JP3471966B2 - Method for manufacturing thin film semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing thin film semiconductor device

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JP3471966B2
JP3471966B2 JP08645895A JP8645895A JP3471966B2 JP 3471966 B2 JP3471966 B2 JP 3471966B2 JP 08645895 A JP08645895 A JP 08645895A JP 8645895 A JP8645895 A JP 8645895A JP 3471966 B2 JP3471966 B2 JP 3471966B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁表面上に薄膜状の
絶縁ゲイト型半導体装置(特に薄膜トランジスタもしく
はTFT)を作製する方法に関する。本発明による半導
体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリクス
やイメージセンサー等の駆動回路、あるいはSOI集積
回路や従来の半導体集積回路(マイクロプロセッサーや
マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、あるい
は半導体メモリー等)に使用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film insulating gate type semiconductor device (particularly a thin film transistor or a TFT) on an insulating surface. The semiconductor device according to the present invention is used in an active matrix such as a liquid crystal display, a drive circuit such as an image sensor, an SOI integrated circuit, or a conventional semiconductor integrated circuit (microprocessor, microcontroller, microcomputer, semiconductor memory, or the like). It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁基板上、もしくは半導体基板
上であっても厚い絶縁膜によって半導体基板と隔てられ
た表面(絶縁表面)上に絶縁ゲイト型半導体装置(MI
SFET)を形成する研究が盛んに成されている。特に
半導体層(活性層)が薄膜状である半導体装置を薄膜ト
ランジスタ(TFT)という。このような半導体装置に
おいては、単結晶の半導体のような良好な結晶性を有す
る素子を得ることは困難で、通常は、結晶性は有するが
単結晶でない、非単結晶の半導体を用いる。したがっ
て、半導体の結晶性によって、半導体装置の特性が大き
く左右された。
2. Description of the Related Art In recent years, an insulating gate type semiconductor device (MI) has been formed on an insulating substrate, or even on a semiconductor substrate, on a surface (insulating surface) separated from the semiconductor substrate by a thick insulating film.
Researches for forming SFET) have been actively conducted. In particular, a semiconductor device having a thin semiconductor layer (active layer) is called a thin film transistor (TFT). In such a semiconductor device, it is difficult to obtain an element having good crystallinity such as a single crystal semiconductor, and a non-single crystal semiconductor having crystallinity but not single crystal is usually used. Therefore, the crystallinity of the semiconductor greatly affects the characteristics of the semiconductor device.

【0003】半導体としてシリコンを用いる場合には、
特開平6−318701に開示されるように、ニッケ
ル、コバルト、鉄、白金、パラジウム等の金属元素を用
いると非晶質シリコンを、より低い温度で、かつ、短時
間で結晶化させることが可能である。すなわち、上記金
属元素は、結晶化に際して、触媒金属元素として機能す
る。そして、このようにして得られた結晶性シリコン膜
を用いた半導体装置の特性は、そうでないものに比較し
て、概して良好であった。また、1000Å未満の薄い
膜においても良好な結晶化が可能であった。
When silicon is used as a semiconductor,
As disclosed in JP-A-6-318701, when a metal element such as nickel, cobalt, iron, platinum, or palladium is used, amorphous silicon can be crystallized at a lower temperature and in a shorter time. Is. That is, the metal element functions as a catalyst metal element during crystallization. The characteristics of the semiconductor device using the crystalline silicon film obtained in this way were generally better than those without it. Also, good crystallization was possible even in a thin film having a thickness of less than 1000Å.

【0004】より、良好な結晶性を得るには、特開平6
−318701に開示されるように、上記のように触媒
金属元素を用いて結晶化せしめたシリコン膜に、レーザ
ー等の強光を照射して、光アニールを施す方法も有効で
ある。
[0004] To obtain better crystallinity, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6 (1994)
As disclosed in JP-A-318701, it is also effective to irradiate a silicon film crystallized with a catalytic metal element as described above with intense light such as laser to perform optical annealing.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒金
属元素を用いる方法には解決すべき問題が1つあった。
それは、触媒金属元素が特定の場所に偏ることにより、
半導体装置の特性のバラツキが激しくなるということで
ある。すなわち、触媒金属元素は、多くは珪化物の形で
シリコン膜中に存在するのであるが、これが多い領域で
は、シリコンの半導体特性が著しく損なわれており、T
FTの場合であれば、ゲイトバイアスの如何に関わら
ず、ドレイン電流が大きいという問題となる。本発明は
この問題を解決することを課題とする。
However, the method using a catalytic metal element has one problem to be solved.
It is because the catalytic metal element is biased to a specific place,
This means that the variations in the characteristics of semiconductor devices will become severe. That is, most of the catalytic metal elements are present in the silicon film in the form of silicide, but in a large amount thereof, the semiconductor characteristics of silicon are significantly impaired.
In the case of FT, there is a problem that the drain current is large regardless of the gate bias. The present invention aims to solve this problem.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
手段によって結晶化させたシリコン膜表面を化学的機械
的研磨法によって、研磨平坦化することにより、上記の
問題を解決することを特徴とする。
The present invention aims to solve the above problems by polishing and flattening the surface of a silicon film crystallized by the above means by a chemical mechanical polishing method. Characterize.

【0007】すなわち、 (1)絶縁表面上に非晶質シリコン膜を形成する工程 (2)前記シリコン膜を触媒金属元素を用いた、熱アニ
ールを施すことにより、結晶化せしめる工程 (3)前記シリコン膜に光アニールを施す工程 (4)前記シリコン膜に化学的機械的研磨(CMP)法
を施すことにより、表面の凹凸の二乗平均の平方根(R
MS)が膜厚の10%以下、もしくは、凸部と凹部の高
さの差が膜厚の25%以下となるようにする工程 を経ることにより、シリコン膜中の触媒金属元素の偏析
した部分を選択的に除去し、よって、半導体装置の特性
を安定化せしめることができる。
That is, (1) a step of forming an amorphous silicon film on an insulating surface (2) a step of crystallizing the silicon film by thermal annealing using a catalytic metal element (3) Step (4) of subjecting the silicon film to optical annealing. By subjecting the silicon film to chemical mechanical polishing (CMP), the root mean square (R
MS) is 10% or less of the film thickness, or the difference between the heights of the convex portion and the concave portion is 25% or less of the film thickness, so that the portion where the catalytic metal element segregates in the silicon film is segregated. Can be selectively removed, so that the characteristics of the semiconductor device can be stabilized.

