JP3496763B2 - Thin film transistor, method of manufacturing the same, and liquid crystal display - Google Patents

Thin film transistor, method of manufacturing the same, and liquid crystal display

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JP3496763B2 JP2001192440A JP2001192440A JP3496763B2 JP 3496763 B2 JP3496763 B2 JP 3496763B2 JP 2001192440 A JP2001192440 A JP 2001192440A JP 2001192440 A JP2001192440 A JP 2001192440A JP 3496763 B2 JP3496763 B2 JP 3496763B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を用いた
半導体装置およびその製造方法に関する。特に、アクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に利用できる半導体装
置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device that can be used in an active matrix type liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にTFTを有する
半導体装置としては、これらのTFTを画素の駆動に用
いるアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメージセ
ンサー等が知られている。これらの装置に用いられるT
FTには、薄膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的で
ある。薄膜状のケイ素半導体は、非晶質ケイ素半導体
(a−Si)からなるものと、結晶性を有するケイ素半
導体からなるものの2つに大別される。非晶質ケイ素半
導体は作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製する
ことが可能で量産性に富むため、最も一般的に用いられ
ている。しかし、導電性等の物性が結晶性を有するケイ
素半導体に比べて劣るため、今後より高速な動作特性を
得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなるT
FTの作製方法の確立が強く求められていた。尚、結晶
性を有するケイ素半導体としては、多結晶ケイ素、微結
晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ素、結晶性と非晶
質性の中間の状態を有するセミアモルファスケイ素等が
知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, active matrix type liquid crystal display devices and image sensors using these TFTs for driving pixels are known. T used in these devices
A thin film silicon semiconductor is generally used for the FT. The thin film silicon semiconductor is roughly classified into two types, that is, an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low production temperature, can be produced relatively easily by a vapor phase method, and have high mass productivity. However, since the physical properties such as conductivity are inferior to those of crystalline silicon semiconductors, in order to obtain higher-speed operation characteristics in the future, T containing crystalline silicon semiconductors will be used.
There has been a strong demand for establishment of an FT production method. As the crystalline silicon semiconductor, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known. .

【0003】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る方法としては、 (1)成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (2)非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光の
エネルギーによって結晶性を有せしめる。 (3)非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギー
を加えることによって結晶性を有せしめる。
As a method for obtaining these crystalline thin film silicon semiconductors, (1) a crystalline film is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed and crystallized by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallized by applying heat energy.

【0004】といった方法が知られている。しかしなが
ら、(1)の方法では、成膜工程と同時に結晶化が進行
するので、大粒径の結晶性ケイ素を得るにはケイ素膜の
厚膜化が不可欠であり、良好な半導体物性を有する膜を
基板上に全面に亘って均一に成膜することが技術上困難
である。また成膜温度が600℃以上と高いので、安価
なガラス基板が使用できないという生産性及びコストの
問題があった。
Methods such as the above are known. However, in the 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 necessary to increase the thickness of the silicon film, and the film having good semiconductor physical properties. It is technically difficult to form a uniform film over the entire surface of the substrate. Further, since the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, there is a problem in productivity and cost that an inexpensive glass substrate cannot be used.

【0005】また、(2)の方法では、溶融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。一方、
現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例
にとると、レーザー光の照射面積が小さくスループット
が低いという問題がまず有り、また大面積基板の全面を
均一に処理するにはスループットの安定性が充分ではな
いという問題を有している。レーザー光を用いるのは、
次世代の技術という感が強い。
Further, in the method (2), since the crystallization phenomenon in the melting and solidifying process is utilized, the grain boundaries are favorably treated with a small grain size, and a high quality crystalline silicon film is obtained. on the other hand,
Taking the most commonly used excimer laser as an example, there is the problem that the irradiation area of the laser beam is small and the throughput is low, and the throughput stability is required to uniformly process the entire surface of a large area substrate. Has a problem that is not enough. The use of laser light is
There is a strong sense of next-generation technology.

【0006】(3)の方法は、(1)、(2)の方法と
比較すると大面積に対応できるという利点があるが、結
晶化に際し、600℃以上の高温にて数十時間にわたる
加熱処理が必要であるという問題点がある。すなわち、
安価なガラス基板の使用とスループットの向上を考える
と、加熱温度を下げ、さらに短時間で結晶化させるとい
う相反する問題点を同時に解決する必要がある。また、
(3)の方法では、固相結晶化現象を利用するため、結
晶粒は基板面に平行に広がり、数μmの粒径を持つもの
さえ現れるが、成長した結晶粒同士がぶつかり合いなが
ら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、TFTに於けるキャリアの移
動度を低下させる大きな原因となっている。
The method (3) has an advantage over the methods (1) and (2) in that it can be applied to a large area, but during crystallization, a heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or higher for several tens of hours is performed. Is necessary. That is,
Considering the use of an inexpensive glass substrate and the improvement of throughput, it is necessary to simultaneously solve the conflicting problems of lowering the heating temperature and crystallizing in a shorter time. Also,
In the method (3), since the solid-phase crystallization phenomenon is used, the crystal grains spread parallel to the substrate surface and even those having a grain size of several μm appear, but the grown crystal grains collide with each other and form grain boundaries. Therefore, the grain boundaries act as a trap level for carriers, which is a major cause of lowering the mobility of carriers in the TFT.

