温結晶化には重要であ
り、7059ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両
者の接触あるいは反応を阻害するのではないかというこ
とが挙げられる。
First, a method of adding a small amount of nickel will be described. To add a small amount of nickel, a method of forming a small amount of nickel thin film on a substrate and then forming amorphous silicon
The method of forming amorphous silicon first and then forming a small amount of nickel thin film on top of it also has the same effect of lowering the temperature. The film forming method is spin coating, vapor deposition, or spin coating. It has been proved that either a coating method or a coating method can be used, and the film forming method does not matter. However, when forming a small amount of nickel thin film on a substrate, rather than forming a small amount of nickel thin film directly on the 7059 glass substrate, a thin film of silicon oxide is formed on the same substrate The effect is more remarkable when a thin nickel thin film is formed. The possible reason for this is that direct contact between silicon and nickel is important for this low temperature crystallization, and in the case of 7059 glass, components other than silicon impede the contact or reaction between the two. It may be that it is.

【0015】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確
認された。ニッケルの量については、1×1015ato
ms/cm3 以上の量の添加において低温化が確認され
ているが、1021atoms/cm3 atoms/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明らかに異なることから、実際に
使用可能であるのは1×1015atoms/cm3 〜5
×1019atoms/cm3 の範囲であると思われる。
ニッケルの濃度が1×1015atoms/cm3 以下で
あると、ニッケル元素が局在し触媒としての機能が低下
する。また、ニッケルの濃度が5×1019atoms/
cm3 以上であると、NiSiの化合物となって半導体
特性が失われてしまう。そして、結晶化した状態におい
ては、ニッケルの濃度が少ない程、半導体としての使用
が可能である。以上のような考察から、半導体として、
TFTの活性層等に使用することを考えると、この量を
1×1015atoms/cm3 〜1×1019atoms
/cm3 に抑えることが必要である。
Further, as a method of adding a trace amount, it was confirmed that substantially the same effect was obtained by adding nickel by ion implantation, in addition to forming a thin film on or below the amorphous silicon. The amount of nickel is 1 × 10 15 ato
It has been confirmed that the addition of the amount of ms / cm 3 or more lowers the temperature. However, at the amount of addition of 10 21 atoms / cm 3 atoms / cm 3 or more, the peak shape of the Raman spectrum is different from that of silicon alone. Since it is clearly different, 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 is actually usable.
It is considered to be in the range of × 10 19 atoms / cm 3 .
When the concentration of nickel is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less, nickel element is localized and the function as a catalyst deteriorates. The nickel concentration is 5 × 10 19 atoms /
If it is 3 cm 3 or more, it becomes a NiSi compound and the semiconductor characteristics are lost. In the crystallized state, the lower the nickel concentration, the more usable as a semiconductor. From the above consideration, as a semiconductor,
Considering use in an active layer of a TFT or the like, this amount is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms.
It is necessary to keep it to / cm 3 .

【0016】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶形態について説明を加える。上述の通り、ニッケル
を添加しない場合には、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またある程度
の膜厚まではランダムに、さらに厚い薄膜については一
般的に(110)方向が基板に垂直方向に配列した柱状
の結晶成長が行われることが知られており、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。そ
れに対して、今回のニッケル微量添加したものについて
は、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部分で結晶
成長が異なるという特徴を有していた。即ち、ニッケル
を添加した領域については、添加したニッケルあるいは
その珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加し
ていないものと同様に基板にほぼ垂直に柱状の結晶が成
長することが透過電子線顕微鏡写真より明らかとなっ
た。そして、その近傍のニッケルを微量添加していない
領域においてさえも低温での結晶化が確認され、その部
分は基板に垂直方向が(111)に配列し、基板と平行
に針状あるいは柱状結晶が成長するという特異な結晶成
長が観測された。この基板に平行な横方向の結晶成長
は、ニッケルを微量添加した領域から、大きいものでは
数百μmも成長することが観測され、時間の増加及び温
度が高くなるに比例して成長量も増大することも判っ
た。例として、550℃4時間においては約40μm程
度の成長が観測された。しかも、透過電子線顕微鏡写真
によると、この大きな横方向の結晶は、いずれも単結晶
ライクであることが判明している。そして、このニッケ
ル微量添加部分、その近傍の横成長部分、更に遠方の非
晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行われ
ず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度をS
IMS(二次イオン質量分析法)により調べた所、横成
長部分はニッケル微量添加部分部分から約1桁少ない量
が検出され、非晶質珪素内での拡散が観測されている。
また、非晶質部分は更に約1桁少ない量が観測された。
このことと結晶形態との関係は現状では明らかではない
が、いずれにしろニッケル添加量とその位置制御によっ
て、所望の部分に所望の結晶形態の結晶性を有するシリ
コン薄膜を形成することが可能である。
Next, the crystal morphology in the case of adding a small amount of nickel will be described. As described above, when nickel is not added, nuclei are randomly generated from the crystal nuclei at the substrate interface, etc., and the crystal growth from the nuclei is also random up to a certain film thickness. It is known that columnar crystal growth in which the (110) direction is perpendicular to the substrate is performed, and of course almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film. On the other hand, the small amount of nickel added this time had a feature that the crystal growth was different between the nickel-added region and the vicinity thereof. That is, in the nickel-added region, the added nickel or its compound with silicon serves as crystal nuclei, and columnar crystals grow almost perpendicularly to the substrate similarly to the case where nickel is not added. It became clear from the micrograph. Then, crystallization at low temperature was confirmed even in a region in which a small amount of nickel was not added in the vicinity thereof, and in that part, needle-like or columnar crystals were arranged in the (111) direction perpendicular to the substrate and parallel to the substrate. An unusual crystal growth of growing was observed. It is observed that crystal growth in the lateral direction parallel to the substrate grows up to several hundreds of μm in a large region from the region where a small amount of nickel is added, and the growth amount increases in proportion to the increase in time and temperature. I knew that I would do it. As an example, a growth of about 40 μm was observed at 550 ° C. for 4 hours. Moreover, according to the transmission electron microscope photograph, it has been found that all the crystals in the large lateral direction are single crystal-like. The nickel concentration in the trace amount of nickel added portion, the lateral growth portion in the vicinity thereof, and the distant amorphous portion (the low temperature crystallization is not performed in the distant portion, the amorphous portion remains)
When examined by IMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy), the lateral growth portion was detected to be about one digit smaller than the nickel trace addition portion, and diffusion in amorphous silicon was observed.
In addition, the amorphous portion was observed to be smaller by about one digit.
The relationship between this and crystal morphology is not clear at present, but in any case, it is possible to form a silicon thin film having crystallinity of a desired crystal morphology in a desired portion by controlling the amount of nickel added and its position control. is there.

【0017】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十時
間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、ニ
ッケルの添加量を1017atoms/cm3 〜1018
toms/cm3 程度とした場合には、ニッケルの準位
に起因すると思われる様な挙動は観測されなかった。即
ち、この事実に限るならば、結晶性珪素半導体膜中のニ
ッケルの濃度が、1018atoms/cm3 以下である
場合には、この膜を用いて半導体装置、例えばTFTを
作製しても不都合はないということが分かる。
Next, the electrical characteristics of the above-mentioned trace amount nickel addition portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof will be described. The electrical characteristics of the portion with a small amount of nickel added are about the same as those of the film with almost no nickel added, that is, the values obtained by crystallization at about 600 ° C. for several tens of hours. When the activation energy was calculated from the property, the addition amount of nickel was 10 17 atoms / cm 3 to 10 18 a.
When it was set to about toms / cm 3, no behavior that could be attributed to the nickel level was observed. That is, if limited to this fact, when the concentration of nickel in the crystalline silicon semiconductor film is 10 18 atoms / cm 3 or less, it is inconvenient to manufacture a semiconductor device such as a TFT using this film. You can see that there is no.