【0008】そして、このように処理したシリコン膜を
覆って、絶縁膜と導電膜とを堆積することにより、半導
体装置を作製することができる。上記の工程(4)の
後、前記シリコン膜表面に熱酸化膜を形成する工程を設
けてもよい。この場合の熱酸化とは、500〜600℃
の低い温度での熱酸化も含まれるが、この酸化工程の結
果、シリコン膜中の触媒金属元素を金属酸化物として、
固定化することができるので有効である。
A semiconductor device can be manufactured by depositing an insulating film and a conductive film so as to cover the silicon film thus treated. After the step (4), a step of forming a thermal oxide film on the surface of the silicon film may be provided. The thermal oxidation in this case is 500 to 600 ° C.
Thermal oxidation at low temperature is also included, but as a result of this oxidation step, the catalytic metal element in the silicon film is changed to metal oxide,
It is effective because it can be fixed.

【0009】また、本発明においては、シリコン膜は化
学的気相成長(CVD)法もしくは物理的気相成長(P
VD)法によって形成された絶縁性の下地膜上に形成さ
れるとよい。さらに加えれば、下地膜は、化学的機械的
研磨法によって、研磨することにより平坦化されると、
シリコン膜の平坦化工程において有効である。
Further, in the present invention, the silicon film is formed by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (P).
It may be formed on an insulating base film formed by the VD) method. In addition, the underlying film is planarized by polishing by a chemical mechanical polishing method,
This is effective in the step of flattening the silicon film.

【0010】上記の工程(4)において、シリコン膜の
CMP法としては、高橋ら(Appl.Phys. Lett. vol.64
(1994) pp2273)、あるいは、カオら(Int'l Display R
es.Conf. Oct.10-13, 1994, Monterey, Calif. pp294)
が報告しているので、それと同様な方法によっておこな
えばよい。
In the above step (4), the CMP method for a silicon film is described by Takahashi et al. (Appl. Phys. Lett. Vol. 64) .
(1994) pp2273), or Kao et al. (Int'l Display R
es.Conf. Oct.10-13, 1994, Monterey, Calif. pp294)
It has been reported by the above, and the method similar to that may be used.

【0011】[0011]

【作用】特開平6−318701に開示される触媒金属
元素を用いた熱アニールと光アニールを併用して、結晶
性シリコン膜を得る方法には、別な問題があった。それ
は、光アニール工程によって生じるシリコン膜表面の凹
凸(リッジ)の問題である。これは触媒金属元素を用い
ない場合においても問題となるのであるが、触媒金属元
素を用いた場合には、光アニール時に、より大きく結晶
性が変動するため、局所的な体積変動が甚だしく、より
凹凸が大きくなる。
The method disclosed in JP-A-6-318701 for obtaining a crystalline silicon film by using both thermal annealing and optical annealing using a catalytic metal element has another problem. It is a problem of unevenness (ridge) on the surface of the silicon film caused by the optical annealing process. This is a problem even when the catalytic metal element is not used, but when the catalytic metal element is used, the crystallinity changes more greatly during the photo-annealing, so that the local volume change is significant, and The unevenness becomes large.

【0012】凹凸は、少なくとも100Å、典型的に
は、膜厚と同程度から2倍の凹凸差(凸部と凹部の高さ
の差)が生じた。すなわち、膜厚が500Åであれば、
凹凸差は500〜1000Åにもあった。また、凹凸の
別の表示方法として、二乗平均和の平方根(RMS)を
用いた場合には、膜厚の20%を越える値となった。
The unevenness is at least 100 Å, and typically, a difference of unevenness (difference in height between the convex portion and the concave portion) which is about the same as the film thickness is doubled. That is, if the film thickness is 500Å,
The unevenness difference was as high as 500 to 1000Å. Further, when the root mean square (RMS) was used as another method of displaying the unevenness, the value exceeded 20% of the film thickness.

【0013】さて、本発明人は、研究の結果。触媒金属
元素は、シリコン結晶の粒界に選択的に存在し、また、
粒界にリッジが発生することを見出した。この様子を概
念的に示したのが、図1(A)であり、絶縁表面11上
に形成された結晶性シリコン膜12には、リッジ13〜
15が存在する。触媒金属元素の濃度はドットの密度で
表示されており、図に示すように、リッジ13〜15に
集中している。(図1(A))
Now, the inventors of the present invention are the result of the research. The catalytic metal element is selectively present at the grain boundaries of the silicon crystal, and
It was found that ridges were generated at the grain boundaries. This state is conceptually shown in FIG. 1A, in which the ridges 13 to 13 are formed on the crystalline silicon film 12 formed on the insulating surface 11.
There are fifteen. The concentration of the catalytic metal element is represented by the density of dots and is concentrated on the ridges 13 to 15 as shown in the figure. (Fig. 1 (A))

【0014】したがって、リッジの存在する部分が、半
導体装置の不良箇所であるので、リッジを除去すれば、
同時に触媒金属元素も除去できる。この場合、リッジの
頂上部では、特に触媒金属元素の濃度が高いので、リッ
ジ除去によって、触媒金属元素濃度の高い部分を選択的
に除去できる。リッジの根元の部分16〜18も触媒金
属元素の濃度は高いが、半導体特性を喪失させるような
濃度ではなく、ほとんど問題とはならない。(図1
(B))
Therefore, since the portion where the ridge exists is a defective portion of the semiconductor device, if the ridge is removed,
At the same time, the catalytic metal element can be removed. In this case, since the concentration of the catalytic metal element is particularly high at the top of the ridge, the portion having a high concentration of the catalytic metal element can be selectively removed by removing the ridge. Although the concentration of the catalytic metal element is also high in the root portions 16 to 18 of the ridge, the concentration is not such that the semiconductor characteristics are lost, and there is almost no problem. (Fig. 1
(B))

【0015】この部分の触媒金属元素は、絶対量が少な
いので、適当な温度の熱酸化処理によって、当該部分の
触媒金属元素を金属酸化物として、固定化させることが
できる。このようにして得られた触媒金属元素を含む酸
化物は、フッ化水素酸で処理することにより除去でき、
よって、触媒金属元素を除去できる。
Since the catalytic metal element in this part has a small absolute amount, the catalytic metal element in the part can be fixed as a metal oxide by a thermal oxidation treatment at an appropriate temperature. The oxide containing the catalytic metal element thus obtained can be removed by treating with hydrofluoric acid,
Therefore, the catalytic metal element can be removed.