【0007】そこで、上記のような様々な問題点を全て
解決するため、上記の(3)の方法において、結晶化に
必要な温度の低温化と処理時間の短縮を両立し、さらに
は粒界の影響を最小限とした結晶性ケイ素薄膜の作製方
法が、本願出願人によって特願平5−218156で提
案されている。この提案された技術は、本発明の基礎と
なる技術であり、本発明の従来技術ではない。
Therefore, in order to solve all of the above-mentioned various problems, in the above method (3), the temperature required for crystallization can be lowered and the processing time can be shortened. A method for producing a crystalline silicon thin film in which the influence of the above is minimized has been proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Application No. 5-218156. This proposed technology is the technology underlying the present invention and is not the prior art of the present invention.

【0008】この方法では、結晶成長の核としてNi等
の不純物元素を非晶質ケイ素膜に導入することによっ
て、結晶化初期の核生成速度と、その後の核成長速度と
が飛躍的に向上され、従来考えられなかったような58
0℃以下の温度において4時間程度の熱処理で、十分な
特性を有する結晶性ケイ素膜が得られる。この結晶化の
メカニズムは、不純物元素を核とした結晶核発生が加熱
工程の早期に起こり、その後、その不純物元素が触媒と
なって結晶化を助長し、結晶成長が急激に進行すること
による。以後、これらの不純物元素を触媒元素と呼ぶ。
In this method, by introducing an impurity element such as Ni into the amorphous silicon film as a nucleus for crystal growth, the nucleation rate in the initial stage of crystallization and the subsequent nucleus growth rate are dramatically improved. , 58 like never before thought
A crystalline silicon film having sufficient characteristics can be obtained by heat treatment at a temperature of 0 ° C. or lower for about 4 hours. The mechanism of this crystallization is that the generation of crystal nuclei with the impurity element as a nucleus occurs early in the heating step, and thereafter, the impurity element serves as a catalyst to promote crystallization and the crystal growth rapidly progresses. Hereinafter, these impurity elements are referred to as catalyst elements.

【0009】この方法を利用して、基板の一部に選択的
に触媒元素を導入することによって、レーザー結晶化の
ように同一基板内に選択的に結晶性ケイ素膜と非晶質ケ
イ素膜とを形成することが可能となる。さらに、その
後、熱処理を継続させると、選択的に触媒元素が導入さ
れ、結晶化している部分から、その周辺部の非晶質部分
へと横方向(基板面に平行な方向)に結晶成長部分が延
びる現象が起きる。この横方向結晶成長領域では、基板
と平行に針状あるいは柱状の結晶が成長方向に沿って延
びており、その成長方向において結晶粒界が存在しな
い。故に、この横方向結晶成長領域を利用してTFTの
チャネル部を形成することによって、高性能なTFTが
実現可能となる。
By utilizing this method, a catalytic element is selectively introduced into a part of the substrate to selectively form a crystalline silicon film and an amorphous silicon film in the same substrate as in laser crystallization. Can be formed. Further, if the heat treatment is continued thereafter, the crystal growth portion is laterally (direction parallel to the substrate surface) from the crystallized portion where the catalytic element is selectively introduced to the amorphous portion in the peripheral portion. Phenomenon occurs. In this lateral crystal growth region, needle-like or columnar crystals extend in parallel with the substrate along the growth direction, and there are no crystal grain boundaries in the growth direction. Therefore, a high-performance TFT can be realized by forming the channel portion of the TFT by utilizing this lateral crystal growth region.