【0018】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、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、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。
On the other hand, the lateral growth portion has a conductivity higher than that of the nickel trace addition portion by one digit or more, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. This is considered to be due to the fact that there was little or no grain boundaries existing during the passage of electrons between the electrodes because the current path direction was aligned with the lateral growth direction of the crystal,
It is consistent with the result of the transmission electron micrograph.

【0019】しかし、上記結晶の横方向成長部分を透過
電子線顕微鏡写真により詳細に観察すると、針状あるい
は柱状結晶の結晶方向が基板表面に対しては平行な方向
であっても、基板上方から見ると、枝状に成長する部分
が観察された。即ち、平均すると、針状あるいは柱状結
晶が同一方向に成長しているのだが、一部の結晶は斜め
方向に枝分かれして成長している様子が観察された。
However, when the laterally grown portion of the crystal is observed in detail by a transmission electron microscope photograph, even if the crystal direction of the needle-like or columnar crystal is parallel to the substrate surface, it is observed from above the substrate. As a result, a branching portion was observed. That is, on average, although needle-like or columnar crystals grew in the same direction, it was observed that some crystals were branched and grown in an oblique direction.

【0020】上記観察結果を考察した結果、本発明者ら
は以下のような結論に至った。基板中さらには基板と半
導体膜との界面近傍に存在している基板材料の結晶成分
や半導体膜中の結晶成分は、結晶成長の核となり得る
が、上記のような横方向成長においては、一様な方向へ
の結晶成長を阻害し、ランダムな結晶成長を助長してし
まう。
As a result of considering the above observation results, the present inventors have reached the following conclusions. The crystal component of the substrate material and the crystal component in the semiconductor film existing in the substrate and in the vicinity of the interface between the substrate and the semiconductor film can serve as nuclei for crystal growth. It hinders the crystal growth in such directions and promotes random crystal growth.

【0021】そこで、本発明においては、結晶成長を行
う領域の基板と非晶質珪素半導体膜(非晶質といっても
程度の問題として結晶成分は存在する)との界面および
その近傍の結晶成分を不活性な元素のイオン注入によっ
て、極力取り除き徹底的に非晶質化する。そして、結晶
核となるべき成分が無い状態において、横方向(基板表
面に平行な方向)に結晶成長を行わせることによって、
全体的に結晶の成長方向がそろった針状または柱状の結
晶成長を行わすことを要旨とする。特に不活性なイオン
の注入を基板内を中心に行うことによって、基板表面近
傍(基板表面に下地膜が形成されている場合には、その
下地膜表面を基板表面とみなす)、さらには基板と半導
体膜との界面、さらには半導体膜そのものを徹底的に非
晶質化し、結晶化の際に核となりうる結晶性を有する成
分を極力除去することを特徴とする。
Therefore, in the present invention, the crystal at the interface between the substrate in the region where the crystal is grown and the amorphous silicon semiconductor film (the crystal component exists as a matter of degree even if it is amorphous) and the vicinity thereof. The components are removed as much as possible by ion implantation of an inactive element and thoroughly amorphized. Then, in the state where there is no component to be a crystal nucleus, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate surface),
The gist is to perform needle-like or columnar crystal growth in which the crystal growth directions are uniform. In particular, by implanting inert ions mainly inside the substrate, the substrate surface (in the case where a substrate film is formed on the substrate surface, the substrate film surface is regarded as the substrate surface), and the substrate It is characterized in that the interface with the semiconductor film, and further the semiconductor film itself is thoroughly amorphized to remove as much as possible a crystalline component that can serve as a nucleus during crystallization.

【0022】このようにして選択的に結晶化をおこなわ
せしめて、結晶性珪素膜を得ることができるが、このよ
うな結晶性珪素膜の特性をより向上せしめんとすれば、
結晶化工程の後に、レーザーもしくはそれと同等な強光
を照射することによって、粒界等に残存する結晶化の不
十分な成分を結晶化させてやればよい。この工程におい
ては、残っていた非晶質成分は先の加熱工程によって形
成された結晶を核として結晶成長し、粒界が消滅してし
まうのでより高い特性を得ることができる。
In this way, a crystalline silicon film can be obtained by selective crystallization, but if the characteristics of such a crystalline silicon film are further improved,
After the crystallization step, a laser or intense light equivalent thereto may be irradiated to crystallize the insufficiently crystallized component remaining in the grain boundary or the like. In this step, the remaining amorphous component grows with the crystal formed by the previous heating step as a nucleus and the grain boundary disappears, so that higher characteristics can be obtained.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に実施例を示しより詳細に本
発明の説明を加えることとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below with reference to Examples.

【0024】[0024]

【実施例】〔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周辺ドライバー
回路やイメージセンサーに利用することができる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a circuit in which a P channel type TFT (referred to as PTFT) using crystalline silicon and an N channel type TFT (referred to as NTFT) are combined in a complementary type is formed on a glass substrate. This is an example. The configuration of this embodiment can be used for a peripheral driver circuit and an image sensor of an active liquid crystal display device.

【0025】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を形成する。つぎにマスクとなる酸化珪素膜
103を設ける。この酸化珪素膜103は、スリット状
に下地膜102を露呈させるもので、1000Å以上の
厚さが必要である。また、このマクス103にゲッタリ
ング効果を有する材料、例えばリンや塩素等を添加する
ことも有用である。こ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 base film 102 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å is formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. Next, a silicon oxide film 103 to be a mask is provided. The silicon oxide film 103 exposes the base film 102 in a slit shape, and needs to have a thickness of 1000 Å or more. It is also useful to add a material having a gettering effect, such as phosphorus or chlorine, to the mask 103. When this state is viewed from above, the underlying film 102 is exposed in a slit shape and the other portions are masked.

【0026】上記酸化珪素膜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
の珪化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦
2.5、例えば、x=2.0)98を100の領域に選
択的に成膜する。即ち、100で示される領域に選択的
にニッケル微量添加を行う。(図1(A))
After the silicon oxide film 103 is provided, the thickness is 5 to 200Å, for example, 20Å by the sputtering method.
Nickel silicide film (chemical formula NiSi x , 0.4 ≦ x ≦
2.5, for example, x = 2.0) 98 is selectively formed in the region of 100. That is, the trace amount of nickel is selectively added to the region indicated by 100. (Fig. 1 (A))

【0027】つぎに、マスクである酸化珪素膜103を
取り除き、プラズマCVD法によって、厚さ500〜1
500Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質珪
素膜104を成膜する。この非晶質珪素膜104は、結
晶性を有している膜でもよい。即ち、非単結晶珪素膜で
あればよい。さらに保護膜となる酸化珪素膜99を10
0〜1000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、
後のイオン注入時において、珪素膜104の表面がダメ
ージを受けることを防ぐために設けられるものである。
Next, the silicon oxide film 103 as a mask is removed, and a thickness of 500 to 1 is formed by plasma CVD.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film 104 of 500 Å, for example, 1000 Å is formed. The amorphous silicon film 104 may be a film having crystallinity. That is, any non-single crystal silicon film may be used. Further, a silicon oxide film 99 serving as a protective film is formed by 10
The film is formed to a thickness of 0 to 1000Å. This silicon oxide film is
It is provided in order to prevent the surface of the silicon film 104 from being damaged during the subsequent ion implantation.