【0016】このように、リッジを選択的に除去するに
は、CMP法によってシリコン膜を平坦化すればよい。
もちろん、凹凸を無くし、シリコン膜を平坦化すること
自体も、半導体装置の微細化・高信頼性化に寄与する。
例えば、図2に示すように、絶縁表面21上のシリコン
膜22を覆って、絶縁膜23と電極24を形成する場合
においても、リッジ25が存在することが問題となっ
た。
As described above, in order to selectively remove the ridge, the silicon film may be planarized by the CMP method.
Of course, eliminating unevenness and planarizing the silicon film itself contributes to miniaturization and high reliability of the semiconductor device.
For example, as shown in FIG. 2, even when the insulating film 23 and the electrode 24 are formed so as to cover the silicon film 22 on the insulating surface 21, the existence of the ridge 25 has been a problem.

【0017】すなわち、リッジの存在のために、絶縁膜
23の被覆性が低下して、当該部分の絶縁性が低下する
ことが第1の問題であった。さらに、上記のように、リ
ッジ部分は、曲率半径が小さい上に、触媒金属元素が珪
化物として存在する極めて導電性の高い部分であるの
で、電極24とシリコン膜22の間に電圧を印加する
と、ファウラ・ノルドハイム電流26が発生しやすかっ
た。(図2)
That is, the first problem is that the covering property of the insulating film 23 is deteriorated due to the existence of the ridge, and the insulating property of the portion is deteriorated. Further, as described above, since the ridge portion has a small radius of curvature and the catalytic metal element exists as a silicide and has an extremely high conductivity, when a voltage is applied between the electrode 24 and the silicon film 22. , The Fowler-Nordheim current 26 was likely to occur. (Fig. 2)

【0018】また、リッジ部分が導電性であるため、該
部分に電荷がトラップされることもあり、これによって
半導体特性が劣化することもあった。リッジを除去し、
平坦化することはこれらの問題点を解決するうえでも有
効であることが判った。すなわち、シリコン膜上の絶縁
膜をCVD法、特に熱CVD法によって堆積し、その厚
さをシリコン膜の厚さの2倍以下、より、好ましくは1
倍以下とすることも可能となった。この結果、半導体装
置のしきい値電圧(Vth)を小さくし、消費電力を抑え
ることが可能である。
Further, since the ridge portion is conductive, charges may be trapped in the portion, which may deteriorate the semiconductor characteristics. Remove the ridge,
It has been found that flattening is effective in solving these problems. That is, an insulating film on a silicon film is deposited by a CVD method, particularly a thermal CVD method, and the thickness thereof is twice the thickness of the silicon film or less, more preferably 1
It has become possible to reduce it to less than double. As a result, the threshold voltage (V th ) of the semiconductor device can be reduced and power consumption can be suppressed.

【0019】このことは、デザインルールの縮小をも可
能とする。すなわち、デザインルールを半分にするに
は、ゲイト絶縁膜の厚さを半分にすることも同時に求め
られるのであるが、上記のようにゲイト絶縁膜を薄くす
ることが可能となったために、デザインルールを0.2
5〜3μmとすることも可能となった。
This makes it possible to reduce the design rule. That is, in order to reduce the design rule by half, it is necessary to reduce the thickness of the gate insulating film at the same time. However, since the gate insulating film can be thinned as described above, the design rule is reduced. To 0.2
It has become possible to set the thickness to 5 to 3 μm.

【0020】本発明人の研究では、十分に触媒金属元素
を除去するには、表面の凹凸のRMSが膜厚の10%以
下、もしくは、凸部と凹部の高さの差が膜厚の25%以
下のいずれかとすることが必要である。そして、効果的
な平坦化をおこなうためには、下地膜も十分に平坦であ
ることが好ましい。
According to the research conducted by the present inventor, in order to sufficiently remove the catalytic metal element, the RMS of the surface irregularities is 10% or less of the film thickness, or the difference in height between the convex portion and the concave portion is 25% of the film thickness. % Or less. Further, in order to perform effective flattening, it is preferable that the base film is also sufficiently flat.

【0021】なお、本発明とは別に、シリコン膜を薄く
することによって、半導体装置の特性を改善できるとい
う報告がある。例えば、林久雄他は、Jpn. J. Appl. Ph
ys.vol.23 (1984) L819において、結晶性のシリコンの
活性層の厚さを100Åから1000Åまで変化させて
TFTの特性を調べ、活性層が薄くなると、電界効果移
動度が向上し、しきい値電圧、リーク電流が低下すると
いう好ましい特性が得られた、と報告している。
In addition to the present invention, it is reported that the characteristics of the semiconductor device can be improved by thinning the silicon film. For example, Hisao Hayashi et al., Jpn. J. Appl. Ph.
ys.vol. 23 (1984) In L819, the characteristics of the TFT were investigated by changing the thickness of the active layer of crystalline silicon from 100Å to 1000Å. When the active layer became thin, the field effect mobility was improved. It is reported that favorable characteristics such as reduction in threshold voltage and leak current were obtained.

【0022】このことは、本発明の対象とするような触
媒金属元素を用いた結晶性シリコン膜においても該当す
る。したがって、本発明において、CMP法による平坦
化だけに留まることなく、さらに、研磨を進めてシリコ
ン膜を薄くすることによっても半導体装置の特性を改善
できる。
This also applies to the crystalline silicon film using the catalytic metal element as the object of the present invention. Therefore, in the present invention, the characteristics of the semiconductor device can be improved not only by flattening by the CMP method but also by further polishing to thin the silicon film.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例を図3、図4に示す。まず、平坦
化研磨した基板31(コーニング7059、100mm
×100mm)上に下地酸化膜として、酸化珪素膜32
をスパッタリング法により1000〜5000Å、例え
ば、4000Åに成膜した。この酸化珪素膜32は、ガ
ラス基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。
[Embodiment 1] This embodiment is shown in FIGS. First, the flattened and polished substrate 31 (Corning 7059, 100 mm
(× 100 mm) as a base oxide film on the silicon oxide film 32.
Was deposited to a thickness of 1000 to 5000Å, for example, 4000Å by a sputtering method. The silicon oxide film 32 is provided to prevent the diffusion of impurities from the glass substrate.

【0024】そして、公知の酸化珪素膜のCMP法によ
って、これを研磨し、平坦化した。平坦化度としては、
凹凸のRMSを10Å以下とした。そして、非晶質シリ
コン膜33をプラズマCVD法により400〜1500
Å、例えば、500Åに成膜した。その後、非晶質シリ
コン膜上に数〜数十Åのニッケルもしくはニッケル化合
物を含む層34(ニッケル含有層)を形成した。
Then, the silicon oxide film was polished and flattened by the known CMP method. As the flatness,
The uneven RMS was set to 10 Å or less. Then, the amorphous silicon film 33 is 400 to 1500 by the plasma CVD method.
The film was formed at a thickness of, for example, 500 Å. After that, a layer 34 (nickel-containing layer) containing several to several tens of liters of nickel or a nickel compound was formed on the amorphous silicon film.

