JP3454467B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3454467B2 JP02103799A JP2103799A JP3454467B2 JP 3454467 B2 JP3454467 B2 JP 3454467B2 JP 02103799 A JP02103799 A JP 02103799A JP 2103799 A JP2103799 A JP 2103799A JP 3454467 B2 JP3454467 B2 JP 3454467B2
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film
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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、単結晶シリコンな
どの半導体基板上やガラスなどの絶縁基板上などに形成
される半導体装置およびその製造方法に関するものであ
り、特に、その電極あるいは配線材料に使用される多結
晶シリコン膜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 formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon or an insulating substrate such as glass and a method for manufacturing the same, and particularly to an electrode or wiring material thereof. The present invention relates to a polycrystalline silicon film used.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置
や、低コスト化のためドライバー回路を同一基板上に形
成したモノリシック型の液晶表示装置、高速で高解像度
の密着型イメージセンサー、三次元ICなどへの実現に
向けて、ガラスなどの絶縁基板上や絶縁膜上に高性能な
半導体素子を形成する試みがなされている。通常、上述
の装置に用いられる半導体素子には、薄膜状のシリコン
半導体を用いるのが一般的である。そして、このような
薄膜状のシリコン半導体としては、アモルファスシリコ
ン半導体からなるものと結晶性を有するシリコン膜から
なるものとの2つに大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large-sized, high-resolution liquid crystal display devices, monolithic liquid-crystal display devices in which driver circuits are formed on the same substrate for cost reduction, high-speed, high-resolution contact image sensors, three-dimensional Attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or an insulating film for the purpose of realizing it as an IC or the like. Generally, a thin film silicon semiconductor is generally used for the semiconductor element used in the above-mentioned device. Then, such a thin film silicon semiconductor is roughly classified into two, that is, an amorphous silicon semiconductor and a crystalline silicon film.

【0003】このアモルファスシリコン半導体は、作成
温度が低いために気相法で比較的容易に作成することが
可能であり、量産性に富むために最も一般的に用いられ
ている。しかしながら、アモルファス半導体は、結晶性
を有するシリコン半導体に比べて導電性などの物性が劣
るという問題を有していた。したがって、今後、上述し
たような装置のより高速特性を実現するために、上記結
晶性を有するシリコン半導体からなる薄膜状半導体装置
の製造方法の確立が強く求められていた。なお、結晶性
を有するシリコン半導体としては、多結晶シリコンおよ
び微結晶シリコンなどが知られている。
Since this amorphous silicon semiconductor has a low production temperature, it can be produced relatively easily by a vapor phase method, and it is most commonly used because it has high mass productivity. However, the amorphous semiconductor has a problem that the physical properties such as conductivity are inferior to those of a crystalline silicon semiconductor. Therefore, in the future, there has been a strong demand for establishment of a method of manufacturing a thin film semiconductor device made of the above-described crystalline silicon semiconductor in order to realize higher speed characteristics of the above device. Note that polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and the like are known as silicon semiconductors having crystallinity.

【0004】そして、この多結晶シリコン薄膜は、各種
の電極、配線材料あるいは低抵抗体として、半導体デバ
イスの形成材料として重要な役割を担っており、例え
ば、メモリーデバイスにおける容量電極、ゲート電極、
あるいはデバイス活性層と配線層の埋設材料などに適用
されて、近年、液晶表示装置の液晶駆動素子の活性層と
して用いることも実用化されている。
The polycrystalline silicon thin film plays an important role as a material for forming a semiconductor device as various electrodes, wiring materials or low resistance materials. For example, a capacitor electrode, a gate electrode in a memory device,
Alternatively, it has been put into practical use in recent years by being applied to a material for embedding a device active layer and a wiring layer and used as an active layer of a liquid crystal driving element of a liquid crystal display device.

【0005】この多結晶シリコン薄膜を得る方法として
は、 (1)成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (2)予め基板に成膜したアモルファスな半導体膜に強
い光エネルギーを照射することによって、アモルファス
半導体に結晶性を有せしめる。 (3)予め基板にアモルファスな半導体膜を成膜してお
き、これを加熱して熱エネルギーを加えることによっ
て、アモルファス半導体に結晶性を有せしめる。といっ
た主に3つの方法が知られている。
As a method of obtaining this polycrystalline silicon thin film, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) The amorphous semiconductor film is made to have crystallinity by irradiating the amorphous semiconductor film previously formed on the substrate with strong light energy. (3) An amorphous semiconductor film is formed on a substrate in advance, and the amorphous semiconductor is made crystalline by heating it and applying heat energy. There are mainly three known methods.

【0006】しかしながら、上記(1)の方法では、成
膜工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性
シリコンを得るには厚膜化が不可欠であり、良好な半導
体物性を有する膜を基板上に全面にわたって成膜するこ
とが技術的に困難である。しかも、平均結晶粒径が小さ
いために低抵抗化が難しく、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ず、より
高価な基板を使用しなくてはならないというコストの問
題がある。
However, in the above method (1), crystallization progresses at the same time as the film forming step. Therefore, in order to obtain crystalline silicon having a large grain size, it is indispensable to increase the film thickness, and it has good semiconductor physical properties. It is technically difficult to form a film on the entire surface of a substrate. Moreover, it is difficult to reduce the resistance because the average crystal grain size is small, and the film forming temperature is 600 ° C.
Since the cost is high as described above, there is a cost problem that an inexpensive glass substrate cannot be used and a more expensive substrate must be used.

【0007】これに対して、上記(2)の方法では、溶
融固化過程の結晶化現象を利用しているために、得られ
る結晶粒径は小さいものの、結晶粒界が良好に処理され
て、高品質な結晶性シリコンを得ることができる。しか
しながら、このような方法においては、現在最も一般的
に利用されているエキシマレーザーを使用する場合を例
に取ると、レーザー光の安定性が十分ではないので、大
面積基板の全面を均一に処理する際に、均一な結晶性を
有するシリコン膜を得ることが難しく、したがって、同
一基板上に均一な特性の複数の半導体素子を得ることが
困難であるという問題がある。さらにこの場合、レーザ
ー光の照射面積が小さいために、スループットが低いと
いう問題がある。
On the other hand, in the above method (2), since the crystallization phenomenon in the melting and solidification process is utilized, the obtained crystal grain size is small, but the crystal grain boundaries are well treated, High quality crystalline silicon can be obtained. However, in such a method, taking the case of using the most commonly used excimer laser as an example, the stability of the laser beam is not sufficient, so that the entire surface of a large area substrate is uniformly processed. In this case, it is difficult to obtain a silicon film having uniform crystallinity, and thus it is difficult to obtain a plurality of semiconductor elements having uniform characteristics on the same substrate. Further, in this case, there is a problem that throughput is low because the irradiation area of the laser beam is small.