【0028】そして、この珪素膜104に対して、不活
性な元素である珪素イオンの注入を全面に行う。この珪
素イオンの注入は、一様な方向への結晶成長を後の熱ア
ニール工程において行わすために、予め存在する基板
(ここでは下地膜102も含めて基板と考える)と非晶
質珪素半導体膜との界面における結晶成分(基板中の酸
化珪素結晶成分や非晶質半導体膜中の結晶成分)を除去
するためのものである。
Then, the entire surface of the silicon film 104 is implanted with silicon ions, which are inactive elements. The implantation of silicon ions is performed in order to perform crystal growth in a uniform direction in a subsequent thermal annealing step, and therefore a substrate (which is considered to be the substrate including the base film 102 here) that exists in advance and an amorphous silicon semiconductor are used. This is for removing crystal components (silicon oxide crystal component in the substrate and crystal component in the amorphous semiconductor film) at the interface with the film.

【0029】この珪素イオンの注入は、図5に示すよう
なドース量で注入されるように条件を設定する。図5に
おいて、点線で示す部分が、下地膜102と非晶質珪素
膜104との界面部分になる。そして、そのドーズ量の
最大値は、基板側にあって、5×1014cm-2とした。
また、この珪素イオンの注入時には、下地膜102(こ
こでは下地膜102が基板表面を構成すると考える)と
非晶質珪素膜104との界面を中心に、非晶質珪素膜1
04そのもの、非晶質珪素膜104と酸化珪素膜99と
の界面およびその近傍が非晶質化される。なお珪素イオ
ンのドーズ量は、1×1014〜9×1016cm-2とする
ことが好ましい。
The conditions for this silicon ion implantation are set so that the dose is as shown in FIG. In FIG. 5, a portion indicated by a dotted line is an interface portion between the base film 102 and the amorphous silicon film 104. The maximum dose amount was 5 × 10 14 cm -2 on the substrate side.
During the implantation of silicon ions, the amorphous silicon film 1 is centered on the interface between the base film 102 (here, the base film 102 constitutes the substrate surface) and the amorphous silicon film 104.
04 itself, the interface between the amorphous silicon film 104 and the silicon oxide film 99, and the vicinity thereof are amorphized. The dose of silicon ions is preferably 1 × 10 14 to 9 × 10 16 cm -2 .

【0030】この珪素イオンの注入工程において、非晶
質珪素膜表面は、酸化珪素膜99で覆われているので、
加速イオンのダメージを受けるのを低減することができ
る。また、ニッケル微量添加が行われた100の領域に
珪素イオンが注入されることを防ぐために、この領域上
にマスクを形成することも有用である。これは、イオン
注入時にニッケル元素の不要な拡散を防ぐためである。
In the step of implanting silicon ions, the surface of the amorphous silicon film is covered with the silicon oxide film 99.
The damage of accelerated ions can be reduced. It is also useful to form a mask on this region in order to prevent silicon ions from being implanted into the region of 100 where a small amount of nickel has been added. This is to prevent unnecessary diffusion of nickel element during ion implantation.

【0031】そして、酸化珪素珪素膜99を取り除き、
水素還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜
1気圧)または窒素雰囲気化(大気圧)において、55
0℃で4時間アニールして非晶質珪素膜104を結晶化
させる。この際、珪化ニッケル膜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105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。こ結晶化の温度は、450℃〜700℃の範囲にお
いて可能であるが、高いと従来の場合のようにガラス基
板の耐熱性の問題が生じる。
Then, the silicon oxide silicon film 99 is removed,
In a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to
55 at 1 atmosphere) or nitrogen atmosphere (atmospheric pressure)
The amorphous silicon film 104 is crystallized by annealing at 0 ° C. for 4 hours. At this time, in the region 100 where the nickel silicide film is selectively formed, the crystallization of the silicon film 104 occurs in the direction perpendicular to the substrate 101. Then, the area 100
In areas other than the area 100, as shown by an arrow 105,
Crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate). The crystallization temperature can be in the range of 450 ° C. to 700 ° C., but if it is high, the problem of heat resistance of the glass substrate arises as in the conventional case.

【0032】この横方向の結晶成長が行われる領域にお
いて、下地膜102と珪素膜104との界面及びその近
傍、さらには非晶質珪素膜そのものが、徹底的に非晶質
化されているので、矢印105で示す結晶化の際に、そ
の結晶化の方向を乱す原因となる結晶成分が存在せず、
一様な横方向成長を行わすことができる。
In the region where the crystal growth in the lateral direction is performed, the interface between the base film 102 and the silicon film 104 and its vicinity, and further the amorphous silicon film itself is thoroughly amorphized. In the crystallization shown by the arrow 105, there is no crystal component that disturbs the crystallization direction,
Uniform lateral growth can be achieved.

【0033】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、パターニングにより素子間分離を行い、さらにスパ
ッタリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜10
6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以下とした。引き続い
て、スパッタリング法によって、厚さ6000〜800
0Å、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. Thereafter, the elements are separated by patterning, and further the silicon oxide film 10 having a thickness of 1000 Å is formed by the sputtering method.
6 is formed as a gate insulating film. For sputtering, silicon oxide is used as a target, the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example 350 ° C., the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example 0.1 or less. did. Subsequently, a thickness of 6000 to 800 is obtained by a sputtering method.
0Å, eg 6000Å aluminum (0.1-2%
Of silicon) is deposited. It is desirable that the steps of forming the silicon oxide film 106 and the aluminum film are continuously performed.

【0034】そして、シリコン膜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2000
Åである。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, by patterning the silicon film,
Gate electrodes 107 and 109 are formed. 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 thickness of the obtained oxide layers 108 and 110 is 2000.
It is Å. Since the oxides 108 and 110 have a thickness to form the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodizing process.

【0035】次に、イオンドーピング法によって、結晶
性珪素膜の領域にゲイト電極107とその周囲の酸化層
108、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(B2 6 )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
〜80kV、例えば65kVとした。ドース量は1×1
15〜8×1015cm-2、例えば、燐を2×1015cm
-2、ホウ素を5×1015とした。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した。この結果、
N型の不純物領域114と116、P型の不純物領域1
11と113が形成され、Pチャネル型TFT(PTF
T)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た。
Next, impurities (phosphorus and boron) are implanted into the region of the crystalline silicon film by ion doping using the gate electrode 107 and the oxide layer 108 around it and the gate electrode 109 and the oxide layer 110 around it as masks. To do. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas, and the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV in the former case, and 40 kV in the latter case.
˜80 kV, for example 65 kV. The dose is 1 × 1
0 15 to 8 × 10 15 cm -2 , for example, phosphorus 2 × 10 15 cm
-2 and boron was set to 5 × 10 15 . When doping, cover one area with photoresist,
Each element was selectively doped. As a result,
N-type impurity regions 114 and 116, P-type impurity region 1
11 and 113 are formed, and P-channel type TFT (PTF
The region of T) and the region of the N-channel type TFT (NTFT) could be formed.