【0025】ニッケル含有層34を形成するには、 ニッケル元素を含有した溶液を塗布したのち、乾燥さ
せる方法 ニッケルもしくはニッケル化合物をスパッタリング法
によって成膜する方法 ガス状の有機ニッケルを熱、光、プラズマによって分
解・堆積させる方法(気相成長法) のいずれかによって形成すればよい。
To form the nickel-containing layer 34, a method in which a solution containing nickel element is applied and then dried is used. A method in which nickel or a nickel compound is deposited by a sputtering method is used. It may be formed by any of the methods (vapor phase growth method) of decomposing and depositing by.

【0026】の方法において溶液を塗布するには、例
えば、スピンコーティング法や、ディッピング法を用い
ればよい。本実施例においては、酢酸ニッケル膜をスピ
ンコーティング法によって形成した。以下にその方法を
詳述する。
In order to apply the solution in the above method, for example, a spin coating method or a dipping method may be used. In this example, the nickel acetate film was formed by the spin coating method. The method will be described in detail below.

【0027】まず、非晶質シリコン膜上にシリコン表面
を酸化することにより酸化珪素膜を10〜50Åに形成
した。酸化珪素膜を形成するには、酸素雰囲気中でのU
V光の照射、熱酸化、過酸化水素による処理等によって
おこなえばよい。ここでは、酸素雰囲気中でのUV光の
照射により酸化膜を20Åに成膜した。この酸化珪素膜
は、後のニッケル酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質
シリコン膜の表面全体にニッケル酢酸塩溶液をゆき渡ら
せるため、すなわち、シリコン膜の表面特性を改善し、
水溶液を弾かなくするためのものである。
First, a silicon oxide film was formed to a thickness of 10 to 50 Å by oxidizing the silicon surface on the amorphous silicon film. To form a silicon oxide film, U in an oxygen atmosphere is used.
It may be performed by irradiation with V light, thermal oxidation, treatment with hydrogen peroxide, or the like. Here, an oxide film was formed to a thickness of 20 Å by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere. This silicon oxide film spreads the nickel acetate solution over the entire surface of the amorphous silicon film in the subsequent step of applying the nickel acetate solution, that is, improves the surface characteristics of the silicon film,
This is to prevent the aqueous solution from being repelled.

【0028】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを溶解し
て、ニッケル酢酸塩溶液を作製した。このとき、ニッケ
ルの濃度は10ppmとした。そして、回転させた基板
上にこのニッケル酢酸塩溶液を基板表面に2ml滴下
し、この状態を5分間保持してニッケル酢酸塩溶液を均
一に基板上に行き渡らせた。その後、基板の回転数を上
げてスピンドライ(2000rpm、60秒)をおこな
った。
Next, nickel was dissolved in the acetate solution to prepare a nickel acetate solution. At this time, the concentration of nickel was 10 ppm. Then, 2 ml of this nickel acetate solution was dropped onto the surface of the rotated substrate, and this state was maintained for 5 minutes to uniformly spread the nickel acetate solution on the substrate. After that, the rotation speed of the substrate was increased and spin drying (2000 rpm, 60 seconds) was performed.

【0029】本発明者の研究では、ニッケル酢酸塩溶液
中におけるニッケルの濃度は、1ppm以上であれば実
用になる。このニッケル酢酸塩溶液の塗布工程を、1〜
複数回おこなうことにより、スピンドライ後の非晶質シ
リコン膜の表面に平均20Åの膜厚を有する酢酸ニッケ
ル層を形成することができた。なお、上述の層は、完全
な膜になっているとは限らない。他のニッケル化合物を
用いても同様にできる。このようにして、酢酸ニッケル
膜(ニッケル含有層)34を形成した。(図3(A))
According to the research conducted by the present inventor, if the concentration of nickel in the nickel acetate solution is 1 ppm or more, it becomes practical. This nickel acetate solution coating step
By carrying out a plurality of times, it was possible to form a nickel acetate layer having an average film thickness of 20Å on the surface of the amorphous silicon film after spin drying. Note that the above layers are not necessarily complete films. The same can be done by using other nickel compounds. Thus, the nickel acetate film (nickel-containing layer) 34 was formed. (Fig. 3 (A))

【0030】本実施例においては、非晶質シリコン膜上
にニッケルもしくはニッケル化合物を導入する方法を示
したが、非晶質シリコン膜の下(すなわち、下地酸化膜
32とシリコン膜33の間)にニッケルもしくはニッケ
ル化合物を導入する方法を用いてもよい。この場合は、
非晶質シリコン膜の成膜前にニッケルもしくはニッケル
化合物を導入すればよい。
In this embodiment, the method of introducing nickel or a nickel compound onto the amorphous silicon film has been described, but under the amorphous silicon film (that is, between the base oxide film 32 and the silicon film 33). You may use the method of introduce | transducing nickel or a nickel compound into. in this case,
Nickel or a nickel compound may be introduced before the formation of the amorphous silicon film.

【0031】ニッケル含有層形成後、加熱炉において、
窒素雰囲気中において550℃、4時間の加熱処理をお
こない結晶性シリコン膜35を得た。この熱アニールに
よって、大部分の非晶質シリコンは結晶化したが、とこ
ろどころに非晶質シリコンの部分が残されていた。そこ
で、結晶性向上のためにKrFエキシマレーザー光(波
長248nm)を照射し、これら不完全な結晶化部分を
も結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は200〜
350mJ/cm2 とした。レーザーのエネルギー密度
はシリコン膜の厚さ、結晶化の度合い等を考慮して決定
すればよい。(図3(B))
After forming the nickel-containing layer, in a heating furnace,
A heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours to obtain a crystalline silicon film 35. By this thermal annealing, most of the amorphous silicon was crystallized, but some amorphous silicon portions were left in some places. Therefore, in order to improve crystallinity, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) was irradiated to crystallize these incompletely crystallized portions. Laser energy density is 200 ~
It was set to 350 mJ / cm 2 . The energy density of the laser may be determined in consideration of the thickness of the silicon film, the degree of crystallization and the like. (Fig. 3 (B))