【0010】列を挙げると、図16に示すような要領で
TFTチャネル部を形成する。図16は、横方向結晶成
長領域を利用したTFTを基板上面から見た場合の平面
図である。すなわち、基板全面に形成された非晶質ケイ
素膜上に二酸化ケイ素膜などからなるマスク806を堆
積し、そのマスク806に触媒元素添加用の穴を触媒元
素添加領域800として開け、触媒元素を導入する。次
に約550℃の温度で4時間程度の熱処理を行うと、触
媒元素添加領域800内の非晶質ケイ素膜が結晶化し、
非晶質ケイ素膜のそれ以外の部分が非晶質ケイ素のまま
で残る。さらに8時間程度熱処理を継続すると、触媒元
素添加領域800を中心として矢符801のような成長
方向で横方向結晶成長が進行し、横方向結晶成長領域8
02が形成される。
Taking a row, a TFT channel portion is formed as shown in FIG. FIG. 16 is a plan view of a TFT using the lateral crystal growth region as seen from the top surface of the substrate. That is, a mask 806 made of a silicon dioxide film or the like is deposited on the amorphous silicon film formed on the entire surface of the substrate, a hole for adding a catalytic element is opened as a catalytic element adding region 800 in the mask 806, and the catalytic element is introduced. To do. Next, when a heat treatment is performed at a temperature of about 550 ° C. for about 4 hours, the amorphous silicon film in the catalytic element addition region 800 is crystallized,
The other part of the amorphous silicon film remains as amorphous silicon. When the heat treatment is further continued for about 8 hours, lateral crystal growth proceeds in the growth direction as indicated by arrow 801 centering on the catalytic element addition region 800, and the lateral crystal growth region 8
02 is formed.

【0011】その後、この横方向結晶成長領域802を
利用して、従来の方法に従いTFTを作製する。その
際、横方向結晶成長領域802に対しソース領域80
3、チャネル領域804、ドレイン領域805を図16
(A)のように、矢符801に沿って隣接した配置で設
けることにより、キャリアが移動する方向と結晶成長方
向801とが同一方向となり、キャリアの移動方向に結
晶粒界が存在しない高移動度TFTが実現できる。ま
た、横方向結晶成長領域802に対し、ソース領域80
3、チャネル領域804、ドレイン領域805を、図1
6(B)のように、矢符801と垂直方向に沿って隣接
した配置で設けることにより、キャリアの移動する方向
と結晶成長方向801とが交差し、その移動に対して多
数の結晶粒界を横切ることになる。結果として、ソース
/ドレイン間の抵抗は増大し、移動度は低下するが、T
FTオフ動作時のリーク電流の小さなTFTが得られ
る。
Thereafter, utilizing this lateral crystal growth region 802, a TFT is manufactured according to a conventional method. At this time, the source region 80 is added to the lateral crystal growth region 802.
3, the channel region 804 and the drain region 805 are shown in FIG.
As shown in (A), by arranging them so as to be adjacent to each other along the arrow 801, the direction in which the carriers move and the crystal growth direction 801 are the same direction, and there is no crystal grain boundary in the moving direction of the carriers. A TFT can be realized. In addition, the source region 80 is formed against the lateral crystal growth region 802.
3, the channel region 804 and the drain region 805 are shown in FIG.
As shown in FIG. 6 (B), by providing the arrow 801 adjacently along the vertical direction, the direction in which carriers move and the crystal growth direction 801 intersect and a large number of crystal grain boundaries Will be crossed. As a result, the source-drain resistance increases and mobility decreases, but T
A TFT having a small leak current during the FT-off operation can be obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平5−21
8156の技術は、以上述べたように非常に有効なもの
である。一方、上記の技術を用いるには、少なくともT
FTのチャネル領域を覆う横方向結晶成長距離が必要で
あることが想定される。横方向結晶成長が到達しない領
域は非晶質ケイ素膜として残るから、横方向結晶成長が
不十分であれば、チャネル領域内に横成長結晶性ケイ素
膜と非晶質ケイ素膜が存在することになり、TFTの特
性を大きく低下させてしまうことが想定される。しかし
ながら、長大な横方向結晶成長を得るためには長時間に
わたる加熱処理が必要で、スループットを低下させる大
きな原因となる。
[Patent Document 1] Japanese Patent Application No. 5-21
The technique of 8156 is very effective as described above. On the other hand, to use the above technique, at least T
It is envisioned that a lateral crystal growth distance over the channel region of the FT is required. A region where lateral crystal growth does not reach remains as an amorphous silicon film, so if lateral crystal growth is insufficient, there is a laterally grown crystalline silicon film and an amorphous silicon film in the channel region. Therefore, it is expected that the characteristics of the TFT will be greatly deteriorated. However, in order to obtain a long lateral crystal growth, a heat treatment for a long time is required, which is a major cause of lowering the throughput.

【0013】上記の特願平5−218156では、図1
6に示すように、矩形状に触媒元素を導入している。こ
の方法では、非晶質ケイ素膜に添加された触媒元素は四
方八方に拡散していくため、後で示すように、触媒元素
添加用のパターン形状および大きさによって、横方向結
晶成長距離にばらつきが生じることが想定される。この
原因に関する考察を図17を用いて説明する。横方向結
晶成長領域902は、触媒元素が直接添加され、触媒元
素添加領域900に対応する範囲の先に結晶化した部分
の端部に偏在した触媒元素が周囲に拡散することによっ
て成長する。
In the above-mentioned Japanese Patent Application No. 5-218156, FIG.
As shown in FIG. 6, the catalytic element is introduced in a rectangular shape. In this method, since the catalytic element added to the amorphous silicon film diffuses in all directions, the lateral crystal growth distance varies depending on the pattern shape and size for adding the catalytic element, as will be shown later. Is expected to occur. A consideration regarding this cause will be described with reference to FIG. In the lateral crystal growth region 902, the catalyst element is directly added, and the catalyst element unevenly distributed at the end of the previously crystallized portion of the range corresponding to the catalyst element addition region 900 is diffused to the surroundings.