【0036】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。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ショット照射した。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ニッケル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1
11と113、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
ことができた。
After that, annealing was 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
Shot, for example, 2 shots were irradiated. 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 nickel has diffused into the previously crystallized region, recrystallization easily proceeds by the irradiation of this laser light, and the impurities doped with the impurity imparting P-type are doped. Area 1
11 and 113, and the impurity regions 114 and 116 doped with the impurity imparting N could be easily activated.

【0037】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を形成した。最
後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニー
ルをおこなった。以上の工程によって半導体回路が完成
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 were formed. Finally, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm. The semiconductor circuit is completed through the above steps. (Fig. 1 (D))

【0038】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. In the above process, two TFTs are formed at the same time and cut at the center, so that two independent TFTs are simultaneously formed. It is also possible to produce.

【0039】図2に、図1(D)を上面から見た概要を
示す。図2におけるNi添加領域が図1(A)で示され
る領域100の部分になる。横方向の結晶化は、Ni添
加領域から、矢印で示されるように基板に平行な方向に
概略そろった状態で行われる。そして、ソース/ドレイ
ン間を移動するキャリアの移動方向に針状あるいは柱状
に結晶が成長しているので、キャリアが移動する際に粒
界を横切ることが少なく、高移動度のTFTを得ること
ができる。
FIG. 2 shows an outline of FIG. 1 (D) as seen from above. The Ni-added region in FIG. 2 becomes a part of the region 100 shown in FIG. Crystallization in the lateral direction is performed in a state in which the Ni-added region is substantially aligned in the direction parallel to the substrate as shown by the arrow. Since the crystals grow like needles or columns in the moving direction of the carriers moving between the source / drain, the carriers rarely cross the grain boundaries, and a high mobility TFT can be obtained. it can.

【0040】例えば、図1(B)の工程における珪素イ
オンの注入を行わずに、結晶化を行った場合のTFTの
移動度は、PTFTで50〜60cm2 /Vsであった
ものが、本実施例において作製したPTFTでは、90
〜120cm2 /Vsと高移動度を得ることができた。
また、NTFTの場合も、珪素のイオン注入を行わない
場合には、その移動度が80〜100cm2 /Vsであ
ったものを、本実施例においては、150〜180cm
2 /Vsを得ることができた。
For example, the mobility of the TFT when crystallized without implanting silicon ions in the step of FIG. 1B was 50-60 cm 2 / Vs for PTFT. In the PTFT manufactured in the example, 90
A high mobility of 120 cm 2 / Vs could be obtained.
Also, in the case of NTFT, the mobility was 80 to 100 cm 2 / Vs when silicon ion implantation was not performed, but in the present embodiment, the mobility was 150 to 180 cm.
2 / Vs could be obtained.

【0041】本実施例においては、Ni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Ni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、アモルファスシリコン膜1
04を形成後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方
法でもよい。即ち、結晶成長はアモルファスシリコン膜
の上面から行ってもよいし、下面から行ってもよい。ま
た、予めアモルファスシリコンを成膜し、さらにイオン
ドーピング法を用いて、ニッケルイオンをアモルファス
シリコン膜104に選択的に注入する方法を採用しても
よい。この場合は、ニッケル元素の濃度を制御すること
ができるという特徴を有する。さらに、プラズマ処理に
よりニッケル微量添加を行うことも可能である。このプ
ラズマ処理によってニッケル元素を導入する場合には、
ニッケル微量添加を行おうとする半導体膜(例えば非晶
質珪素膜104)の下地(例えば下地酸化珪素膜10
2)上面か、半導体膜上面に対して行えばよい。またニ
ッケルの他にFe、Co、Pd、Ptを結晶化のための
触媒材料として用いた場合でも、同様な工程によって、
TFTを作製することができる。
In this embodiment, as a method of introducing Ni, Ni is selectively thin film 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). The amorphous silicon film 1 was formed as
A method of selectively forming a nickel silicide film after forming 04 may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film. Alternatively, a method of depositing amorphous silicon in advance and then selectively implanting nickel ions into the amorphous silicon film 104 by using an ion doping method may be adopted. In this case, there is a feature that the concentration of nickel element can be controlled. Further, it is possible to add a small amount of nickel by plasma treatment. When introducing nickel element by this plasma treatment,
A base (for example, the base silicon oxide film 10) of a semiconductor film (for example, the amorphous silicon film 104) to which a small amount of nickel is to be added.
2) It may be performed on the upper surface or the upper surface of the semiconductor film. Also, when Fe, Co, Pd, or Pt is used as a catalyst material for crystallization in addition to nickel, the same steps are performed.
A TFT can be manufactured.

【0042】〔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。
[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.

【0043】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ガラス基板を使用した。まずガラス基板201上に
下地膜202(酸化珪素)をスパッタ法で形成する。そ
してマスクとなる1000Å厚の酸化珪素膜203を形
成する。この酸化珪素膜は、204の領域で下地膜20
2を露呈するマスクとして機能する。この後珪化ニッケ
ル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタリン
グ法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの厚さ
に形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式NiS
x 、0.4≦x≦2.5、例えば、x=2.0で示さ
れる。
An outline of the manufacturing process of this embodiment is shown in FIG.
In this embodiment, Corning 70 is used as the substrate 201.
A 59 glass substrate was used. First, a base film 202 (silicon oxide) is formed on a glass substrate 201 by a sputtering method. Then, a 1000 Å thick silicon oxide film 203 to be a mask is formed. This silicon oxide film is formed on the base film 20 in the region 204.
It functions as a mask that exposes 2. After this, a nickel silicide film is formed. This nickel silicide film is formed by sputtering to a thickness of 5 to 200Å, for example, 20Å. This nickel silicide film has the chemical formula NiS
i x , 0.4 ≦ x ≦ 2.5, for example, x = 2.0.

【0044】この後、マスクである酸化珪素膜203を
除去した後、LPCVD法もしくはプラズマCVD法で
非晶質珪素膜205(厚さ300〜1500Å)を形成
し、さらに酸化珪素の保護膜200を500Åの厚さに
形成する。(図3(B))
After that, after removing the silicon oxide film 203 as a mask, an amorphous silicon film 205 (thickness 300 to 1500Å) is formed by LPCVD or plasma CVD, and a protective film 200 of silicon oxide is further formed. Form to a thickness of 500Å. (Fig. 3 (B))

【0045】そして、実施例1と同様な珪素イオンの注
入工程を経て、加熱アニールによって結晶化を行った。
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。この際、非晶質珪素膜205下の一部の領域には、
珪化ニッケル膜が成膜されているので、その部分では基
板に対し垂直方向に、他の部分では基板に対して平行な
方向に結晶成長が起こり、結晶性珪素膜を得ることがで
きる。
Then, through the same step of implanting silicon ions as in Example 1, crystallization was performed by heating annealing.
This annealing step is performed under a hydrogen reducing atmosphere (preferably,
The partial pressure of hydrogen was 0.1 to 1 atm) and the treatment was carried out at 550 ° C. for 4 hours. At this time, in a part of the region under the amorphous silicon film 205,
Since the nickel silicide film is formed, crystal growth occurs in that portion in the direction vertical to the substrate and in the other portion in the direction parallel to the substrate, and a crystalline silicon film can be obtained.