【0032】上記の光アニールの結果、結晶性シリコン
膜35の表面には、多くのリッジ36〜38が発生し
た。本実施例では、リッジの高さは200〜1500Å
であった。(図3(C)) 次に、CMP法を施し、シリコン膜35の表面を平坦化
した。本実施例では、Int'l Display Res. Conf. Oct.1
0-13, 1994, Monterey, Calif. pp294) に開示された方
法によっておこない、凹凸のRMSが20Å(すなわ
ち、膜厚の4%)である平坦な表面39を得た。リッジ
を除去することにより、リッジに集中していたニッケル
の多くを除去することもできた。(図3(D))
As a result of the above optical annealing, many ridges 36 to 38 were formed on the surface of the crystalline silicon film 35. In this embodiment, the height of the ridge is 200 to 1500Å
Met. (FIG. 3C) Next, the surface of the silicon film 35 was flattened by the CMP method. In this example, Int'l Display Res. Conf. Oct. 1
0-13, 1994, Monterey, Calif. Pp294) to obtain a flat surface 39 having RMS of 20 Å (that is, 4% of the film thickness) of irregularities. By removing the ridge, most of the nickel concentrated in the ridge could be removed. (Fig. 3 (D))

【0033】なお、上記のCMP法のために、シリコン
表面39は少なからずダメージを受けるが、これは、熱
アニールや熱酸化によって除去できる。本実施例では、
1気圧、550℃の酸素雰囲気の熱酸化を30分〜2時
間おこなうことにより、表面にごく薄い酸化珪素膜を生
成させ、これをフッ酸によってエッチングすることによ
り、上記のダメージを除去できる。(第1の熱酸化)
Although the silicon surface 39 is not a little damaged due to the above CMP method, it can be removed by thermal annealing or thermal oxidation. In this embodiment,
By performing thermal oxidation in an oxygen atmosphere at 1 atm and 550 ° C. for 30 minutes to 2 hours, a very thin silicon oxide film is formed on the surface, and by etching this with hydrofluoric acid, the above damage can be removed. (First thermal oxidation)

【0034】つぎに、このようにして得られた結晶性シ
リコン膜をドライエッチング法によってエッチングし
て、島状領域43(島状シリコン膜)を形成した。この
島状シリコン膜43はTFTの活性層を構成する。そし
て、1気圧、550℃の酸素雰囲気で、30分〜2時間
の熱アニールをおこなった。(第2の熱酸化)
Next, the crystalline silicon film thus obtained was etched by a dry etching method to form island regions 43 (island silicon film). The island-shaped silicon film 43 constitutes the active layer of the TFT. Then, thermal annealing was performed for 30 minutes to 2 hours in an oxygen atmosphere at 1 atmosphere and 550 ° C. (Second thermal oxidation)

【0035】その後、ゲイト絶縁膜107として、膜厚
500〜1000Å、例えば、750Åの酸化珪素膜4
4を熱CVD法によって堆積した。原料ガスはモノシラ
ン(SiH4 )と酸素(O2 )を用いた。成膜時の基板
温度は410〜450℃が好ましかった。(図4
(A))
Thereafter, as the gate insulating film 107, the silicon oxide film 4 having a film thickness of 500 to 1000Å, for example, 750Å.
4 was deposited by the thermal CVD method. As the raw material gas, monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) were used. The substrate temperature during film formation was preferably 410 to 450 ° C. (Fig. 4
(A))

【0036】さらに、減圧CVD法によって、ジシラン
(Si2 6 )を原料として、厚さ3000〜6000
Åの多結晶シリコン膜を堆積した。ジシランに対してフ
ォスフィン(PH3 )を1〜5%添加することにより、
多結晶シリコン膜には燐を添加し、よって、導電性を向
上せしめた。次に多結晶シリコン膜をエッチングして、
ゲイト電極45を形成した。(図4(B))
Further, by a low pressure CVD method, disilane (Si 2 H 6 ) is used as a raw material and the thickness is 3000 to 6000.
Å Polycrystalline silicon film was deposited. By adding 1 to 5% of phosphine (PH 3 ) to disilane,
Phosphorus was added to the polycrystalline silicon film to improve the conductivity. Next, the polycrystalline silicon film is etched,
The gate electrode 45 was formed. (Fig. 4 (B))

【0037】その後、イオンドーピング法によって、島
状シリコン膜43に、ゲイト電極45に対して、自己整
合的に不純物(本実施例においては燐)を注入した。ド
ーピングガスとしてはフォスフィン(PH3 )を用い
た。この場合のドーズ量は1×1013〜5×1015cm
-2、加速電圧は10〜90kV、例えば、ドーズ量を5
×1014原子/cm2 、加速電圧を80kVとした。こ
の結果、N型不純物領域46a(ソース)、46b(ド
レイン)が形成された。(図4(C))
After that, impurities (phosphorus in this embodiment) were implanted into the island-shaped silicon film 43 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 45 by an ion doping method. Phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas. The dose amount in this case is 1 × 10 13 to 5 × 10 15 cm
-2 , acceleration voltage is 10 ~ 90kV, for example, dose amount is 5
× 10 14 atoms / cm 2 , acceleration voltage was 80 kV. As a result, N-type impurity regions 46a (source) and 46b (drain) were formed. (Fig. 4 (C))

【0038】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域110の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/c
2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 が適当で
あった。この工程は350〜500℃の熱アニールによ
っておこなってもよい。また、レーザーによる活性化の
後に、熱アニールをおこなってもよい。
Further, a KrF excimer laser (wavelength 2
The doped impurity region 110 was activated by irradiation with 48 nm and a pulse width of 20 nsec. Laser energy density is 200-400 mJ / c
m 2, and a preferably suitably 250~300mJ / cm 2. This step may be performed by thermal annealing at 350 to 500 ° C. Further, thermal annealing may be performed after the activation by laser.