【0014】例えば、触媒元素添加領域900が図17
のように長方形であれば、角部906における横方向結
晶成長方向901の自由度は理論上270℃であり、触
媒元素の密度が、触媒元素添加領域900の他の周辺部
907よりも実質上小さいことになる。故に角部906
では横方向結晶成長距離が他の部分に比べて短く、角部
906にその周辺部の触媒元素が取り込まれる。結果と
して、触媒元素添加領域900が小さいパターンである
ほど、横方向結晶成長距離が短くなる。特にアクティブ
マトリクス基板の画素スイッチング素子のような小さい
サイズのTFTでは、十分な長さの横方向結晶成長距離
が得られないことが想定される。
For example, the catalyst element addition region 900 is shown in FIG.
In the case of a rectangular shape, the degree of freedom in the lateral crystal growth direction 901 at the corner 906 is theoretically 270 ° C., and the density of the catalytic element is substantially higher than that of the other peripheral portion 907 of the catalytic element addition region 900. It will be small. Therefore, the corner 906
In this case, the lateral crystal growth distance is shorter than that in other portions, and the catalytic element in the peripheral portion is incorporated in the corner portion 906. As a result, the smaller the pattern of the catalyst element added region 900, the shorter the lateral crystal growth distance. In particular, it is assumed that a TFT having a small size such as a pixel switching element on an active matrix substrate cannot obtain a sufficient lateral crystal growth distance.

【0015】また、横方向結晶成長においては、結晶成
長中に成長方向に存在するa−Si膜の自然核発生、あ
るいはa−Si膜中の酸素、炭素、および窒素、その他
金属元素等の不純物による影響で、結晶成長方向が分岐
する現象が生じる。横方向結晶成長の距離を大きくする
と、その先端部では横方向結晶成長領域を構成する針状
結晶あるいは柱状結晶の分岐、曲がりなどが多くなり、
結晶成長方向が一次元的に揃った高品質な結晶性ケイ素
膜を得ることが困難になることが想定される。また、図
17に示したように、触媒元素添加領域900の角部9
06付近では、前述の理由から、結晶成長方向が特に乱
れており、それ以外の横方向結晶成長領域の結晶の特性
に大きく影響を与えることになる。結晶性ケイ素膜を用
いたTFTにおいて、結晶成長の方向を揃えることは、
素子の高性能化に不可欠であり、前述のような現象は大
きな問題として残ることが想定される。
In the lateral crystal growth, natural nucleation of the a-Si film existing in the growth direction during the crystal growth or impurities such as oxygen, carbon, nitrogen and other metal elements in the a-Si film. Due to the effect of, the phenomenon that the crystal growth direction is branched occurs. If the distance of the lateral crystal growth is increased, the needle-like crystals or columnar crystals that constitute the lateral crystal growth region will have more branches and bends at their tips.
It is assumed that it will be difficult to obtain a high-quality crystalline silicon film in which crystal growth directions are one-dimensionally aligned. Further, as shown in FIG. 17, the corner portion 9 of the catalytic element addition region 900 is
In the vicinity of 06, the crystal growth direction is particularly disturbed for the above-mentioned reason, and the characteristics of the crystal in the other lateral crystal growth regions are greatly affected. In a TFT using a crystalline silicon film, aligning the crystal growth directions is
It is indispensable for improving the performance of the device, and the phenomenon as described above is expected to remain as a major problem.

【0016】本発明は、上記(1)〜(3)の従来技術
の問題点を解決すべくなされたものであり、TFTを効
率よく横方向結晶成長領域に作製し、キャリアの高移動
度の実現による高性能で安定した特性のTFTを、基板
全面に亘って形成することができ、更に、結晶化に必要
な時間を短縮することができる半導体装置、およびその
製造方法を提供することをその目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior arts (1) to (3), in which a TFT is efficiently formed in a lateral crystal growth region and high carrier mobility is achieved. To provide a semiconductor device capable of forming a TFT having high performance and stable characteristics by realization over the entire surface of a substrate and further shortening a time required for crystallization, and a manufacturing method thereof. To aim.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】詳しく述べると本発明は
以下の特徴を有する。
To be more specific, the present invention has the following features.