【0008】また、上記(3)の方法は、上記(1)、
(2)の方法に比べると、大面積に対応できるという利
点があり、この方法で形成した多結晶シリコン膜を電極
材料に用いた例が、特開平6−314661号公報およ
び特開平6−97194号公報などで提案されている。
しかしながら、この方法によれば、アモルファスシリコ
ンの結晶化にために、600℃以上の高温で数十時間に
わたる加熱処理を必要としており、したがって、安価な
ガラス基板を使用して製造コストを削減し、かつスルー
プットを向上させるためには、加熱結晶化処理におい
て、処理温度を低下させて、かつ処理時間を短縮させる
という相反する問題点を同時に解決する必要がある。ま
た、この(3)の方法では、固相結晶化現象を利用して
いるために、結晶粒が基板面に平行に広がって、得られ
る結晶粒径は数μmと比較的大きい粒径を持つものさえ
現れる。ところが、成長した粒径同士がぶつかり合って
粒界が形成されるため、その粒界はキャリアに対するト
ラップ準位として働いてTFTの移動度を低下させる原
因となり、また、リン、ボロンなどの不純物も粒界に偏
析してしまうために低抵抗化の妨げになるという問題が
ある。
The method of (3) above is based on (1),
Compared with the method (2), there is an advantage that it can handle a large area, and examples of using a polycrystalline silicon film formed by this method as an electrode material are disclosed in JP-A-6-314661 and JP-A-6-97194. It is proposed in the official gazette.
However, according to this method, in order to crystallize amorphous silicon, heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or higher for several tens of hours is required, and thus an inexpensive glass substrate is used to reduce manufacturing cost, In addition, in order to improve the throughput, it is necessary to simultaneously solve the contradictory problems of lowering the treatment temperature and shortening the treatment time in the heat crystallization treatment. Further, in the method (3), since the solid phase crystallization phenomenon is utilized, the crystal grains spread in parallel to the substrate surface, and the obtained crystal grain size has a relatively large grain size of several μm. Even things appear. However, since the grown grain diameters collide with each other to form grain boundaries, the grain boundaries act as a trap level for carriers and reduce the mobility of the TFT, and impurities such as phosphorus and boron are also present. There is a problem that segregation at the grain boundaries hinders resistance reduction.

【0009】このような上記(3)の方法を応用して、
より低温かつ短時間の加熱処理で、高品質で均一な結晶
性を有するシリコン膜を作成する方法が、特開平6−3
33824号公報、特開平6−333825号公報およ
び特開平8−330602号公報などで提案されてい
る。これらの公報によれば、アモルファスシリコン膜の
表面に、ニッケルなどの金属元素を微量に導入し、その
後、加熱処理を行うことによって、600℃以下の低い
処理温度で且つ数時間程度の短い処理時間でアモルファ
スシリコンの結晶化を行っている。
By applying the above method (3),
A method for forming a silicon film having high quality and uniform crystallinity by heat treatment at a lower temperature for a shorter time is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-3.
It is proposed in JP-A-33824, JP-A-6-333825 and JP-A-8-330602. According to these publications, a trace amount of a metal element such as nickel is introduced onto the surface of the amorphous silicon film, and then heat treatment is performed, so that a low treatment temperature of 600 ° C. or lower and a short treatment time of about several hours. Amorphous silicon is crystallized in.

【0010】上述の方法における結晶化のメカニズム
は、先ず金属元素を核とした結晶核の発生が早期に起こ
り、その後、その金属元素が触媒となって結晶成長を促
進して、結晶化が急激に進行することによると理解され
る。その意味で、以下このような機能を有する金属元素
を触媒元素と呼ぶものとする。これらの触媒元素を用い
て結晶化された結晶性シリコン膜は、通常の固相成長法
によって結晶化されたシリコン膜が双晶構造であるのに
対して、何本もの柱状結晶で構成されている。さらに、
それぞれの柱状結晶内部は単結晶に近い状態になってお
り、良好な結晶性を有している。
The crystallization mechanism in the above-mentioned method is as follows. First, the generation of crystal nuclei centering on a metal element occurs at an early stage, and thereafter, the metal element serves as a catalyst to promote the crystal growth, and the crystallization is rapid. Understood to progress to. In that sense, a metal element having such a function is hereinafter referred to as a catalyst element. The crystalline silicon film crystallized by using these catalytic elements is composed of many columnar crystals, whereas the silicon film crystallized by the usual solid phase growth method has a twin structure. There is. further,
The inside of each columnar crystal is in a state close to a single crystal and has good crystallinity.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
平3−314661号公報および特開平6−97194
号公報にもあるように、触媒元素無しでアモルファスシ
リコン膜に熱エネルギーを加えて結晶化させる場合に
は、600℃以上の高温が必要である。この場合、高温
にするほど結晶化は速くなるものの、核発生密度が高く
なるため結晶粒径が小さくなってしまうため、結晶粒径
を大きくして低抵抗にするためには、結晶化が起きる最
低温度で長時間かけて結晶化する必要が生じてしまう。
As described above, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-314661 and 6-97194.
As described in the publication, when an amorphous silicon film is crystallized by applying heat energy without a catalytic element, a high temperature of 600 ° C. or higher is required. In this case, the higher the temperature, the faster the crystallization, but the higher the nucleus generation density, the smaller the crystal grain size. Therefore, in order to increase the crystal grain size and reduce the resistance, crystallization occurs. It is necessary to crystallize at the lowest temperature for a long time.

【0012】また、この特開平6−97194号公報で
は、600℃で30時間の熱処理を行っており非常に処
理時間が長くなっている。さらに、成長した結晶粒同士
がぶつかり合って粒界が形成されるため、その粒界はキ
ャリアに対するトラップ準位として働き、また不純物の
偏析が起き活性化可能な不純物量が低下するために、低
抵抗化の妨げになってしまうという欠点を有している。
また、ガラス上に半導体デバイスを形成する際には、6
00℃以上の高温アニールができないことから、100
0℃程度の高温アニールによって結晶性を向上させるこ
とは不可能である。
[0012] Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-97194, heat treatment is performed at 600 ° C for 30 hours, and the treatment time is extremely long. Further, since grown crystal grains collide with each other to form a grain boundary, the grain boundary acts as a trap level for carriers, and segregation of impurities lowers the amount of impurities that can be activated, resulting in a low level. It has a drawback that it hinders resistance.
When forming a semiconductor device on glass, 6
Since high temperature annealing above 00 ° C cannot be performed, 100
It is impossible to improve the crystallinity by high temperature annealing at about 0 ° C.

【0013】さらに、特開平3−314661号公報に
も記載されているように、多結晶シリコン膜の膜厚が1
00nm以下にまで薄くなると抵抗率が高くなるという
傾向がある。特に膜厚が50nm以下になると急激に抵
抗率が増加するため、高集積化した半導体デバイスの各
種電極材料に適用する際には大きな障害となってしま
う。この原因は、膜厚が薄くなるにつれて多結晶シリコ
ンの結晶粒径が小さくなり、結晶性の低下および粒界に
偏析する不純物量が増加して活性可能な不純物原子数が
不足するからであると考えられる。
Further, as described in JP-A-3-314661, the thickness of the polycrystalline silicon film is 1
The resistivity tends to increase as the thickness becomes thinner than 00 nm. In particular, when the film thickness is 50 nm or less, the resistivity rapidly increases, which is a major obstacle when applied to various electrode materials for highly integrated semiconductor devices. The reason for this is that the crystal grain size of the polycrystalline silicon becomes smaller as the film thickness becomes thinner, the crystallinity decreases and the amount of impurities segregated at the grain boundaries increases, and the number of activatable impurity atoms becomes insufficient. Conceivable.

【0014】本発明は、上述したような問題点に鑑みて
なされたものであり、低温かつ短い処理時間で、低抵抗
な多結晶シリコン薄膜を薄い膜厚で提供することを目的
とするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a polycrystalline silicon thin film having a low resistance and a thin film thickness at a low temperature and a short processing time. is there.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
基板上に島状に形成された第1の多結晶シリコン膜と、
該第1の多結晶シリコン膜を覆うように形成されたゲー
ト絶縁膜と、前記第1の多結晶シリコン膜においてTF
Tのソースおよびドレインとして機能する領域以外の領
域に対応して前記ゲート絶縁膜上に25nm以上、80
nm以下の厚さを有して形成されており、アモルファス
シリコン膜に触媒元素を添加して加熱することにより結
晶化した第2の多結晶シリコン膜と、該第2の多結晶シ
リコン膜上に形成されたゲート電極とを具備し、前記第
1の多結晶シリコン膜には、TFTのソースおよびドレ
インとして機能する領域に接して、該領域よりも不純物
濃度が低いLDD領域がそれぞれ設けられており、前記
ゲート電極が、各LDD領域に対応した部分が取り除か
れた状態になっていることを特徴としており、そのこと
により上記目的が達成される。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A first polycrystalline silicon film formed in an island shape on the substrate,
A gate formed to cover the first polycrystalline silicon film.
In the first insulating film and the first polycrystalline silicon film.
Regions other than the regions functioning as the source and drain of T
25 nm or more on the gate insulating film corresponding to the region, 80
Amorphous, formed with a thickness of nm or less
The result is obtained by adding a catalytic element to the silicon film and heating it.
The crystallized second polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film.
A gate electrode formed on the recon film,
The polycrystalline silicon film of No. 1 has a TFT source and a drain.
In contact with the region that functions as an impurity,
The LDD regions each having a low concentration are provided, and
Is the gate electrode part removed corresponding to each LDD region?
It is characterized in that it is in a closed state, whereby the above object is achieved.