【0039】つぎに、層間絶縁膜として、プラズマCV
D法によって酸化珪素膜47を厚さ3000Åに成膜し
た。そして、層間絶縁膜47、ゲイト絶縁膜44のエッ
チングをおこない、ソース/ドレインにコンタクトホー
ルを形成した。その後、チタン膜48(厚さ1000
Å)、アルミニウム膜49(厚さ5000Å)をスパッ
タリング法によって成膜し、これをエッチングしてソー
ス電極50a、ドレイン電極50bを形成し、TFTを
完成させた。さらに200〜400℃で水素化処理をお
こなってもよい。(図4(D))
Next, plasma CV is used as an interlayer insulating film.
A silicon oxide film 47 having a thickness of 3000 Å was formed by the D method. Then, the interlayer insulating film 47 and the gate insulating film 44 were etched to form contact holes in the source / drain. Then, the titanium film 48 (thickness 1000
Å), an aluminum film 49 (thickness 5000 Å) was formed by a sputtering method, and this was etched to form a source electrode 50a and a drain electrode 50b, thereby completing a TFT. Furthermore, you may perform a hydrogenation process at 200-400 degreeC. (Fig. 4 (D))

【0040】以上の方法によって作製したチャネル長/
幅が3/3μmのTFTの特性を測定したところ、TF
T動作を示さなかったもの、および、ゲイトバイアス:
−10V、ドレイン電圧:+1Vでのドレイン電流(O
FF電流)が、1nA以上のものは、100個中1つも
なかった。
Channel length produced by the above method /
When the characteristics of the TFT with a width of 3/3 μm were measured, TF was
Those that did not show T-motion and gate bias:
-10V, drain voltage: + 1V drain current (O
No FF current) was more than 1 nA out of 100.

【0041】しかしながら、図3(D)のCMP法によ
る平坦化を実施しなかったものでは、TFT動作を示さ
なかったものは、100個中38個もあり、TFT動作
を示した62個のうち、上記条件でのOFF電流が、1
nA以上のものは、25個もあった。不良解析の結果、
TFTの動作およびOFF電流の不良は、主として、ゲ
イト絶縁膜が750Åと薄いことによる、ゲートリーク
が原因であった。ゲイト絶縁膜の厚さを1200Åとす
ると、全てのTFTで動作が確認された。
However, in the case where the planarization by the CMP method of FIG. 3D was not performed, 38 out of 100 did not show the TFT operation, and out of the 62 which showed the TFT operation. , OFF current under the above conditions is 1
There were as many as 25 or more than nA. As a result of failure analysis,
The defective TFT operation and OFF current were mainly caused by gate leakage due to the thin gate insulating film of 750 Å. When the thickness of the gate insulating film was 1200Å, operation was confirmed in all TFTs.

【0042】また、本実施例において、第1の熱酸化を
おこなわなかったものでは、全てがTFT動作を示した
ものの、OFF電流が1nA以上のものは、100個中
3個あった。同様に本実施例において、第2の熱酸化を
おこなわなかったものでも、全てがTFT動作を示した
ものの、OFF電流が1nA以上のものは、100個中
8個あった。このように、本実施例における、第1およ
び第2の熱酸化工程がOFF電流低減に寄与することが
確認できた。
Further, in the present example, all of the ones which did not undergo the first thermal oxidation showed the TFT operation, but the OFF currents of 1 nA or more were 3 out of 100. Similarly, in the present example, even if the second thermal oxidation was not performed, although all showed the TFT operation, the OFF current was 1 nA or more in 8 out of 100. Thus, it was confirmed that the first and second thermal oxidation steps in this example contribute to the reduction of the OFF current.

【0043】〔実施例2〕図5を用いて、本実施例を説
明する。実施例1もしくは図3に関連する記述と同じ手
法で、ガラス基板51、下地酸化珪素膜52上に、平坦
な表面を有する結晶性シリコン膜(厚さ500Å)を形
成した。ただし、本実施例では、触媒金属元素として、
パラジウムを用いた。その後、実施例1と同様にシリコ
ン膜のエッチングをおこない、TFTの活性層53N
(Nチャネル型TFT用)と53P(Pチャネル型TF
T用)を形成した。その後、ゲイト絶縁膜として、膜厚
500〜1000Å、例えば、500Åの酸化珪素膜5
4をプラズマCVD法によって形成した。
[Embodiment 2] This embodiment will be described with reference to FIG. A crystalline silicon film having a flat surface (thickness 500Å) was formed on the glass substrate 51 and the underlying silicon oxide film 52 by the same method as described in Example 1 or FIG. However, in this example, as the catalytic metal element,
Palladium was used. After that, the silicon film is etched in the same manner as in Example 1 to form the active layer 53N of the TFT.
(For N channel type TFT) and 53P (P channel type TF)
(For T). After that, a silicon oxide film 5 having a film thickness of 500 to 1000 Å, for example, 500 Å is formed as a gate insulating film.
4 was formed by the plasma CVD method.

【0044】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって成膜して、これをパターニングして、
ゲイト電極55N、55Pを形成した。(図5(A))
Thereafter, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1-0.3 wt% Sc) film having a thickness of 1000 Å to 3 μm, for example 5000 Å, is formed by a sputtering method and is patterned. hand,
Gate electrodes 55N and 55P were formed. (Figure 5 (A))

【0045】つぎに基板をpH≒7、1〜3%の酒石酸
のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、アルミ
ニウムのゲイト電極55N、55Pを陽極として、陽極
酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定電流で120
Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させ
た。このようにして、厚さ1500〜2500Å、例え
ば、2000Åの陽極酸化物被膜56N、56Pを形成
した。(図5(B))
Next, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of tartaric acid having a pH of about 7 and 1 to 3%, and anodization was performed using platinum as a cathode and aluminum gate electrodes 55N and 55P as an anode. The anodic oxidation is initially 120 at a constant current.
The voltage was increased to V, and the state was maintained for 1 hour to finish. Thus, the anodic oxide coatings 56N and 56P having a thickness of 1500 to 2500Å, for example 2000Å, were formed. (Fig. 5 (B))

【0046】その後、イオンドーピング法によって、島
状シリコン膜206に、ゲイト電極と陽極酸化物に対し
て自己整合的にN型およびP型不純物(本実施例におい
てはそれぞれ、燐と硼素)を注入した。ドーピングガス
としてはフォスフィン(PH3 )とジボラン(B
2 6 )を用いた。ドーピングの方法は公知のCMOS
技術にしたがった。本実施例のドーズ量は、燐、硼素と
も1×1013〜5×1015cm-2、加速電圧は10〜9
0kV、例えば、燐はドーズ量を5×1014cm-2、加
速電圧を80kV、硼素はドーズ量を1×1015
-2、加速電圧を65kVとした。
After that, N-type and P-type impurities (in this embodiment, phosphorus and boron, respectively) are implanted into the island-shaped silicon film 206 by ion doping in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the anodic oxide. did. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B) are used as doping gases.
2 H 6 ) was used. The method of doping is known CMOS
According to technology. The dose amount of this embodiment is 1 × 10 13 to 5 × 10 15 cm −2 for both phosphorus and boron, and the acceleration voltage is 10 to 9
0 kV, for example, phosphorus has a dose amount of 5 × 10 14 cm -2 , accelerating voltage is 80 kV, and boron has a dose amount of 1 × 10 15 c.
m −2 and the acceleration voltage was 65 kV.