【0046】そして、この結晶性珪素よりなる半導体領
域(204で示される部分)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(TEOS)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700〜1200Å、ここでは1000
Å)206を形成する。
Then, the semiconductor region made of crystalline silicon (portion indicated by 204) is patterned to form an island-shaped semiconductor region (active layer of TFT). Further, by using tetra-ethoxy-silane (TEOS) as a raw material, a silicon oxide gate insulating film (thickness 700 to 1200Å, here 1000) is formed by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
Å) 206 is formed.

【0047】次に、シリコンのゲイト電極207を形成
する。その後、N型の不純物として、燐をイオンドーピ
ング法で結晶性珪素膜に自己整合的に注入し、TFTの
ソース/ドレイン208、209を形成する。さらに、
図3(C)に矢印で示すように、これにKrFレーザー
光を照射して、このイオンドーピングのために結晶性の
劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめる。このとき
にはレーザー光のエネルギー密度は250〜300mJ
/cm2 と設定する。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300〜80
0Ω/cm2 となる。
Next, a silicon gate electrode 207 is formed. After that, phosphorus is injected as an N-type impurity into the crystalline silicon film in a self-aligned manner by an ion doping method to form the source / drain 208, 209 of the TFT. further,
As indicated by an arrow in FIG. 3C, this is irradiated with a KrF laser beam to improve the crystallinity of the silicon film whose crystallinity is deteriorated due to this ion doping. At this time, the energy density of the laser light is 250 to 300 mJ
Set to / cm 2 . By this laser irradiation, the sheet resistance of the source / drain of this TFT is 300-80.
It becomes 0 Ω / cm 2 .

【0048】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
214はITOにも接続するようにする。クロム/アル
ミニウム多層膜は、下層にクロム膜20〜200nm、
典型的には100nm、上層にアルミニウム膜100〜
2000nm、典型的には500nmが成膜されてでき
ている。これらは連続的にスパッタ法にて形成すること
が望まれる。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が完成させる。そして、同時に作製し
た多数のTFTをマトリクス状に配列せしめてアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置とする。
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 region of T by a chromium / aluminum multilayer film, and one of these electrodes 214 is also connected to ITO. The chromium / aluminum multilayer film has a chromium film of 20 to 200 nm as a lower layer,
Typically 100 nm, with an aluminum film 100-
It is formed by depositing a film of 2000 nm, typically 500 nm. It is desired that these are continuously formed by a sputtering method. Finally, annealing in hydrogen at 200 to 300 ° C. for 2 hours completes the hydrogenation of silicon. In this way, the TFT is completed. Then, a large number of TFTs manufactured at the same time are arranged in a matrix to form an active matrix liquid crystal display device.

【0049】また、本実施例のTFTの概略を上面かた
見た図を図4に示す。図4には、TFT部分とニッケル
微量添加が行われた領域204とが示されている。図4
には、ソース/ドレイン領域208、210とチャネル
形成領域209、チャネル形成領域上方のゲイト電極2
07が示されている。熱アニールによる結晶化において
は、ニッケルが選択的に導入された領域204から、矢
印に示すように、基板に平行な方向にその成長方向がそ
ろった結晶成長が起こる。そしてこの基板に平行な方向
に結晶成長した結晶性珪素膜を用いて、ソース/ドレイ
ン領域208、210とチャネル形成領域209とが構
成される。TFTの動作時においては、キャリアはチャ
ネル形成領域、即ち領域208と210との間を移動す
るので、結晶成長方向がそろった結晶性珪素膜中におい
て、キャリアは粒界の影響をほとんど受けずに移動する
ことができる。即ち、高移動度を得ることができる。ま
た、横方向への結晶成長は40μm程度行われるので、
活性層の長さを40μm以下の長さとすることが好まし
い。またニッケル微量添加領域204がドレイン/ソー
ス領域210と重なってしまってもよい。ただし、チャ
ネル形成領域209とニッケル微量添加領域204とが
重なると、チャネル形成領域209において、結晶成長
の方向が基板に対して垂直方向となるので、注意が必要
である。
FIG. 4 shows a schematic top view of the TFT of this embodiment. FIG. 4 shows a TFT portion and a region 204 in which a small amount of nickel is added. Figure 4
Are the source / drain regions 208 and 210, the channel formation region 209, and the gate electrode 2 above the channel formation region.
07 is shown. In crystallization by thermal annealing, crystal growth occurs in which the growth direction is aligned in the direction parallel to the substrate from the region 204 into which nickel is selectively introduced, as shown by the arrow. The source / drain regions 208 and 210 and the channel formation region 209 are formed by using the crystalline silicon film that has been crystal-grown in the direction parallel to this substrate. During the operation of the TFT, the carriers move between the channel forming regions, that is, the regions 208 and 210. Therefore, the carriers are hardly affected by the grain boundaries in the crystalline silicon film in which the crystal growth directions are aligned. You can move. That is, high mobility can be obtained. In addition, since the crystal growth in the lateral direction is about 40 μm,
The length of the active layer is preferably 40 μm or less. Further, the nickel trace addition region 204 may overlap the drain / source region 210. However, when the channel formation region 209 and the nickel trace amount addition region 204 overlap, the crystal growth direction in the channel formation region 209 becomes vertical to the substrate, so care must be taken.

【0050】以上の実施例においては、結晶成長方向に
平行な方向にキャリアが流れるように、TFTを形成し
たが、このTFT内のキャリアの流れる方向と、結晶成
長方向とを適当に定めることにより、TFTの特性を制
御することができる。即ち、TFT内においてキャリア
の流れる方向(ソースとドレインを結ぶ線の方向)と、
結の晶成長方向との成す角度によって、キャリアが粒界
を横切る割合を制御することができるので、この角度を
制御することによって、キャリアが移動に際して受ける
抵抗をある程度制御することができる。
In the above embodiments, the TFT is formed so that the carriers flow in the direction parallel to the crystal growth direction. However, by appropriately determining the carrier flow direction in this TFT and the crystal growth direction. , TFT characteristics can be controlled. That is, the direction of carrier flow in the TFT (the direction of the line connecting the source and drain),
Since the ratio of the carriers crossing the grain boundaries can be controlled by the angle formed by the crystal growth direction of the crystals, by controlling this angle, it is possible to control the resistance that the carriers receive during the movement to some extent.

【0051】〔実施例3〕本実施例は、選択的に珪素イ
オンの注入を行うことにより、珪素イオンが打ち込まれ
なかった領域を選択的に結晶成分を有する珪素膜として
残し、この領域から珪素イオンが打ち込まれ非晶質化さ
れた領域へ横方向の結晶成長を行う例である。
[Embodiment 3] In this embodiment, by selectively implanting silicon ions, a region where silicon ions have not been implanted is selectively left as a silicon film having a crystal component, and silicon is implanted from this region. This is an example of laterally growing a crystal in a region which is made amorphous by being implanted with ions.

【0052】例えば図1に示す作製工程において、実施
例1と同様に100の領域に選択的にニッケル微量添加
を行い、さらに(B)の工程において、100の領域を
レジストによってマスクし、珪素イオンの注入を行う。
この際、珪素膜104を結晶性を有する膜として形成し
ておくとよい。すると、加熱による結晶化の際、100
の領域上の珪素膜104から、その周囲(珪素イオンが
注入されなかった領域)に矢印105で示すような結晶
成長を生じさせることができる。
For example, in the manufacturing process shown in FIG. 1, a small amount of nickel is selectively added to the 100 region in the same manner as in Example 1. Further, in the process of (B), the 100 region is masked with a resist to remove silicon ions. Injection.
At this time, the silicon film 104 is preferably formed as a film having crystallinity. Then, at the time of crystallization by heating, 100
Crystal growth as indicated by arrow 105 can be caused from the silicon film 104 on the region (1) to the periphery thereof (region where silicon ions are not implanted).