【0016】前記第2の多結晶シリコン膜における前記
触媒元素の濃度は、1×1016atoms/cm−3
以上、1×1019atoms/cm−3以下であるこ
とが望ましい。
The concentration of the catalytic element in the second polycrystalline silicon film is 1 × 10 16 atoms / cm -3.
As described above, it is preferably 1 × 10 19 atoms / cm −3 or less.

【0017】また、本発明は、前記半導体装置の製造方
法であって、基板上に第1の多結晶シリコン膜を島状に
形成する工程と、該第1の多結晶シリコン膜を覆うよう
にゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上
に、アモルファスシリコン膜に触媒元素を添加して加熱
することにより結晶化して第2の多結晶シリコン膜を形
成する工程と、該第2の多結晶シリコン膜上にアルミニ
ウム膜を形成する工程と、該アルミニウム膜および第2
の多結晶シリコン膜を、前記第1の多結晶シリコン膜に
おけるTFTのソースおよびドレインとして機能する領
域以外の領域に対応して形成するパターニング工程と、
パターニングされた該アルミニウム膜をマスクとして前
記第1の多結晶シリコン膜に不純物を注入する工程と、
前記第1の多結晶シリコン膜においてTFTのLDD
して機能する領域に対応する該アルミニウム膜部分を取
り除く工程と、該アルミニウム膜をマスクとして前記第
1の多結晶シリコン膜に不純物を注入する工程と、前記
アルミニウム膜を取り除いて、注入された不純物を活性
化した後に、前記第2の多結晶シリコン膜上にゲート電
極を形成する工程とを包含することを特徴としており、
そのことにより上記目的が達成される。
Further, the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device, wherein a step of forming a first polycrystalline silicon film in an island shape on a substrate and a step of covering the first polycrystalline silicon film. A step of forming a gate insulating film, a step of adding a catalytic element to the amorphous silicon film and crystallizing the amorphous silicon film by heating to form a second polycrystalline silicon film on the gate insulating film; A step of forming an aluminum film on the polycrystalline silicon film, the aluminum film and the second
Patterning step of forming the polycrystalline silicon film of the first polycrystalline silicon film corresponding to the regions other than the regions functioning as the source and drain of the TFT in the first polycrystalline silicon film,
Implanting impurities into the first polycrystalline silicon film using the patterned aluminum film as a mask;
A step of removing the aluminum film portion corresponding to a region functioning as an LDD of the TFT in the first polycrystalline silicon film, a step of implanting impurities into the first polycrystalline silicon film using the aluminum film as a mask, Removing the aluminum film and activating the implanted impurities, and then forming a gate electrode on the second polycrystalline silicon film.
Thereby, the above object is achieved.

【0018】前記第2の多結晶シリコン膜を形成する工
程において、前記触媒元素が回転塗布法により前記アモ
ルファスシリコン膜上に添加されることが望ましい。
Process for forming the second polycrystalline silicon film
In the above step, the catalytic element is formed by the spin coating method.
It is preferably added on the rufus silicon film .

【0019】前記アモルファスシリコン膜上に添加され
る触媒元素は、NiまたはNiを含む複数の元素である
ことが望ましい。
The catalyst element added on the amorphous silicon film is preferably Ni or a plurality of elements containing Ni.

【0020】[0020]

【0021】前記触媒元素が添加された前記アモルファ
スシリコン膜を加熱する工程は、500℃以上、620
℃以下の温度範囲内で行われることが望ましい。
The amorpha containing the catalytic element
The process of heating the silicon film is performed at a temperature of 500 ° C.
It is desirable to be performed within a temperature range of ℃ or less.

【0022】また、前記アモルファスシリコン膜は、2
5nm以上、80nm以下の厚さを有することが望まし
い。
The amorphous silicon film has a thickness of 2
It is desirable to have a thickness of 5 nm or more and 80 nm or less.

【0023】[0023]

【0024】前記パターニング工程は、BCl、HC
lを含む塩素系ガスを用いるリアクティブイオンエッチ
ング法により行われることが望ましい。
In the patterning process, BCl 3 and HC are used.
It is desirable to carry out by a reactive ion etching method using a chlorine-based gas containing 1 g.

【0025】以下、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0026】本発明は、半導体装置の電極材料、特にゲ
ート電極としてアモルファスシリコン膜を触媒元素によ
り結晶化した多結晶シリコンを用いるものである。な
お、この触媒元素により結晶化を行うメカニズムについ
て以下に説明する。
The present invention uses polycrystalline silicon obtained by crystallizing an amorphous silicon film with a catalytic element as an electrode material of a semiconductor device, particularly as a gate electrode. The mechanism of crystallization with this catalytic element will be described below.

【0027】まず、触媒元素とアモルファスシリコンと
の反応によって、触媒元素のシリサイドが形成される。
この触媒元素のシリサイドは、結晶化の初期において結
晶核として機能する。触媒元素は、その単独状態ではア
モルファスシリコン結晶化のための触媒として作用せ
ず、シリコンと結合してシリサイドを形成することによ
って触媒作用を有するようになると考えられる。この理
由は、触媒元素のシリサイドが有する結晶構造が、アモ
ルファスシリコンを結晶化する際の一種の鋳型のように
作用して結晶化を促進すると考えられるからである。
First, the silicide of the catalytic element is formed by the reaction between the catalytic element and amorphous silicon.
The silicide of the catalytic element functions as a crystal nucleus in the initial stage of crystallization. It is considered that the catalytic element does not act as a catalyst for crystallization of amorphous silicon in its single state, but becomes catalytic by binding to silicon to form a silicide. The reason for this is that the crystal structure of the catalyst element silicide is considered to act as a kind of template for crystallizing amorphous silicon to promote crystallization.

【0028】この結晶核(触媒元素のシリサイド)を構
成している触媒元素は、アモルファスシリコン/結晶化
領域の境界に存在する。これは、ケミカルポテンシャル
の相違の点で、アモルファスシリコン/結晶化領域の境
界に存在することにより、最もエネルギー的に安定な状
態が得られるという理由による。
The catalyst element forming the crystal nucleus (catalyst element silicide) exists at the boundary between the amorphous silicon and the crystallized region. This is because, in terms of the difference in chemical potential, the most energy-stable state can be obtained by being present at the boundary between the amorphous silicon and the crystallized region.

【0029】アモルファスシリコンの結晶化が進行する
につれて、アモルファスシリコン/結晶化領域の境界は
移動し、同時に結晶核を構成する触媒元素も結晶核の周
りのアモルファス領域に結晶化を伴いながら移動する。
これにより、アモルファスシリコンの更なる結晶化が促
進され、シリコン膜の全面が結晶化されて、アモルファ
ス/結晶化領域の境界部がなくなると結晶化が終了す
る。
As the crystallization of amorphous silicon progresses, the boundary between the amorphous silicon and the crystallized region moves, and at the same time, the catalytic element that constitutes the crystal nucleus also moves to the amorphous region around the crystal nucleus with crystallization.
As a result, further crystallization of the amorphous silicon is promoted, the entire surface of the silicon film is crystallized, and the crystallization ends when the amorphous / crystallized region boundary portion disappears.