【0018】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入し、予め定めるアニール温
度による加熱処理により、前記触媒元素が選択的に導入
された線状領域の周辺部において、基板表面に平行であ
って前記線状領域の短軸方向である横方向に結晶成長さ
せた結晶性ケイ素膜により形成されたものであって、
記チャネル領域は、前記横方向の結晶成長距離が一定と
なる領域を利用して構成されていることを特徴とし、そ
のことにより上記目的が達成される。
A semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, and the channel region is an amorphous silicon film. By selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the silicon film linearly and performing heat treatment at a predetermined annealing temperature, the substrate surface is formed in the peripheral portion of the linear region where the catalyst element is selectively introduced. der parallel to
Be one that is formed by the crystalline silicon film laterally grown crystal is the minor axis direction of the linear region I, before
In the channel region, the lateral crystal growth distance is constant.
It is characterized in that it is configured by utilizing the following region, thereby achieving the above object.

【0019】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入し、予め定めるアニール温
度による加熱処理により、前記触媒元素が選択的に導入
された線状領域の周辺部において、基板表面に平行であ
って前記線状領域から該線状領域の短軸方向である横方
向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成されたも
のであって、前記チャネル領域が、前記線状領域の端部
から該線状領域の長軸方向に、前記横方向の結晶成長距
離が一定になっている領域までの距離(b)以上になる
ように配置されていることを特徴とし、そのことにより
上記目的が達成される。
The semiconductor device of the present invention has a crystalline property.
Substrate with an insulating surface in the channel region using an iodine film
A semiconductor device having the above structure, wherein the channel region
Is a catalyst that promotes crystallization of the amorphous silicon film.
Annealing temperature determined by introducing linearly the medium element selectively
The catalytic element is selectively introduced by heat treatment depending on the temperature.
Parallel to the substrate surface at the periphery of the linear region
The lateral direction from the linear region in the minor axis direction of the linear region
Formed by a crystalline silicon film that has been crystal-grown in the opposite direction
And the channel region is the end of the linear region.
From the longitudinal direction of the linear region to the lateral crystal growth distance.
More than the distance (b) to the area where the distance is constant
It is arranged so that
The above object is achieved.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を
結晶化させ、前記触媒元素が選択的に導入された線状領
域の周辺部において、基板表面に対し概略平行な方向で
あって前記線状領域から該線状領域の短軸方向である横
方向に結晶成長を行わせる工程と、前記基板表面に対し
て概略平行な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケ
イ素膜で薄膜トランジスタを形成する工程とを有する半
導体装置の製造方法において、前記薄膜トランジスタの
チャネル領域を、前記横方向の結晶成長距離が一定とな
る領域に形成することを特徴とし、そのことにより上記
目的が達成される。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is performed on a substrate.
The step of forming an amorphous silicon film on the
Later, the catalytic elements that promote crystallization are selectively linearized.
The step of introducing the amorphous silicon film into the amorphous silicon film by heating.
A linear region in which the catalytic element is crystallized and selectively introduced.
In the peripheral part of the area, in a direction approximately parallel to the substrate surface
There is a lateral direction from the linear region in the short axis direction of the linear region.
Direction crystal growth, and the substrate surface
Crystallinity of the region where crystal growth was performed in a direction substantially parallel to the
And a step of forming a thin film transistor with an iodine film.
In the method for manufacturing a conductor device, the thin film transistor
The channel region has a constant lateral crystal growth distance.
It is characterized in that it is formed in the area
The purpose is achieved.

【0021】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を
結晶化させ、前記触媒元素が選択的に導入された線状領
域の周辺部において、基板表面に対し概略平行な方向で
あって前記線状領域から該線状領域の短軸方向である横
方向に結晶成長を行わせる工程と、前記基板表面に対し
て概略平行な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケ
イ素膜で薄膜トランジスタを形成する工程とを有する半
導体装置の製造方法において、前記チャネル領域を、前
記線状領域の端部から該線状領域の長軸方向に、前記横
方向の結晶成長距離が一定になっている領域までの距離
(b)以上になるように配置することを特徴とし、その
ことにより上記目的が達成される。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is performed on a substrate.
The step of forming an amorphous silicon film on the
Later, the catalytic elements that promote crystallization are selectively linearized.
The step of introducing the amorphous silicon film into the amorphous silicon film by heating.
A linear region in which the catalytic element is crystallized and selectively introduced.
In the peripheral part of the area, in a direction approximately parallel to the substrate surface
There is a lateral direction from the linear region in the short axis direction of the linear region.
Direction crystal growth, and the substrate surface
Crystallinity of the region where crystal growth was performed in a direction substantially parallel to the
And a step of forming a thin film transistor with an iodine film.
In the method of manufacturing a conductor device, the channel region is
From the end of the linear region in the long axis direction of the linear region,
To the region where the crystal growth distance in the direction is constant
(B) It is characterized in that it is arranged so that
By doing so, the above object is achieved.