【0053】また、ニッケル微量添加を珪素膜104全
体に行っても同様な効果を得ることができる。ただしこ
の場合、ニッケルを触媒とした基板101に対する垂直
方向への結晶成長も同時に起こる。
The same effect can be obtained by adding a small amount of nickel to the entire silicon film 104. However, in this case, crystal growth in the direction perpendicular to the substrate 101 using nickel as a catalyst also occurs at the same time.

【0054】〔実施例4〕 図6に本実施例を示す。ガ
ラス基板601上に、厚さ1000〜5000Å、例え
ば、2000Åの酸化珪素膜602を形成した後、厚さ
300〜1500Å、例えば、500Åの非晶質珪素膜
603をプラズマCVD法によって形成した。さらに、
その上に、500〜1500Å、例えば、500Åの酸
化珪素膜604を形成した。これらの成膜は連続的にお
こなうことが望ましい。そして、酸化珪素膜604を選
択的にエッチングして、ニッケルを導入する窓605を
開けた。窓605はTFTのチャネルとなるべき部分を
避けて形成した。そして、スピンコーティング法によっ
てニッケル塩の膜607を形成した。この方法について
説明すると、まず、酢酸ニッケルもしくは硝酸ニッケル
を水もしくはエタノールによって希釈化して、25〜2
00ppm、例えば、100ppmの濃度にした。
[Embodiment 4] This embodiment is shown in FIG. After forming a silicon oxide film 602 having a thickness of 1000 to 5000Å, for example, 2000Å on a glass substrate 601, an amorphous silicon film 603 having a thickness of 300 to 1500Å, for example, 500Å is formed by a plasma CVD method. further,
A silicon oxide film 604 having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 500 Å, was formed thereon. It is desirable that these film formations be performed continuously. Then, the silicon oxide film 604 was selectively etched to open a window 605 for introducing nickel. The window 605 was formed so as to avoid a portion which should be a channel of the TFT. Then, a nickel salt film 607 was formed by spin coating. Explaining this method, first, nickel acetate or nickel nitrate is diluted with water or ethanol, and
The concentration was set to 00 ppm, for example, 100 ppm.

【0055】一方、基板を過酸化水素水もしくは過酸化
水素水とアンモニアの混合溶液に浸漬して、極めて薄い
酸化珪素膜を非晶質珪素膜の露出した部分(窓605の
領域)に形成した。これは、上記のように調製したニッ
ケル溶液と非晶質珪素膜の界面親和性を向上させるため
である。このような処理をほどこした基板をスピナーに
設置し、緩やかに回転させ、基板上にニッケル溶液を1
〜10ml、例えば、2ml滴下し、基板全面に溶液を
拡げた。この状態を1〜10分、例えば、5分保持し
た。その後、基板の回転数を上げてスピンドライをおこ
なった。この操作はさらに複数回繰り返してもよい。こ
のようにしてニッケル塩の薄い膜607を形成した。
(図6(A))
On the other hand, the substrate was immersed in hydrogen peroxide solution or a mixed solution of hydrogen peroxide solution and ammonia to form an extremely thin silicon oxide film on the exposed portion of the amorphous silicon film (the area of the window 605). . This is to improve the interfacial affinity between the nickel solution prepared as described above and the amorphous silicon film. The substrate treated in this way is placed in a spinner and gently rotated to apply 1 nickel solution onto the substrate.
10 ml, for example, 2 ml was dropped to spread the solution on the entire surface of the substrate. This state was held for 1 to 10 minutes, for example, 5 minutes. After that, the rotation speed of the substrate was increased and spin drying was performed. This operation may be repeated a plurality of times. Thus, a thin film of nickel salt 607 was formed.
(Fig. 6 (A))

【0056】そして、イオン注入法によって、珪素イオ
ンの注入をおこなった。この際には窓605の部分以
外、すなわち、酸化珪素膜604で覆われた領域におい
ては、珪素イオンが下地の酸化珪素膜602と非晶質珪
素膜603の界面に最も多くのイオンが注入されるよう
におこなった。なお、この際、窓605の領域では、酸
化珪素膜604が存在しないため、珪素イオンはより深
く注入される。その後、加熱炉において、520〜58
0℃、4〜12時間、例えば、550℃で8時間の加熱
処理をおこなった。雰囲気は窒素とした。この結果、ま
ず、窓605の直下の領域にニッケルが拡散し、この領
域から結晶化が始まった。そして、結晶化領域は矢印6
08に示すように、その周囲に拡がっていった。(図6
(B))
Then, silicon ions were implanted by the ion implantation method. At this time, in the region other than the window 605, that is, in the region covered with the silicon oxide film 604, the largest number of silicon ions are implanted into the interface between the underlying silicon oxide film 602 and the amorphous silicon film 603. I did so. At this time, since the silicon oxide film 604 does not exist in the region of the window 605, silicon ions are implanted deeper. Then, in a heating furnace,
The heat treatment was performed at 0 ° C. for 4 to 12 hours, for example, 550 ° C. for 8 hours. The atmosphere was nitrogen. As a result, first, nickel diffused into the region immediately below the window 605, and crystallization started from this region. The crystallization region is indicated by the arrow 6.
As shown in 08, it spread around it. (Fig. 6
(B))

【0057】その後、大気もしくは酸素雰囲気におい
て、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)もし
くはXeClエキシマレーザー光(波長308nm)を
1〜20ショット、例えば、5ショット照射して、さら
に結晶性を向上せしめた。エネルギー密度は200〜3
50mJ/cm2 、基板温度は200〜400℃とし
た。(図6(C))
Thereafter, in the air or oxygen atmosphere, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or XeCl excimer laser light (wavelength 308 nm) was irradiated for 1 to 20 shots, for example, 5 shots to further improve the crystallinity. Energy density is 200 to 3
The substrate temperature was 50 mJ / cm 2 and the temperature was 200 to 400 ° C. (Fig. 6 (C))

【0058】その後、珪素膜603をエッチングして、
TFTの領域を形成した。そして、全面に厚さ1000
〜1500Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜609
を形成し、実施例1の場合と同様にアルミニウムによっ
てPTFTのゲイト電極610、およびNTFTのゲイ
ト電極613、ならびに、それぞれの陽極酸化膜61
2、614によってゲイト電極部を形成した。
Then, the silicon film 603 is etched,
The area of the TFT was formed. And the thickness is 1000 on the whole surface.
~ 1500 Å, for example 1200 Å silicon oxide film 609
And the gate electrode 610 of the PTFT, the gate electrode 613 of the NTFT, and the respective anodic oxide films 61 are formed of aluminum as in the first embodiment.
A gate electrode portion was formed of 2,614.