【0030】これらの触媒元素により結晶化が助長され
て結晶成長した結晶性シリコン膜は、通常の固相成長法
で結晶化したシリコン膜が双晶構造であるのに対して、
何本もの柱状結晶で構成されており、それぞれの柱状結
晶内部は単結晶に近い状態となっている。
In the crystalline silicon film which is crystallized by promoting crystallization by these catalytic elements, the silicon film crystallized by the usual solid phase growth method has a twin structure.
It is composed of many columnar crystals, and the inside of each columnar crystal is in a state close to a single crystal.

【0031】一方、通常の固相成長法で結晶化した場合
は、成長した結晶粒同士がぶつかり合って粒界が形成さ
れるため、その粒界はキャリアに対するトラップ準位と
して働き、また、リン、ボロンなどの不純物も粒界に偏
析してしまうため、低抵抗化の妨げとなってしまうとい
う欠点を有している。このため、図4にも示すように、
触媒元素を用いた場合には結晶性が通常の固相成長法で
結晶化した多結晶シリコン膜よりも高く、より低抵抗な
多結晶シリコン膜を得ることが可能となる。
On the other hand, in the case of crystallization by the usual solid phase growth method, the grown crystal grains collide with each other to form a grain boundary, so that the grain boundary functions as a trap level for carriers and phosphorus. Since impurities such as boron are also segregated at the grain boundaries, there is a drawback in that resistance reduction is hindered. Therefore, as shown in FIG.
When a catalytic element is used, the crystallinity is higher than that of a polycrystalline silicon film crystallized by a normal solid phase growth method, and a polycrystalline silicon film having a lower resistance can be obtained.

【0032】また、触媒元素の濃度が低い場合にはシリ
コン膜全面を結晶化することができず、触媒元素の濃度
が高い場合には核発生密度が高くなって結晶粒径が小さ
くなってしまう。このため、触媒元素の濃度としては、
1×1016atoms/cm-3〜1×1019atoms
/cm-3の範囲内に収めることが望ましい。
When the concentration of the catalytic element is low, the entire surface of the silicon film cannot be crystallized, and when the concentration of the catalytic element is high, the nucleation density becomes high and the crystal grain size becomes small. . Therefore, as the concentration of the catalytic element,
1 × 10 16 atoms / cm −3 to 1 × 10 19 atoms
It is desirable to keep it within the range of / cm -3 .

【0033】なお、触媒元素の添加については回転塗布
法により行うことで、簡便でかつ濃度制御を容易に行う
ことができる。このとき、触媒元素を溶かす溶液として
エタノールを用いることにより、大型の基板であっても
均一い添加することが可能となる。
The catalyst element is added by the spin coating method, so that the concentration can be controlled easily and easily. At this time, by using ethanol as a solution for dissolving the catalytic element, it becomes possible to add it evenly even for a large substrate.

【0034】また、本発明の触媒元素としては、Ni、
Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、A
l、Is、Sn、Al、Sdを利用することが可能であ
り、これらから選ばれた1種または複数の元素を用いる
ことで、微量で結晶化助長効果を得ることができる。さ
らに、これらの元素の中でも、特にNi元素を用いるこ
とにより顕著な効果を得ることができる。この理由とし
て次のようなモデルが考えられる。触媒元素は単独では
作用せず、シリコンと結合してシリサイド化することで
結晶成長を助長する。そのときの結晶構造が、アモルフ
ァスシリコン膜結晶化時に一種の鋳型のように作用して
結晶化を促すといったモデルである。Niは2つのSi
と化合してNiSi2で表されるシリサイドを形成す
る。NiSi2は蛍石型の結晶構造を有し、単結晶シリ
コンのダイヤモンド構造と非常に類似している。しか
も、NiSi2の格子定数は、5.406Aであり、結
晶シリコンの格子定数(5.430A)と非常に近い。
このため、NiSi2はアモルファスシリコン膜を結晶
化させる際に最適な鋳型となり、本発明においても触媒
元素としてNiを用いることが最も望ましい。
Further, as the catalytic element of the present invention, Ni,
Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, A
It is possible to use 1, Is, Sn, Al, and Sd, and by using one or more elements selected from these, it is possible to obtain a crystallization promoting effect in a small amount. Furthermore, among these elements, a remarkable effect can be obtained by using the Ni element. The following model can be considered as the reason for this. The catalytic element does not act alone, but promotes crystal growth by combining with silicon to form a silicide. This is a model in which the crystal structure at that time acts like a kind of template during crystallization of the amorphous silicon film to promote crystallization. Ni is two Si
To form a silicide represented by NiSi 2 . NiSi 2 has a fluorite crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, the lattice constant of NiSi 2 is 5.406A, which is very close to the lattice constant of crystalline silicon (5.430A).
Therefore, NiSi 2 serves as an optimum template for crystallizing the amorphous silicon film, and it is most desirable to use Ni as a catalyst element also in the present invention.

【0035】ここで、触媒元素を添加したアモルファス
シリコン膜を加熱処理で結晶化する際には、アモルファ
スシリコン膜の中で自然核発生が生じると、触媒元素に
より成長してきた結晶は自然核発生により生じた核と衝
突して、成長結晶の曲がりや分岐が生じ、結晶性が悪化
するとともに、その衝突位置に触媒元素がトラップされ
てしまう。そのため、シリコン膜の内部で触媒元素は拡
散するが、シリコン膜に自然核発生が生じないような温
度で加熱処理を行うことが望ましい。具体的には、50
0〜620℃が好ましく、このため、ガラス基板などの
600℃以下のプロセスが要求される材料についても適
用することが可能となる。
Here, when the amorphous silicon film to which the catalytic element is added is crystallized by the heat treatment, if natural nucleation occurs in the amorphous silicon film, the crystal grown by the catalytic element is generated by natural nucleation. The grown crystal bends and branches to collide with the generated nuclei to deteriorate the crystallinity, and the catalytic element is trapped at the collision position. Therefore, it is desirable to perform the heat treatment at a temperature at which the catalytic element diffuses inside the silicon film, but the spontaneous nucleation does not occur in the silicon film. Specifically, 50
The temperature is preferably 0 to 620 ° C., and therefore, it can be applied to a material such as a glass substrate that requires a process at 600 ° C. or lower.

【0036】また、本発明におけるアモルファスシリコ
ン膜は、25〜80nmの膜厚であることが望ましい。
これは、アモルファスシリコン膜の膜厚が25nmより
も薄い場合には、アモルファスシリコンから十分な結晶
を得ることができず、また、膜厚が80nmよりも厚い
場合には、シリコン中の柱状結晶構造が2層構造となっ
てしまうため結晶性が悪化してしまうという問題が生じ
てしまうからである。
The amorphous silicon film in the present invention preferably has a film thickness of 25 to 80 nm.
This is because when the film thickness of the amorphous silicon film is less than 25 nm, sufficient crystals cannot be obtained from the amorphous silicon, and when the film thickness is more than 80 nm, the columnar crystal structure in silicon is obtained. Is a two-layer structure, which causes a problem that crystallinity deteriorates.

【0037】また、多くの触媒元素はシリサイド化合物
としてシリコン中に存在しているので、シリコン膜、触
媒元素および触媒元素のシリサイド化合物が同時に除去
されることが望ましい。この方法としては、フッ化水素
酸と硝酸との混合液によるウエットエッチング除去法が
あるが、微細加工には不適切であることから、微細加工
に適したドライエッチングによる除去が望ましい。これ
は、塩素ガスやBCl3、HClを含む塩素系ガスを用
いたリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)法を
用いることにより、シリコン膜とともに触媒元素および
触媒元素のシリサイド化合物も同時にエッチングされ
て、除去領域における残渣のない洗浄な状態のエッチン
グ領域が得られる。
Further, since many catalytic elements exist in silicon as a silicide compound, it is desirable that the silicon film, the catalytic element and the silicide compound of the catalytic element are simultaneously removed. As this method, there is a wet etching removal method using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, but since it is unsuitable for fine processing, removal by dry etching suitable for fine processing is desirable. This is because by using a reactive ion etching (RIE) method using a chlorine-based gas containing chlorine gas, BCl 3 , or HCl, the catalyst element and the silicide compound of the catalyst element are simultaneously etched together with the silicon film, A clean etching region free of residues in the removal region is obtained.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0039】(実施の形態1)本発明を用いた実施の形
態1について図面を用いて説明する。図1は、基板上に
ゲート電極を形成する際の工程を示した断面図であり、
(A)〜(E)の順にしたがって工程が順次進行する。
(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of forming a gate electrode on a substrate,
The steps sequentially proceed in the order of (A) to (E).