【0022】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関して、前記一次元
的結晶方向からの分岐または屈曲する数が1以下の範囲
に形成されている場合がある。
In the present invention, the channel region may be formed such that the crystalline silicon is formed so that the number of branches or bends from the one-dimensional crystal direction is 1 or less with respect to the crystal direction. is there.

【0023】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記触媒元素の導入領域から、30μm以内の位置に配置
されている場合がある。
In the present invention, the channel region may be located within 30 μm from the introduction region of the catalyst element.

【0024】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入し、予め定めるアニール温
度による加熱処理により、前記触媒元素が選択的に導入
された線状領域の周辺部において、基板表面に平行に結
晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成されたものであ
って、前記触媒元素が導入された線状領域の長軸方向に
おける、前記チャネル領域と前記線状領域端部との距離
が、前記チャネル領域から、前記アニール温度で一次元
的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形成される範囲内と
されており、そのことによって、上記目的を達成するこ
とができる。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, and the channel region is an amorphous silicon film. By selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the silicon film linearly and performing heat treatment at a predetermined annealing temperature, the substrate surface is formed in the peripheral portion of the linear region where the catalyst element is selectively introduced. Which is formed by a crystalline silicon film that is crystal-grown in parallel with, in the long axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced, the distance between the channel region and the end of the linear region is The crystalline silicon having a one-dimensional crystallographic direction is formed from the channel region at the annealing temperature, whereby the above object can be achieved.

【0025】本発明に於いて、前記触媒元素が導入され
た線状領域の長軸方向における、前記チャネル領域と前
記線状領域端部との距離が30μm以上である場合があ
る。本発明の半導体装置は、結晶性を有するケイ素膜を
利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成
された半導体装置であって、前記チャネル領域は、非晶
質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を
選択的に線状に導入し、加熱処理し、前記触媒元素が選
択的に導入された線状領域の周辺部において、基板表面
に平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成され
たものであって、前記触媒元素を導入する線状領域の長
軸方向の長さは、前記結晶性ケイ素が前記線状領域から
成長する距離が飽和する予め定める長さ以上の長さに定
められ、そのことによって上記目的を達成することがで
きる。
In the present invention, the distance between the channel region and the end of the linear region in the major axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced may be 30 μm or more. The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, and the channel region is an amorphous silicon film. In the peripheral portion of the linear region in which the catalyst element is selectively introduced, the catalyst element that promotes crystallization is selectively introduced in a linear shape, and the crystal is grown parallel to the substrate surface. Which is formed by a crystalline silicon film, and the length of the linear region into which the catalytic element is introduced in the major axis direction is a predetermined length at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated. The length is set to the above length, whereby the above object can be achieved.

【0026】本発明に於いて、前記触媒元素を導入する
線状領域の長軸方向の前記予め定める長さが120μm
以上である場合がある。
In the present invention, the predetermined length in the major axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced is 120 μm.
It may be more than this.

【0027】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、前記チャネル領域
は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入し、加熱処理し、前記触媒
元素が選択的に導入された線状領域の周辺部において、
基板表面に平行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により
形成されたものであって、前記触媒元素を導入する線状
領域の長軸方向と交差する方向の幅は、前記結晶性ケイ
素が前記線状領域から成長する距離が飽和する予め定め
る幅以上の幅に定められ、そのことによって、上記目的
が達成される。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, and the channel region is an amorphous silicon film. A catalyst element that promotes crystallization of the silicon film is selectively introduced linearly and heat-treated, in the peripheral portion of the linear region where the catalyst element is selectively introduced,
It is formed by a crystalline silicon film that has been crystal-grown parallel to the substrate surface, and the width in the direction intersecting the major axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced is such that the crystalline silicon is the line. The width is set to be equal to or larger than a predetermined width at which the growth distance from the circular region is saturated, whereby the above object is achieved.

【0028】本発明に於いて、前記触媒元素を導入する
線状領域の前記予め定める幅が5μm以上である場合が
ある。
In the present invention, the predetermined width of the linear region into which the catalytic element is introduced may be 5 μm or more.

【0029】本発明の半導体装置は、結晶性を有するケ
イ素膜を利用してチャネル領域が絶縁表面を有する基板
上に構成された半導体装置であって、非晶質ケイ素膜に
該ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入し、加熱処理により、前記触媒元素が選択的に導
入された1本の線状の領域の周辺部において、基板表面
において、基板表面に平行に結晶成長させた結晶性ケイ
素膜を利用して、複数個の薄膜トランジスタが設けられ
ており、そのことによって、上記目的を達成することが
できる。
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, and a crystal of the silicon film is formed on an amorphous silicon film. A catalytic element that promotes the formation of a catalyst is selectively introduced into a linear shape, and by heat treatment, in the peripheral portion of one linear region into which the catalytic element is selectively introduced, the substrate surface is parallel to the substrate surface. A plurality of thin film transistors are provided by utilizing the crystalline silicon film that has been crystal-grown in (1), and thereby the above object can be achieved.