【0059】そして、これらゲイト電極部をマスクとし
て、実施例1と同様にN型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法によって珪素膜中に注入した。この結果、
PTFTのソース615、チャネル616、ドレイン6
17、周辺回路のNTFTのソース620、チャネル6
19、ドレイン618が形成された。その後、実施例1
と同様に全面にレーザー照射をおこなって、ドーピング
された不純物の活性化をおこなった。(図6(D))
Then, using these gate electrode portions as masks, N-type and P-type impurities were implanted into the silicon film by the ion doping method as in the first embodiment. As a result,
PTFT source 615, channel 616, drain 6
17, peripheral circuit NTFT source 620, channel 6
19, a drain 618 was formed. Then, Example 1
Similarly to the above, the entire surface was irradiated with laser to activate the doped impurities. (Figure 6 (D))

【0060】その後、層間絶縁物として厚さ3000〜
8000Å、例えば、5000Åの酸化珪素膜621を
形成した。この後、TFTのソース/ドレインにコンタ
クトホールを形成し、さらに、スパッタリング法によっ
て、窒化チタン(厚さ1000Å)とアルミニウム(厚
さ5000Å)の2層膜を堆積して、これをパターニン
グ・エッチングして、電極・配線622〜624を形成
した。このようにして、横方向に成長した結晶性珪素に
よってPTFTとNTFTからなるインバータ回路を形
成することができた。(図6(E))
Thereafter, as an interlayer insulator, a thickness of 3000 to
A silicon oxide film 621 of 8000 Å, for example 5000 Å, was formed. After that, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and further, a two-layer film of titanium nitride (thickness 1000Å) and aluminum (thickness 5000Å) is deposited by the sputtering method, and this is patterned and etched. Thus, electrodes / wirings 622 to 624 were formed. In this way, an inverter circuit composed of PTFT and NTFT could be formed by the laterally grown crystalline silicon. (Fig. 6 (E))

【0061】本実施例では図6(C)にあるように、レ
ーザー照射をおこなう。この工程では、針状に成長した
珪素結晶間に残った非晶質成分まで結晶化され、しか
も、この結晶化は針状結晶を核として、針状結晶を太く
するように結晶化する。このことは電流の流れる領域を
拡げることとなり、より大きなドレイン電流を流すこと
ができる。この様子を図7に示す。図7は結晶化した珪
素膜を薄膜化して透過型電子顕微鏡(TEM)によって
観察したものである。図7(A)は横方向への成長によ
って結晶化した珪素膜の結晶化領域の先端付近を見たも
のであり、針状の結晶が観察される。さらに、その結晶
の間には結晶化していない非晶質領域が多く存在してい
るのが分かる。(図7(A))
In this embodiment, laser irradiation is performed as shown in FIG. 6 (C). In this step, the amorphous component remaining between the silicon crystals grown like needles is also crystallized, and this crystallization is performed by using the needle-like crystals as nuclei to thicken the needle-like crystals. This expands the region in which the current flows and allows a larger drain current to flow. This state is shown in FIG. FIG. 7 shows a thinned crystallized silicon film observed by a transmission electron microscope (TEM). FIG. 7A is a view of the vicinity of the tip of the crystallization region of the silicon film crystallized by lateral growth, and needle-like crystals are observed. Further, it can be seen that many non-crystallized amorphous regions exist between the crystals. (Figure 7 (A))

【0062】これを本実施例の条件でレーザー照射する
と、図7(B)のようになる。この工程によって、図7
(A)の大部分の面積を占めていた非晶質領域は結晶化
するが、この結晶化は乱雑に発生するため、電気的な特
性はあまり良くない。注目すべきは、中央付近に観察さ
れる針状結晶の間のもともと非晶質であったと思われる
領域の結晶状態である。ここは、針状結晶から結晶化成
長するように、太い結晶領域が形成されている。(図7
(B))
When this is irradiated with laser under the conditions of this embodiment, it becomes as shown in FIG. 7 (B). By this process, FIG.
The amorphous region, which occupies most of the area of (A), crystallizes, but this crystallization occurs randomly, and the electrical characteristics are not so good. What should be noted is the crystalline state of the region that was originally amorphous between the needle-like crystals observed near the center. Here, a thick crystal region is formed so as to grow by crystallization from a needle crystal. (Fig. 7
(B))

【0063】図7は分かりやすくするために、比較的、
非晶質領域の多い結晶成長の先端領域を観察したもので
あったが、結晶成長の根元付近や中央付近でも同様であ
る。このように、レーザー照射によって、非晶質部分を
減らし、針状結晶を太くすることができ、TFTの特性
をさらに向上せしめることができる。
In FIG. 7, for the sake of clarity,
Although the tip region of crystal growth with many amorphous regions was observed, the same is true near the root and center of crystal growth. As described above, by laser irradiation, the amorphous portion can be reduced and the needle crystal can be thickened, and the characteristics of the TFT can be further improved.

【0064】[0064]

【効果】選択的に特定の領域に結晶化を助長する金属元
素を導入し、この領域から横方向(基板に平行な方向)
に結晶成長をさせることによって、結晶成長方向の揃っ
た結晶性珪素膜を得ることができる。そして、この際に
横方向への結晶成長が行われる領域に予め結晶成分が存
在しないように、不活性イオンの注入によって、徹底的
に非晶質化を行わせ、さらに熱アニールをすることによ
って、結晶成長方向のそろった結晶性半導体膜を得るこ
とができる。そして、この膜を用いてTFTを作製する
ことによって、高移動度のTFTを得ることができる。
[Effect] A metal element that promotes crystallization is selectively introduced into a specific region, and a lateral direction (direction parallel to the substrate) is introduced from this region.
By performing crystal growth on the substrate, a crystalline silicon film having a uniform crystal growth direction can be obtained. Then, at this time, in order to prevent the crystal component from existing in the region where the crystal is grown in the lateral direction in advance, the ionization is performed thoroughly by the inert ion implantation, and the thermal annealing is performed. Thus, a crystalline semiconductor film having a uniform crystal growth direction can be obtained. Then, a TFT having high mobility can be obtained by manufacturing a TFT using this film.

【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】 実施例の作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of an example.

【図4】 実施例の概要を示す。FIG. 4 shows an outline of an example.

【図5】 珪素イオンのドーズ量を示す。FIG. 5 shows a dose amount of silicon ions.

【図6】 実施例の作製工程を示す。FIG. 6 shows a manufacturing process of an example.

【図7】 実施例の結晶構造を示す。FIG. 7 shows a crystal structure of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 100 ニッケルが導入される領域 99 保護膜(酸化珪素膜) 105 結晶成長方向 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 119 電極 120 電極 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 マスク 204 ニッケルが導入される領域 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 212 ITO(画素電極) 213 電極 214 電極 101 glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 mask 100 Area where nickel is introduced 99 Protective film (silicon oxide film) 105 Crystal growth direction 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 119 electrodes 120 electrodes 201 glass substrate 202 Base film (silicon oxide film) 203 mask 204 Area where nickel is introduced 206 Gate insulation film 207 Gate electrode 208 source / drain region 209 channel formation region 210 drain / source region 211 Interlayer insulator 212 ITO (pixel electrode) 213 electrode 214 electrodes

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−67635(JP,A) 米国特許5147826(US,A) JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSIC S,VOL.29,NO.12,pp.2698 −2704 Appl.Phys.Lett.,60 (2),pp.225−227 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 H01L 29/786 Continuation of front page (56) Reference JP-A-5-67635 (JP, A) US Pat. No. 5147826 (US, A) JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSIC S, VOL. 29, NO. 12, pp. 2698-2704 Appl. Phys. Lett. , 60 (2), pp. 225-227 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/20 H01L 29/786