【0040】まず、図1(A)に示すように、Si基板
101を熱酸化して、該Si基板上に100nmの膜厚
のゲート酸化膜102を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, the Si substrate 101 is thermally oxidized to form a gate oxide film 102 having a film thickness of 100 nm on the Si substrate.

【0041】次に、図1(B)に示すように、ゲート酸
化膜102上に、減圧CVD装置を用いて25〜80n
mのアモルファスシリコン膜103aを成膜する。な
お、本実施の形態1では、このときの成膜条件として、
基板温度470℃、圧力0.15Torr、反応ガスと
してSi26を用いた。
Next, as shown in FIG. 1B, a low pressure CVD apparatus is used to deposit 25 to 80 n on the gate oxide film 102.
m amorphous silicon film 103a is formed. In the first embodiment, as film forming conditions at this time,
The substrate temperature was 470 ° C., the pressure was 0.15 Torr, and Si 2 H 6 was used as the reaction gas.

【0042】そして、このアモルファスシリコン膜10
3aの上面に、回転塗布法によりニッケル104を表面
濃度約1×1012〜1×1014atoms/cm2、本
実施の形態1では、3×1012atoms/cm2で添
加した。このような表面濃度でニッケル104を添加す
ることにより、最終的な多結晶シリコン膜における触媒
元素の濃度は、1×1016〜1×1019atoms/c
-3となる。
Then, this amorphous silicon film 10
Nickel 104 was added to the upper surface of 3a by a spin coating method at a surface concentration of about 1 × 10 12 to 1 × 10 14 atoms / cm 2 , and in the first embodiment, 3 × 10 12 atoms / cm 2 . By adding nickel 104 at such a surface concentration, the concentration of the catalytic element in the final polycrystalline silicon film is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / c.
It becomes m -3 .

【0043】その後、図1(C)に示すように、この基
板を不活性雰囲気下で約500〜620℃の温度で数時
間にわたって加熱処理を施すことにより、多結晶シリコ
ン膜103bを得る。なお、本実施の形態1では、窒素
雰囲気下で約540℃の温度で約2時間の熱処理を行っ
た。なお、この窒素雰囲気下で約540℃の温度で約2
時間の熱処理では、触媒元素なしでは結晶の核発生は起
こらず、全面触媒元素による結晶化が起こる。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, this substrate is heat-treated at a temperature of about 500 to 620 ° C. for several hours in an inert atmosphere to obtain a polycrystalline silicon film 103b. In the first embodiment, the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 540 ° C. for about 2 hours. It should be noted that, under this nitrogen atmosphere, at a temperature of about 540 ° C.,
In the heat treatment for a long time, crystal nucleation does not occur without the catalytic element, and crystallization occurs due to the entire catalytic element.

【0044】次に、図1(D)に示すように、基板に向
かってイオンドーピング法により、不純物(リン)10
5をドーピングした。この工程においては、ドーピング
ガスとしてホスフィン(PH3)を用い、加速電圧を約
60〜90kV、ドーズ量を8×1015〜3×1016
-2として行うが、本実施の形態1では、加速電圧を約
80kV、ドーズ量を2×1016cm-2として行った。
Next, as shown in FIG. 1 (D), impurities (phosphorus) 10 are formed toward the substrate by ion doping.
5 was doped. In this step, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is about 60 to 90 kV, and the dose amount is 8 × 10 15 to 3 × 10 16 c.
m done as -2, but in the first embodiment, about 80kV accelerating voltage was performed the dosage of 2 × 10 16 cm -2.

【0045】そして、図1(E)に示すように、注入し
たリンの活性化およびイオンドーピングによるシリコン
膜ダメージの回復のために、900℃、約1時間程度の
加熱処理を行うことにより、低抵抗多結晶シリコン薄膜
103cが得られる。
Then, as shown in FIG. 1E, heat treatment at 900 ° C. for about 1 hour is performed to reduce the damage to the silicon film due to activation of the implanted phosphorus and recovery of the ion doping. A resistive polycrystalline silicon thin film 103c is obtained.

【0046】上述したような方法によれば、結晶化の時
間を数十時間から2時間程度に短縮することができる。
また、結晶性は25〜80nmが最もよいことから、1
00nm以下の薄膜であっても結晶粒界に偏析する不純
物は少なく、低抵抗な多結晶シリコン膜となっている。
According to the method as described above, the crystallization time can be shortened from several tens of hours to about 2 hours.
Moreover, since the crystallinity is most preferably 25 to 80 nm, 1
Even a thin film having a thickness of 00 nm or less has few impurities segregated at the crystal grain boundaries and is a low resistance polycrystalline silicon film.

【0047】なお、この本実施の形態1により得られた
多結晶シリコン膜は、ゲート電極材料やデバイス活性層
と配線層とのコンタクト埋設材料として用いることが可
能である。
The polycrystalline silicon film obtained according to the first embodiment can be used as a gate electrode material or a contact burying material between a device active layer and a wiring layer.

【0048】本実施の形態1では、リン(P)のドープ
膜についてのみ説明したが、ドーパント不純物が砒素
(As)あるいはボロン(B)であってもよい。
Although only the phosphorus (P) doped film has been described in the first embodiment, the dopant impurity may be arsenic (As) or boron (B).

【0049】(実施の形態2)本発明を用いた実施の形
態2について図面を用いて説明する。本実施の形態にお
いては、Nチャネル型TFTを備える半導体装置および
その製造方法について、より詳細には、画素用TFTを
備える液晶表示装置用アクティブマトリクス基板の製造
方法について、図2および図3を参照しながら説明す
る。Nチャネル型TFTを備える半導体装置のうち、特
に液晶表示用アクティブマトリクス基板は、基板上に数
十万から数百万のNチャネル型TFTを均一に作製する
必要がある。なお、本実施の形態2で説明されるTFT
は、他のアクティブマトリクス型のドライバー回路、画
素部分、および薄膜集積回路を構成する素子などにも利
用可能である。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a semiconductor device including an N-channel TFT and a manufacturing method thereof, more specifically, a manufacturing method of an active matrix substrate for a liquid crystal display device including a pixel TFT, refer to FIGS. 2 and 3. While explaining. Among semiconductor devices including N-channel TFTs, particularly for active matrix substrates for liquid crystal display, it is necessary to uniformly prepare hundreds of thousands to millions of N-channel TFTs on the substrate. The TFT described in the second embodiment
Can also be used for other active matrix type driver circuits, pixel portions, elements constituting thin film integrated circuits, and the like.

【0050】図2(A)〜(C)は、本実施の形態2に
おける画素用TFTを備える液晶表示用アクティブマト
リクス基板の製造工程を説明する概略部分平面図であ
り、図3(A)〜(F)は、基板上にNチャネル型TF
Tを作成する際の工程を示した概略部分断面図である。
なお、実際には、液晶表示用アクティブマトリクス基板
には、数十万個以上のTFTが形成されるが、図1
(A)〜(C)では、3行×4列の計12個のTFTに
ついて説明するものとする。
FIGS. 2A to 2C are schematic partial plan views for explaining the manufacturing process of the active matrix substrate for liquid crystal display including the pixel TFT according to the second embodiment, and FIGS. (F) is an N-channel TF on the substrate
It is a schematic partial cross section which showed the process at the time of producing T.
Actually, hundreds of thousands or more of TFTs are formed on the liquid crystal display active matrix substrate.
In (A) to (C), a total of 12 TFTs in 3 rows × 4 columns will be described.