【0047】本実施例では、陽極酸化物の厚さだけ、ゲ
イト電極が、ソース、ドレインから離れたオフセット構
造となる。このような構造のTFTの詳細については、
特開平5−267667に開示されている。さらに、実
施例1と同様に、KrFエキシマーレーザーを用いて、
ドーピングされた不純物の活性化をおこなった。この結
果、N型不純物領域57N(ソース/ドレイン)とP型
不純物領域57P(ソース/ドレイン)が形成された。
(図5(C))
In this embodiment, the gate electrode has an offset structure separated from the source and drain by the thickness of the anodic oxide. For details of the TFT having such a structure,
It is disclosed in JP-A-5-267667. Further, as in Example 1, using a KrF excimer laser,
Activation of the doped impurities was performed. As a result, N-type impurity regions 57N (source / drain) and P-type impurity regions 57P (source / drain) are formed.
(Fig. 5 (C))

【0048】その後、層間絶縁膜として、減圧CVD法
によって酸化珪素膜58を厚さ3000Åに成膜した。
そして、層間絶縁膜58、ゲイト絶縁膜54のエッチン
グをおこない、ソース/ドレインにコンタクトホールを
形成した。その後、厚さ5000Åのアルミニウム膜を
スパッタリング法によって形成し、これをエッチングし
て、ソース/ドレイン電極・配線59a〜59cを形成
した。さらに200〜400℃で水素化処理をおこなっ
てもよい。以上のようにして、CMOS回路をTFTに
よって構成できた。(図5(D))
After that, a silicon oxide film 58 having a thickness of 3000 Å was formed as an interlayer insulating film by a low pressure CVD method.
Then, the interlayer insulating film 58 and the gate insulating film 54 were etched to form contact holes in the source / drain. Then, a 5000 Å-thick aluminum film was formed by a sputtering method, and this was etched to form source / drain electrodes / wirings 59a to 59c. Furthermore, you may perform a hydrogenation process at 200-400 degreeC. As described above, the CMOS circuit can be configured by the TFT. (Figure 5 (D))

【0049】このようにして得られたTFTは、従来の
TFTと比較して、ゲイト絶縁膜が薄い(従来の場合
は、1000Å以下のゲイト絶縁膜では、ゲイトリーク
を阻止できなかった)ため、電界効果移動度、しきい値
電圧、リーク電流等の特性に関して、従来のものに比較
して格段に良好なものが得られた。
The TFT thus obtained has a thinner gate insulating film as compared with the conventional TFT (in the conventional case, the gate insulating film having a thickness of 1000 Å or less could not prevent the gate leak). The characteristics such as the effect mobility, the threshold voltage, and the leakage current were significantly better than those of the conventional ones.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によって、優れた特性のTFTを
得ることができた。本実施例では、TFTの構造として
は、比較的、単純な構造のものを取り上げたが、例え
ば、特公平3−38755に示されるような低濃度不純
物領域をソース、ドレインに設けてもよい。また、実施
例2では、ゲイト電極を陽極酸化する例を示したが、他
にも、特開平6−338612に開示されるように、異
種の陽極酸化物を組み合わせて、複雑な構造のTFTを
作製することも可能である。このように本発明は工業
上、有益であり、特許されるに十分である。
According to the present invention, a TFT having excellent characteristics can be obtained. In this embodiment, the structure of the TFT has a relatively simple structure. However, for example, a low concentration impurity region as shown in Japanese Patent Publication No. 3-38755 may be provided in the source and the drain. Further, in the second embodiment, an example in which the gate electrode is anodized is shown. However, as disclosed in JP-A-6-338612, a TFT having a complicated structure can be formed by combining different types of anodic oxides. It is also possible to produce. As described above, the present invention is industrially useful and sufficient for patenting.

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

【図1】 本発明によるシリコン膜の処理方法を示す。FIG. 1 shows a method for treating a silicon film according to the present invention.

【図2】 リッジの存在による特性劣化の例を示す。FIG. 2 shows an example of characteristic deterioration due to the presence of a ridge.

【図3】 本発明によるシリコン膜の作製方法を示す。
(実施例1)
FIG. 3 shows a method for producing a silicon film according to the present invention.
(Example 1)

【図4】 本発明によるTFT素子の作製方法を示す。
(実施例1)
FIG. 4 shows a method for manufacturing a TFT element according to the present invention.
(Example 1)

【図5】 本発明によるTFT回路の作製方法を示す。
(実施例2)
FIG. 5 shows a method for manufacturing a TFT circuit according to the present invention.
(Example 2)

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 結晶性シリコン膜 13〜15 リッジ 16〜18 触媒金属元素濃度の高い部分 21 基板 22 結晶性シリコン膜 23 絶縁膜 24 電極 25 リッジ 26 ファウラ・ノルドハイム電流 27 電源 31 基板 32 下地膜 33 非晶質シリコン膜 34 ニッケル含有層(酢酸ニッケル層) 35 結晶性シリコン膜 36〜38 リッジ 39 平坦化されたシリコン表面 41 基板 42 下地膜 43 島状シリコン領域 44 ゲイト絶縁膜 45 ゲイト電極(多結晶シリコン) 46 N型不純物領域 47 層間絶縁物(酸化珪素) 48 チタン膜 49 アルミニウム膜 50 ソース/ドレイン電極・配線 51 基板 52 下地膜 53N、53P 島状シリコン領域 54 ゲイト絶縁膜 55N、55P ゲイト電極(多結晶シリコン) 56N、56P 陽極酸化物 57N、57P 不純物領域 58 層間絶縁物(酸化珪素) 59 ソース/ドレイン電極・配線 11 board 12 Crystalline silicon film 13-15 Ridge 16-18 Area where the catalytic metal element concentration is high 21 board 22 crystalline silicon film 23 Insulating film 24 electrodes 25 ridge 26 Fowler-Nordheim Current 27 power supply 31 substrate 32 Base film 33 Amorphous silicon film 34 Nickel-containing layer (nickel acetate layer) 35 crystalline silicon film 36-38 Ridge 39 Flattened silicon surface 41 substrate 42 Base film 43 Island Silicon Region 44 Gate insulation film 45 Gate electrode (polycrystalline silicon) 46 N-type impurity region 47 Interlayer insulation (silicon oxide) 48 Titanium film 49 Aluminum film 50 Source / drain electrode / wiring 51 substrate 52 Base film 53N, 53P island silicon region 54 Gate insulation film 55N, 55P Gate electrode (polycrystalline silicon) 56N, 56P anodic oxide 57N, 57P Impurity region 58 Interlayer insulator (silicon oxide) 59 Source / drain electrodes / wiring