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された下地膜と前記下地膜
上に形成されたソース領域、ドレイン領域及びチャネル
形成領域を有する結晶性の半導体膜と、 前記結晶性の半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有する
半導体装置において、 前記結晶性の半導体膜は、1×1019atoms/cm
3以下のニッケル元素を含有し、基板表面に対して平行
でかつ前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ線の方
向に成長した針状または柱状の結晶を有し、 前記結晶性の半導体膜において前記ソース領域と前記ド
レイン領域を結ぶ線の方向に結晶粒界が存在し、 前記結晶性の半導体膜には不活性元素のイオンが注入さ
れていること を特徴とする半導体装置。
1. A crystalline semiconductor film having a base film formed on a substrate, a source region, a drain region, and a channel formation region formed on the base film; and a crystalline semiconductor film formed on the crystalline semiconductor film. In the semiconductor device having a gate insulating film and a gate electrode formed on the gate insulating film, the crystalline semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 2.
Containing 3 or less nickel element, having a needle-like or columnar crystal grown in a direction parallel to the substrate surface and connecting the source region and the drain region, in the crystalline semiconductor film Grain boundaries exist in the direction of the line connecting the source region and the drain region, and ions of an inert element are implanted into the crystalline semiconductor film.
Wherein a being.
【請求項2】 Pチャネル型薄膜トランジスタとNチャ
ネル型薄膜トランジスタとを相補型に設けた半導体装置
において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタおよび前記Nチャネ
ル型薄膜トランジスタは、基板上に形成された下地膜
と、前記下地膜上に形成されたソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有する結晶性の半導体膜と、
前記結晶性の半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記結晶性の半導体膜は、1×1019atoms/cm
3以下のニッケル元素を含有し、基板表面に対して平行
でかつ前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ線の方
向に成長した針状または柱状の結晶を有し、 前記結晶性の半導体膜において前記ソース領域と前記ド
レイン領域を結ぶ線の方向に結晶粒界が存在し、 前記結晶性の半導体膜には不活性元素のイオンが注入さ
れていること を特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device in which a P-channel type thin film transistor and an N-channel type thin film transistor are provided in a complementary manner, wherein the P-channel type thin film transistor and the N-channel type thin film transistor have a base film formed on a substrate and the lower layer. A crystalline semiconductor film having a source region, a drain region and a channel forming region formed on the ground film;
A gate insulating film formed on the crystalline semiconductor film,
A gate electrode formed on the gate insulating film, and the crystalline semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 2.
Containing 3 or less nickel element, having a needle-like or columnar crystal grown in a direction parallel to the substrate surface and connecting the source region and the drain region, in the crystalline semiconductor film Grain boundaries exist in the direction of the line connecting the source region and the drain region, and ions of an inert element are implanted into the crystalline semiconductor film.
Wherein a being.
【請求項3】 基板上に形成された下地膜と前記下地膜
上に形成されたソース領域、ドレイン領域及びチャネル
形成領域を有する結晶性の半導体膜と、 前記結晶性の半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有する
半導体装置において、 前記結晶性の半導体膜は、1×1019atoms/cm
3以下のニッケル元素を含有し、基板表面に対して平行
でかつ前記ソース/ドレイン間を移動するキャリアの移
動方向に成長した針状または柱状の結晶を有し、 前記結晶性の半導体膜において前記ソース領域と前記ド
レイン領域を結ぶ線の方向に結晶粒界が存在し、 前記結晶性の半導体膜には不活性元素のイオンが注入さ
れていること を特徴とする半導体装置。
3. A crystalline semiconductor film having a base film formed on a substrate, a source region, a drain region, and a channel formation region formed on the base film; and a crystalline semiconductor film formed on the crystalline semiconductor film. In the semiconductor device having a gate insulating film and a gate electrode formed on the gate insulating film, the crystalline semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 2.
Containing 3 or less nickel element, having a needle-like or columnar crystal grown parallel to the substrate surface and in the moving direction of the carrier moving between the source / drain, in the crystalline semiconductor film, Grain boundaries exist in the direction of the line connecting the source region and the drain region, and ions of an inert element are implanted into the crystalline semiconductor film.
Wherein a being.
【請求項4】 Pチャネル型薄膜トランジスタとNチャ
ネル型薄膜トランジスタとを相補型に設けた半導体装置
において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタおよび前記Nチャネ
ル型薄膜トランジスタは、基板上に形成された下地膜
と、前記下地膜上に形成されたソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有する結晶性の半導体膜と、
前記結晶性の半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記結晶性の半導体膜は、1×1019atoms/cm
3以下のニッケル元素を含有し、基板表面に対して平行
でかつ前記ソース/ドレイン間を移動するキャリアの移
動方向に成長した針状または柱状の結晶を有し前記結晶
性の半導体膜において前記ソース領域と前記ドレイン領
域を結ぶ線の方向に粒界が存在し、 前記結晶性の半導体膜には不活性元素のイオンが注入さ
れていること を特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device in which a P-channel type thin film transistor and an N-channel type thin film transistor are provided in a complementary type, wherein the P-channel type thin film transistor and the N-channel type thin film transistor have a base film formed on a substrate and the lower layer. A crystalline semiconductor film having a source region, a drain region and a channel forming region formed on the ground film;
A gate insulating film formed on the crystalline semiconductor film,
A gate electrode formed on the gate insulating film, and the crystalline semiconductor film is 1 × 10 19 atoms / cm 2.
In the crystalline semiconductor film, the source is included in the crystalline semiconductor film, which contains a nickel element of 3 or less and has needle-like or columnar crystals grown parallel to the substrate surface and in the moving direction of carriers moving between the source / drain. A grain boundary exists in the direction of a line connecting the region and the drain region, and an ion of an inert element is implanted into the crystalline semiconductor film.
Wherein a being.
【請求項5】 前記結晶性の半導体膜の前記ソース領域
と前記ドレイン領域を結ぶ方向の長さは40μm以下で
あることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記
載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a length of the crystalline semiconductor film in a direction connecting the source region and the drain region is 40 μm or less.
【請求項6】 前記結晶性の半導体膜において前記ソー
ス領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向に垂直な方向に結
晶粒界がないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれ
か一に記載の半導体装置。
6. The semiconductor according to claim 1, wherein the crystalline semiconductor film has no crystal grain boundary in a direction perpendicular to a direction connecting the source region and the drain region. apparatus.
【請求項7】 前記結晶性の半導体膜において前記ソー
ス/ドレイン間を移動するキャリアの移動方向に垂直な
方向に粒界がないことを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれか一に記載の半導体装置。
7. The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein there is no grain boundary in a direction perpendicular to a moving direction of carriers moving between the source / drain. Semiconductor device.
【請求項8】 前記結晶性の半導体膜に含有されるニッ
ケル元素は1×1014atoms/cm3〜1×1018
atoms/cm3の濃度であることを特徴とする請求
項1乃至7のいずれか一に記載の半導体装置。
8. The nickel element contained in the crystalline semiconductor film is 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 1 × 10 18.
8. The semiconductor device according to claim 1, which has a concentration of atoms / cm 3 .
【請求項9】 前記半導体装置をイメージセンサーに用
いることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記
載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, characterized by using the semiconductor device to the image sensor.
【請求項10】 前記半導体装置をアクティブ液晶表示
装置の周辺ドライバー回路に用いることを特徴とする請
求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, characterized by using the semiconductor device in the peripheral driver circuit of an active liquid crystal display device.
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