【0030】本発明に於いて、前記触媒元素が導入され
た1本の線状領域の両側に薄膜トランジスタを構成した
場合がある。
In the present invention, a thin film transistor may be formed on both sides of one linear region into which the catalyst element is introduced.

【0031】本発明に於いて、前記チャネル領域は、非
晶質ケイ素膜にケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を
選択的に線状に導入し、加熱処理により、前記触媒元素
が選択的に導入された線状領域の周辺部において、基板
表面に平行に結晶成長させた後、レーザー光または高照
度の光を照射することによって形成された結晶性ケイ素
膜である場合がある。
In the present invention, in the channel region, a catalyst element that promotes crystallization of the silicon film is selectively introduced linearly into the amorphous silicon film, and the catalyst element is selectively heated by heat treatment. In some cases, the crystalline silicon film is formed by irradiating laser light or high-intensity light after crystal growth parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region introduced in the above.

【0032】本発明に於いて、触媒元素として、Ni、
Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、A
l、P、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の
元素が用いられる場合がある。
In the present invention, the catalytic element is Ni,
Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, A
One or more kinds of elements selected from 1, P, As, and Sb may be used.

【0033】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
にする工程と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を結晶
化させ、前記触媒元素が選択的に導入された線状領域の
周辺部において、基板表面に対し概略平行な方向に結晶
成長を行わせる工程と、前記基板表面に対し概略平行な
方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケイ素膜で薄膜
トランジスタを形成する工程とを有する半導体装置の製
造方法において、前記チャネル領域の位置が、前記触媒
元素の導入領域から、該アニール温度で結晶性ケイ素膜
が形成される範囲内となるようにされており、そのこと
によって、上記目的を達成することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalytic element that promotes crystallization is selectively linearized. A step of crystallizing the amorphous silicon film by heating and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced; And a step of forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the surface of the substrate, wherein the position of the channel region is the catalytic element. From the introduction region, the annealing temperature is set so as to be within the range where the crystalline silicon film is formed, whereby the above-mentioned object can be achieved.

【0034】本発明に於いて、前記チャネル領域が、前
記触媒元素の導入領域から距離120μm以内の位置に
形成される場合がある。
In the present invention, the channel region may be formed at a position within a distance of 120 μm from the introduction region of the catalyst element.

【0035】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記結晶性ケイ素が一次元的結晶方向を有する範囲内であ
って、更に、前記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関し
て、前記一次元的結晶方向からの分岐または屈曲する数
が2以下の範囲に形成される場合がある。
In the present invention, the channel region is within a range in which the crystalline silicon has a one-dimensional crystal direction, and the crystalline silicon has a one-dimensional crystal direction with respect to the crystal direction. The number of branches or bends from the direction may be formed in a range of 2 or less.

【0036】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記触媒元素の導入領域から、60μm以内の位置に形成
される場合がある。
In the present invention, the channel region may be formed at a position within 60 μm from the introduction region of the catalyst element.

【0037】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記結晶性ケイ素が、前記結晶方向に関して、前記一次元
的結晶方向からの分岐または屈曲する数が1以下の範囲
に形成される場合がある。
In the present invention, the channel region may be formed such that the crystalline silicon is branched or bent from the one-dimensional crystal direction in the crystal direction in a range of 1 or less. .

【0038】本発明に於いて、前記チャネル領域は、前
記触媒元素の導入領域から、30μm以内の位置に配置
されている場合がある。
In the present invention, the channel region may be located within 30 μm from the introduction region of the catalyst element.

【0039】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素選択的に線状に
導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を結
晶化させ、前記触媒元素が選択的に導入された線状領域
の周辺部において、基板表面に対し概略平行な方向に結
晶成長を行わせる工程と、前記基板表面に対して概略平
行な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケイ素膜で
薄膜トランジスタを形成する工程とを有する半導体装置
の製造方法において、前記触媒元素が導入された線状領
域の長軸方向における、前記線状領域端部と、前記薄膜
トランジスタのチャネル領域との前記線状領域長軸方向
における距離が、前記チャネル領域から、前記アニール
温度で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形成さ
れる範囲内となるように前記薄膜トランジスタが構成さ
れており、そのことによって、上記目的を達成すること
ができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalytic element that promotes crystallization is selectively introduced linearly. A step of crystallizing the amorphous silicon film by heating and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced; A step of forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface, in a linear region in which the catalytic element is introduced In the long axis direction, the distance between the end of the linear region and the channel region of the thin film transistor in the long axis direction of the linear region is one-dimensionally bonded from the channel region at the annealing temperature. The thin film transistor to be within the scope of crystalline silicon having a direction is formed are the configuration, by its, it is possible to achieve the above object.