【0051】まず、図3(A)に示すように、ガラス基
板(コーニング1737)201の上面全体に、プラズ
マCVD法により厚さ約25〜80nm、本実施の形態
2では約30nmの真性(I型)のアモルファスシリコ
ン膜(a−Si膜)202aを成膜した。
First, as shown in FIG. 3A, an intrinsic (I) film having a thickness of about 25 to 80 nm, or about 30 nm in the second embodiment, is formed on the entire upper surface of the glass substrate (Corning 1737) 201 by the plasma CVD method. Type amorphous silicon film (a-Si film) 202a was formed.

【0052】次に、図3(B)に示すように、ガラス基
板201に向かってレーザー光203を照射することに
より、多結晶シリコン膜202bを得た。このときのレ
ーザー光203としては、XeClエキシマレーザー
(波長308nm、パルス幅40nm)を用い、レーザ
ー光203の照射条件としては、照射時にガラス基板2
01を約200〜450℃、本実施の形態2では400
℃に加熱して、エネルギー密度約250〜450mJ/
cm2、本実施の形態2では360mJ/cm2で照射し
た。また、レーザー光203のビームサイズは、ガラス
基板201上で150mm×1mmの長尺形状になるよ
うに成型されており、この長尺方向に対して垂直方向に
0.1mmのステップ幅で順次走査を行った。
Next, as shown in FIG. 3B, a polycrystalline silicon film 202b was obtained by irradiating the glass substrate 201 with laser light 203. At this time, XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nm) is used as the laser light 203, and the irradiation condition of the laser light 203 is the glass substrate 2 at the time of irradiation.
01 is about 200 to 450 ° C., 400 in the second embodiment.
Energy density of about 250-450mJ /
cm 2 , and in the second embodiment, irradiation was performed at 360 mJ / cm 2 . The beam size of the laser light 203 is shaped to be a long shape of 150 mm × 1 mm on the glass substrate 201, and is sequentially scanned in a step width of 0.1 mm in the direction perpendicular to the long direction. I went.

【0053】次に、図3(C)および図2(A)に示す
ように、ガラス基板201上の不要な部分の多結晶シリ
コン膜202bを除去して素子間の分離を行い、多結晶
シリコン膜202bを島状に形成した。その後、この島
状の多結晶シリコン202bを覆うようにゲート絶縁膜
として厚さ20〜150nm、本実施の形態2では約1
00nmの酸化シリコン膜204をプラズマCVD法に
より形成した。
Next, as shown in FIGS. 3 (C) and 2 (A), unnecessary portions of the polycrystalline silicon film 202b on the glass substrate 201 are removed to separate the elements from each other, and the polycrystalline silicon film is separated. The film 202b was formed in an island shape. After that, a thickness of 20 to 150 nm is formed as a gate insulating film so as to cover the island-shaped polycrystalline silicon 202b.
A 00 nm silicon oxide film 204 was formed by a plasma CVD method.

【0054】そして、この酸化シリコン膜204上に
は、プラズマCVD法により厚さ25〜80nm、本実
施の形態2では約60nmのリンドープのアモルファス
シリコン膜(a−Si)205aを成膜した。なお、こ
のときの反応ガスとしてはPH3とSiH4との混合比が
1:20の混合ガスおよびH2を用いた。このリンドー
プアモルファスシリコン膜205a上にニッケル206
を回転塗布法により表面濃度約1×1012〜1×1014
atoms/cm2、本実施の形態2では5×1012
toms/cm2で添加した。このような表面濃度でニ
ッケル206を添加することにより、最終的な多結晶シ
リコン膜における触媒元素の濃度は、1×1016〜1×
1019atoms/cm-3となる。
Then, on the silicon oxide film 204, a phosphorus-doped amorphous silicon film (a-Si) 205a having a thickness of 25 to 80 nm, which is about 60 nm in the second embodiment, is formed by the plasma CVD method. As the reaction gas at this time, a mixed gas of PH 3 and SiH 4 with a mixing ratio of 1:20 and H 2 were used. Nickel 206 is formed on the phosphorus-doped amorphous silicon film 205a.
The surface concentration is about 1 × 10 12 to 1 × 10 14 by spin coating.
atoms / cm 2 , 5 × 10 12 a in the second embodiment
Added at toms / cm 2 . By adding nickel 206 at such a surface concentration, the concentration of the catalytic element in the final polycrystalline silicon film is 1 × 10 16 to 1 ×.
It becomes 10 19 atoms / cm -3 .

【0055】その後、図3(D)および図2(B)に示
すように、この基板を不活性雰囲気下で約500〜62
0℃の温度で数時間にわたって加熱処理を施すことによ
り、多結晶シリコン膜205bを得る。なお、本実施の
形態2では、窒素雰囲気下で約550℃の温度で約3時
間の熱処理を行った。また、この窒素雰囲気下で約55
0℃の温度で約3時間の熱処理では、触媒元素なしでは
結晶の核発生は起こらず、全面触媒元素による結晶化が
起こる。さらに、スパッタリング法によって、厚さ約4
00〜800nm、本実施の形態2では600nmのア
ルミニウム膜207をパターニング形成することによっ
て、ゲート電極であるアルミニウム電極とゲートバスラ
インとを一体的に同時形成した。
Then, as shown in FIGS. 3D and 2B, the substrate is placed under an inert atmosphere at about 500-62.
By performing heat treatment at a temperature of 0 ° C. for several hours, a polycrystalline silicon film 205b is obtained. In the second embodiment, the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. for about 3 hours. Also, under this nitrogen atmosphere,
In the heat treatment at a temperature of 0 ° C. for about 3 hours, crystal nucleation does not occur without the catalytic element, but crystallization occurs due to the catalytic element on the entire surface. Furthermore, the thickness is about 4 by the sputtering method.
By patterning the aluminum film 207 having a thickness of 00 to 800 nm, and 600 nm in the second embodiment, the aluminum electrode as the gate electrode and the gate bus line are integrally formed at the same time.

【0056】ここで、アルミニウム電極、多結晶シリコ
ン膜、触媒元素、およびシリサイド化合物がエッチング
されるように、塩素系のガスでドライエッチングを行っ
た。ここでは、まず20mTorrでBCl3のみでエ
ッチングし、次いで、8mTorrでBCl3とCl
2(混合比1:4)でエッチングし、最後に、90mT
orrでCF4とO2(混合比1:10)でエッチングを
行った。
Here, dry etching was performed with a chlorine-based gas so that the aluminum electrode, the polycrystalline silicon film, the catalytic element, and the silicide compound were etched. Here, the etching is performed only with BCl 3 at 20 mTorr, and then with BCl 3 and Cl at 8 mTorr.
Etching at 2 (mixing ratio 1: 4) and finally 90mT
Etching was performed at orr with CF 4 and O 2 (mixing ratio 1:10).