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

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】CVD法もしくはPVD法によって形成さ
れた絶縁性の下地膜に化学的機械的研磨を施して前記下
地膜の表面を平坦化し、 前記下地膜上に非晶質シリコン膜を形成し、 前記非晶質シリコン膜を触媒金属元素を用いた熱アニー
ルを施すことにより結晶化せしめ結晶性シリコン膜と
し、 前記結晶性シリコン膜に光アニールを施し、 前記結晶性シリコン膜に化学的機械的研磨を施すことに
より、前記結晶性シリコン膜表面の凹凸の二乗平均の平
方根(RMS)が膜厚の10%以下、または凸部と凹部
の高さの差が膜厚の25%以下となるようにし、 前記結晶性シリコン膜を覆って絶縁膜及び導電膜を形成
することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
1. An insulating underlayer film formed by a CVD method or a PVD method is subjected to chemical mechanical polishing to planarize the surface of the underlayer film, and an amorphous silicon film is formed on the underlayer film. The amorphous silicon film is crystallized by performing thermal annealing using a catalytic metal element to form a crystalline silicon film, the crystalline silicon film is subjected to optical annealing, and the crystalline silicon film is chemically and mechanically By polishing, the root mean square (RMS) of the irregularities on the surface of the crystalline silicon film is 10% or less of the film thickness, or the height difference between the convex portion and the concave portion is 25% or less of the film thickness. And forming an insulating film and a conductive film so as to cover the crystalline silicon film.
【請求項2】基板上に酸化珪素膜を形成し、 前記酸化珪素膜に化学的機械的研磨を施して前記酸化珪
素膜の表面を平坦化し、 前記酸化珪素膜上に非晶質シリコン膜を形成し、 前記非晶質シリコン膜を触媒金属元素を用いた熱アニー
ルを施すことにより結晶化せしめ結晶性シリコン膜と
し、 前記結晶性シリコン膜に光アニールを施し、 前記結晶性シリコン膜に化学的機械的研磨を施すことに
より、前記結晶性シリコン膜表面の凹凸の二乗平均の平
方根(RMS)が膜厚の10%以下、または凸部と凹部
の高さの差が膜厚の25%以下となるようにし、 前記結晶性シリコン膜を覆って絶縁膜及び導電膜を形成
することを特徴とする薄膜半導体装置の作製方法。
2. A silicon oxide film is formed on a substrate, the silicon oxide film is subjected to chemical mechanical polishing to planarize the surface of the silicon oxide film, and an amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film. Then, the amorphous silicon film is crystallized by performing thermal annealing using a catalytic metal element to obtain a crystalline silicon film, and the crystalline silicon film is subjected to optical annealing to chemically change the crystalline silicon film. to facilities Succoth mechanical polishing
The root mean square of the irregularities on the surface of the crystalline silicon film.
Root (RMS) is less than 10% of the film thickness, or convex and concave
A method for manufacturing a thin film semiconductor device, characterized in that the difference in height is 25% or less of the film thickness, and an insulating film and a conductive film are formed so as to cover the crystalline silicon film.
【請求項3】基板上に酸化珪素膜を形成し、 前記酸化珪素膜に化学的機械的研磨を施して前記酸化珪
素膜の表面を平坦化し、 前記酸化珪素膜上に非晶質シリコン膜を形成し、 前記非晶質シリコン膜を触媒金属元素を用いた熱アニー
ルを施すことにより結晶化せしめ結晶性シリコン膜と
し、 前記結晶性シリコン膜に光アニールを施し、 前記結晶性シリコン膜に化学的機械的研磨を施すことに
より、前記結晶性シリコン膜表面の凹凸の二乗平均の平
方根(RMS)が膜厚の10%以下、または凸部と凹部
の高さの差が膜厚の25%以下となるようにし、 前記結晶性シリコン膜に第1の熱酸化を施し、前記第1の熱酸化によって形成された酸化珪素膜をエッ
チングした後、 前記結晶性シリコン膜をエッチングして島状シリコン膜
を形成し、 前記島状シリコン膜に第2の熱酸化を施し、 前記島状シリコン膜上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成することを特徴
とする薄膜半導体装置の作製方法。
3. A silicon oxide film is formed on a substrate, the silicon oxide film is subjected to chemical mechanical polishing to flatten the surface of the silicon oxide film, and an amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film. Then, the amorphous silicon film is crystallized by performing thermal annealing using a catalytic metal element to obtain a crystalline silicon film, and the crystalline silicon film is subjected to optical annealing to chemically change the crystalline silicon film. to facilities Succoth mechanical polishing
The root mean square of the irregularities on the surface of the crystalline silicon film.
Root (RMS) is less than 10% of the film thickness, or convex and concave
So that the difference in height between them is 25% or less of the film thickness, the crystalline silicon film is subjected to a first thermal oxidation, and the silicon oxide film formed by the first thermal oxidation is etched.
After quenching, the crystalline silicon film and an island-shaped silicon film is formed by etching, subjected to a second thermal oxidation on the island silicon film, a gate insulating film is formed on the island-shaped silicon film, wherein A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising forming a gate electrode on a gate insulating film.
【請求項4】請求項1乃至のいずれか一項において、
前記触媒金属元素は、ニッケル、コバルト、鉄、白金、
パラジウムのいずれかであることを特徴とする薄膜半導
体装置の作製方法。
4. The method according to any one of claims 1 to 3 ,
The catalytic metal element is nickel, cobalt, iron, platinum,
A method for manufacturing a thin film semiconductor device, which is one of palladium.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記光アニールは前記結晶性シリコン膜にKrFエキシ
マレーザー光を照射して行われることを特徴とする薄膜
半導体装置の作製方法。
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The optical annealing is performed on the crystalline silicon film by KrF exci
Thin film characterized by being irradiated with Maras laser light
Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項6】請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記光アニールによって前記結晶性シリコン膜表面に生
ずる凹凸の凸部と凹部の高さの差は、膜厚と同じ値から
2倍までの範囲であることを特徴とする薄膜半導体装置
の作製方法。
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The method for manufacturing a thin film semiconductor device, wherein the difference in height between the convex portion and the concave portion of the irregularities generated on the surface of the crystalline silicon film by the optical annealing is in the range from the same value as the film thickness up to twice.
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