【0057】この状態で、イオンドーピング法によりア
ルミニウム膜207をマスクとして、基板上面から不純
物(リン)208を注入した。これにより、図3(D)
に示すように、不純物が注入された領域209、210
と、不純物が注入されていない領域とが形成され、この
不純物が注入された領域209および210は、TFT
のソース/ドレイン領域として機能する。なお、このド
ーピング工程においては、ドーピングガスとしてホスフ
ィン(PH3)を用い、加速電圧を約5〜20kV、本
実施の形態2では10kV、ドーズ量を約1×1015
8×1015cm-2、本実施の形態2では約2×1015
-2として行った。さらに、図示していないが、このア
ルミニウム膜207を陽極酸化して表面に酸化物層を形
成した。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、まず一定電流の下で約220
Vまで電圧を上昇させ、その状態を約1時間保持して行
った。このようにして得られた酸化物層は約200nm
の厚さを有していた。その後、アルミニウム膜207の
陽極酸化膜の部分を取り除いた。
In this state, an impurity (phosphorus) 208 was implanted from the upper surface of the substrate using the aluminum film 207 as a mask by the ion doping method. As a result, FIG.
As shown in FIG.
And a region where impurities are not implanted are formed, and the regions 209 and 210 where the impurities are implanted are formed in the TFT.
Function as source / drain regions of the. In this doping process, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is about 5 to 20 kV, the second embodiment is 10 kV, and the dose amount is about 1 × 10 15 to.
8 × 10 15 cm -2 , which is about 2 × 10 15 c in the second embodiment.
It went as m -2 . Further, although not shown, this aluminum film 207 was anodized to form an oxide layer on the surface. This anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5% at a constant current of about 220
The voltage was raised to V and the state was maintained for about 1 hour. The oxide layer thus obtained has a thickness of about 200 nm.
Had a thickness of. Then, the part of the anodic oxide film of the aluminum film 207 was removed.

【0058】次に、図3(E)に示すように、イオンド
ーピング法によりアルミニウム膜207をマスクとし
て、基板上面から不純物(リン)212を注入した。こ
れにより、図3(E)に示すように、不純物が注入され
た領域209、210と比較して不純物濃度が低いLD
D領域213、214が形成される。なお、上述したア
ルミニウム膜207の陽極酸化膜厚がLDD領域21
3、214を形成する長さになることから、LDD領域
213、214の長さについては上述した陽極酸化工程
により制御することが可能である。また、このドーピン
グ工程においては、ドーピングガスとしてホスフィン
(PH3)を用い、加速電圧を約60〜100kV、本
実施の形態2では90kV、ドーズ量を約5×1012
1×1014cm-2、本実施の形態2では約1×1013
-2として行った。
Next, as shown in FIG. 3E, an impurity (phosphorus) 212 was implanted from the upper surface of the substrate by ion doping using the aluminum film 207 as a mask. As a result, as shown in FIG. 3E, the LD having a lower impurity concentration than the regions 209 and 210 into which the impurities are implanted.
D regions 213 and 214 are formed. Note that the above-described anodic oxide film thickness of the aluminum film 207 has the LDD region 21.
Since the lengths are 3 and 214, the lengths of the LDD regions 213 and 214 can be controlled by the above-described anodizing process. In this doping process, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is about 60 to 100 kV, the second embodiment is 90 kV, and the dose amount is about 5 × 10 12 to.
1 × 10 14 cm −2 , which is about 1 × 10 13 c in the second embodiment.
It went as m -2 .

【0059】続いて、アルミニウム膜207を取り除
き、基板を600℃で約8時間の加熱処理を行って、不
純物(リン)を活性化した。そして、再度多結晶シリコ
ン膜205b上にアルミニウム膜207をゲート電極と
して形成した。
Subsequently, the aluminum film 207 was removed, and the substrate was heat-treated at 600 ° C. for about 8 hours to activate the impurities (phosphorus). Then, the aluminum film 207 was formed again as a gate electrode on the polycrystalline silicon film 205b.

【0060】次に、図3(F)に示すように、プラズマ
CVD法によって、酸化シリコン膜または窒化シリコン
膜を厚さ約600nmで基板上面に成膜して、層間絶縁
膜215を形成した。そして、この層間絶縁膜215に
コンタクトホールを形成して、このコンタクトホールを
含む層間絶縁膜215上に金属材料、例えば窒化チタン
とアルミニウムの2層膜からなるTFTのソース電極配
線216を形成した。また、このTFTは画素電極をス
イッチングする素子であるため、TFTの一方のドレイ
ン電極配線216には透明電極であるITOなどにより
画素電極217を形成した。
Next, as shown in FIG. 3F, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm was formed on the upper surface of the substrate by a plasma CVD method to form an interlayer insulating film 215. Then, a contact hole was formed in the interlayer insulating film 215, and a source electrode wiring 216 of a TFT made of a two-layer film of a metal material, for example, titanium nitride and aluminum was formed on the interlayer insulating film 215 including the contact hole. Further, since this TFT is an element for switching the pixel electrode, the pixel electrode 217 is formed on one drain electrode wiring 216 of the TFT by ITO or the like which is a transparent electrode.

【0061】最後に、1気圧の水素雰囲気下で温度約4
10℃、約60分間のアニールを行って、図2(C)お
よび図3(F)に示すようなTFT基板を作製した。な
お、このTFTを保護するために、TFT上に窒化シリ
コンなどからなる保護膜を必要に応じて形成してもよ
い。
Finally, at a temperature of about 4 in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing was performed at 10 ° C. for about 60 minutes to fabricate a TFT substrate as shown in FIGS. 2 (C) and 3 (F). In order to protect the TFT, a protective film made of silicon nitride or the like may be formed on the TFT as needed.

【0062】以上、本実施の形態2では、基板上に画素
電極をスイッチングする素子の作製例について説明した
が、本発明は上述した実施の形態に限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能で
あり、例えばアクティブマトリクス型の液晶周辺回路や
一般の薄膜集積回路を形成するN型TFTとP型TFT
とを相補的に構成したCMOS構造の回路を基板上に作
製するような場合にも適用することが可能である。
As described above, in the second embodiment, the example of manufacturing the element for switching the pixel electrode on the substrate has been described. However, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the technical scope of the present invention is not limited to this. Various modifications based on the idea are possible, for example, an N-type TFT and a P-type TFT forming an active matrix type liquid crystal peripheral circuit or a general thin film integrated circuit.
It can also be applied to a case where a circuit having a CMOS structure in which and are complementary is formed on a substrate.

【0063】また、本実施の形態2では、ゲート電極用
のアモルファスシリコン膜をデポする際に不純物(リ
ン)の混合ガスとしてドープしているが、例えば実施の
形態1に記載したように、イオンドーピング法によって
不純物をドーピングすることも可能である。その際に
は、ソース・ドレイン領域を形成するための不純物ドー
プの工程を兼ねることにより、工程数を増やすことなく
不純物をドープすることが可能になる。また、逆に実施
の形態1における電極用アモルファスシリコンをデポす
る際に不純物(リン)の混合ガスとしてドープすること
も可能である。
In the second embodiment, the amorphous silicon film for the gate electrode is doped as a mixed gas of impurities (phosphorus) when it is deposited, but as described in the first embodiment, for example, as described in the first embodiment, It is also possible to dope the impurities by a doping method. In that case, the impurity can be doped without increasing the number of steps by also performing the impurity doping step for forming the source / drain regions. On the contrary, when the amorphous silicon for electrodes in the first embodiment is deposited, it can be doped as a mixed gas of impurities (phosphorus).

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、結晶性が良好で、かつ
不純物が結晶粒界に偏析しにくい多結晶シリコン膜を電
極材料として用いた半導体装置を簡便な製造プロセス、
低コストで実現することが可能となる。
According to the present invention, a semiconductor device using a polycrystalline silicon film, which has good crystallinity and is less likely to segregate impurities at crystal grain boundaries as an electrode material, can be manufactured by a simple manufacturing process,
It can be realized at low cost.

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

【図1】図1(A)〜(E)は、本実施の形態1におけ
る基板上にゲート電極を形成する際の工程を示した断面
図である。
1A to 1E are cross-sectional views showing a process of forming a gate electrode on a substrate according to the first embodiment.

【図2】図2(A)〜(C)は、本実施の形態2におけ
る画素用TFTを備える液晶表示用アクティブマトリク
ス基板の製造工程を説明する概略部分平面図である。
2A to 2C are schematic partial plan views illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate for liquid crystal display including a pixel TFT according to the second embodiment.

【図3】図3(A)〜(F)は、基板上にNチャネル型
TFTを作成する際の工程を示した概略部分断面図であ
る。
3 (A) to 3 (F) are schematic partial cross-sectional views showing a process of forming an N-channel TFT on a substrate.

【図4】図4は、本発明における多結晶シリコン膜中の
不純物濃度と抵抗率との関係を示した図面である。
FIG. 4 is a drawing showing a relationship between an impurity concentration and a resistivity in a polycrystalline silicon film according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 シリコン基板 102 熱酸化膜 103a アモルファスシリコン膜 103b 多結晶シリコン膜 103c ゲート電極 104 触媒元素(ニッケル) 105 不純物(リン) 201 ガラス基板 202a アモルファスシリコン膜 202b 多結晶シリコン膜 203 レーザー光 204 シリコン酸化膜 205a リンドープアモルファスシリコン膜 205b リンドープ多結晶シリコン膜 206 触媒元素(ニッケル) 207 アルミニウム膜 208 不純物(リン) 209 ソース領域 210 ドレイン領域 212 不純物(リン) 213 LDD領域 214 LDD領域 215 層間絶縁膜 216 ソース電極配線 217 画素電極 101 Silicon substrate 102 thermal oxide film 103a amorphous silicon film 103b Polycrystalline silicon film 103c gate electrode 104 catalytic element (nickel) 105 Impurity (phosphorus) 201 glass substrate 202a amorphous silicon film 202b Polycrystalline silicon film 203 laser light 204 Silicon oxide film 205a Phosphorus-doped amorphous silicon film 205b Phosphorus-doped polycrystalline silicon film 206 catalytic element (nickel) 207 Aluminum film 208 Impurity (phosphorus) 209 Source area 210 drain region 212 Impurity (phosphorus) 213 LDD area 214 LDD region 215 Interlayer insulation film 216 Source electrode wiring 217 pixel electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 616A (56)参考文献 特開 平10−303129(JP,A) 特開 平3−248434(JP,A) 特開 平10−326898(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/28 H01L 29/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/78 616A (56) References JP-A-10-303129 (JP, A) JP-A-3-248434 (JP, A) JP-A-10-326898 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/28 H01L 29/40

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に島状に形成された第1の多結晶
シリコン膜と、 該第1の多結晶シリコン膜を覆うように形成されたゲー
ト絶縁膜と、 前記第1の多結晶シリコン膜においてTFTのソースお
よびドレインとして機能する領域以外の領域に対応して
前記ゲート絶縁膜上に25nm以上、80nm以下の厚
さを有して形成されており、アモルファスシリコン膜に
触媒元素を添加して加熱することにより結晶化した第2
の多結晶シリコン膜と、 該第2の多結晶シリコン膜上に形成されたゲート電極と
を具備し、 前記第1の多結晶シリコン膜には、TFTのソースおよ
びドレインとして機能する領域に接して、該領域よりも
不純物濃度が低いLDD領域がそれぞれ設けられてお
り、 前記ゲート電極が、各LDD領域に対応した部分が取り
除かれた状態になっていることを特徴とする半導体装
置。
1. A first polycrystalline silicon film formed in an island shape on a substrate, a gate insulating film formed so as to cover the first polycrystalline silicon film, and the first polycrystalline silicon. The film is formed on the gate insulating film to have a thickness of 25 nm or more and 80 nm or less corresponding to regions other than the regions functioning as the source and drain of the TFT, and a catalytic element is added to the amorphous silicon film. Second crystallized by heating by heating
And a gate electrode formed on the second polycrystalline silicon film, the first polycrystalline silicon film being in contact with a region functioning as a source and a drain of a TFT. LDD regions each having an impurity concentration lower than that of the regions are provided, and the gate electrode is in a state in which a portion corresponding to each LDD region is removed.
【請求項2】 前記第2の多結晶シリコン膜における前
記触媒元素の濃度は、1×1016atoms/cm
−3以上、1×1019atoms/cm−3以下であ
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The concentration of the catalyst element in the second polycrystalline silicon film is 1 × 10 16 atoms / cm 2.
-3, the semiconductor device according to claim 1, characterized in that 1 × 10 19 atoms / cm -3 or less.
【請求項3】 請求項1に記載された半導体装置の製造
方法であって、 基板上に第1の多結晶シリコン膜を島状に形成する工程
と、 該第1の多結晶シリコン膜を覆うようにゲート絶縁膜を
形成する工程と、 該ゲート絶縁膜上に、アモルファスシリコン膜に触媒元
素を添加して加熱することにより結晶化して第2の多結
晶シリコン膜を形成する工程と、 該第2の多結晶シリコン膜上にアルミニウム膜を形成す
る工程と、 該アルミニウム膜および第2の多結晶シリコン膜を、前
記第1の多結晶シリコン膜におけるTFTのソースおよ
びドレインとして機能する領域以外の領域に対応して形
成するパターニング工程と、 パターニングされた該アルミニウム膜をマスクとして前
記第1の多結晶シリコン膜に不純物を注入する工程と、 前記第1の多結晶シリコン膜においてTFTのLDD
して機能する領域に対応する該アルミニウム膜部分を取
り除く工程と、 該アルミニウム膜をマスクとして前記第1の多結晶シリ
コン膜に不純物を注入する工程と、 前記アルミニウム膜を取り除いて、注入された不純物を
活性化した後に、前記第2の多結晶シリコン膜上にゲー
ト電極を形成する工程とを包含することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a step of forming a first polycrystalline silicon film in an island shape on a substrate, and covering the first polycrystalline silicon film. Forming a gate insulating film, forming a second polycrystalline silicon film on the gate insulating film by adding a catalytic element to an amorphous silicon film and crystallizing by heating the amorphous silicon film; And a step of forming an aluminum film on the second polycrystalline silicon film, the aluminum film and the second polycrystalline silicon film being a region other than a region functioning as a source and a drain of a TFT in the first polycrystalline silicon film. A patterning step of forming the first polycrystalline silicon film using the patterned aluminum film as a mask, and a step of implanting impurities in the first polycrystalline silicon film. Removing a step of removing said aluminum film portion corresponding to the region serving as the LDD TFT in crystal silicon film, a step of implanting impurities into the first polycrystalline silicon film the aluminum film as a mask, the aluminum layer And activating the implanted impurities, and then forming a gate electrode on the second polycrystalline silicon film, the method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 前記第2の多結晶シリコン膜を形成する
工程において、前記触媒元素が回転塗布法により前記ア
モルファスシリコン膜上に添加されることを特徴とする
請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein in the step of forming the second polycrystalline silicon film, the catalytic element is added on the amorphous silicon film by a spin coating method. Production method.
【請求項5】 前記アモルファスシリコン膜上に添加さ
れる触媒元素は、NiまたはNiを含む複数の元素であ
ることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装
置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the catalytic element added on the amorphous silicon film is Ni or a plurality of elements containing Ni.
【請求項6】 前記触媒元素が添加された前記アモルフ
ァスシリコン膜を加熱する工程は、500℃以上、62
0℃以下の温度範囲内で行われることを特徴とする請求
項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of heating the amorphous silicon film to which the catalytic element has been added is 500 ° C. or higher, 62
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the method is performed within a temperature range of 0 ° C. or lower.
【請求項7】 前記アモルファスシリコン膜は、25n
m以上、80nm以下の厚さを有することを特徴とする
請求項3〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
7. The amorphous silicon film is 25 n
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device has a thickness of not less than m and not more than 80 nm.
【請求項8】 前記パターニング工程は、BCl、H
Clを含む塩素系ガスを用いるリアクティブイオンエッ
チング法により行われることを特徴とする請求項3〜7
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. The patterning process comprises using BCl 3 and H.
The reactive ion etching method using a chlorine-based gas containing Cl is performed by a reactive ion etching method.
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1.
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