【0040】本発明に於いて、前記触媒元素が導入され
た線状領域の長軸方向における、前記線状領域端部と、
前記薄膜トランジスタの前記チャネル領域との前記線状
領域長軸方向に於ける距離が30μm以上となるように
前記薄膜トランジスタが構成される場合がある。
In the present invention, the end of the linear region in the major axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced,
The thin film transistor may be configured such that the distance from the channel region of the thin film transistor in the long axis direction of the linear region is 30 μm or more.

【0041】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ膜を結
晶化、前記触媒元素賀選択的に導入された線状領域の周
辺部おいて、基板表面に対し概略平行な方向に結晶成長
を行わせる工程と、前記基板表面に対して概略平行な方
向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケイ素膜で薄膜ト
ランジスタを形成する工程とを有する半導体装置の製造
方法において、前記触媒元素を導入する線状領域の長軸
方向の長さは、前記結晶性ケイ素が前記線状領域から成
長する距離が飽和する予め定める長さ以上の長さに定め
られ、そのことにより、上記目的が達成される。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalytic element that promotes crystallization is selectively linearly introduced. And a step of crystallizing the amorphous silicon film by heating and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region selectively introduced with the catalytic element. And a step of forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface, in a linear region into which the catalytic element is introduced The length in the major axis direction is set to a length equal to or longer than a predetermined length at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, whereby the above object is achieved.

【0042】本発明に於いて、前記触媒元素を導入する
線状領域の長軸方向の前記予め定める長さが120μm
以上である場合がある。
In the present invention, the predetermined length in the major axis direction of the linear region into which the catalytic element is introduced is 120 μm.
It may be more than this.

【0043】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ膜を結
晶化、前記触媒元素賀選択的に導入された線状領域の周
辺部おいて、基板表面に対し概略平行な方向に結晶成長
を行わせる工程と、前記基板表面に対して概略平行な方
向に結晶成長を行わせた領域の結晶性ケイ素膜で薄膜ト
ランジスタを形成する工程とを有する半導体装置の製造
方法において、前記触媒元素を導入する線状領域の長軸
方向と交差する方向の幅は、前記結晶性ケイ素が前記線
状領域から成長する距離が飽和する予め定める幅以上の
幅に定められ、そのことによって上記目的が達成され
る。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalyst element that promotes crystallization is selectively linearly introduced. And a step of crystallizing the amorphous silicon film by heating and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region selectively introduced with the catalytic element. And a step of forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface, in a linear region into which the catalytic element is introduced The width in the direction intersecting with the major axis direction is set to a width equal to or larger than a predetermined width at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, thereby achieving the above object.

【0044】本発明に於いて、前記触媒元素を導入する
線状領域の前記予め定める幅が5μm以上である場合が
ある。
In the present invention, the predetermined width of the linear region into which the catalytic element is introduced may be 5 μm or more.

【0045】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該工程の前または
後において、結晶化を助長する触媒元素を選択的に線状
に導入する工程と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を
結晶化させ、前記触媒元素が選択的に導入された線状領
域の周辺部において、基板表面に対し概略平行な方向に
結晶成長を行わせる工程と、前記触媒元素を導入した1
本の線状領域から基板表面に対して概略平行な方向に結
晶成長を行わせた領域の結晶性ケイ素膜で複数個の薄膜
トランジスタを形成する工程と、を少なくとも有してお
り、そのことによって、上記目的を達成することができ
る。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and before or after the step, a catalytic element that promotes crystallization is selectively linearly introduced. And a step of crystallizing the amorphous silicon film by heating and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced. And the above-mentioned catalytic element was introduced 1
A step of forming a plurality of thin film transistors with a crystalline silicon film in a region in which crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface from the linear region of the book, at least, and thereby, The above object can be achieved.

【0046】本発明に於いて、前記触媒元素が導入され
た1本の線状領域の両側に薄膜トランジスタを構成する
場合がある。
In the present invention, thin film transistors may be formed on both sides of one linear region into which the catalyst element is introduced.

【0047】本発明に於いて、基板上に非晶質ケイ素膜
を形成する工程と、該工程の前または後において、結晶
化を助長する触媒元素を選択的に線状に導入する工程
と、加熱によって前記非晶質ケイ素膜を結晶化させ、前
記触媒元素が選択的に導入された線状領域の周辺部にお
いて、基板表面に対し概略平行な方向に結晶成長を行わ
せる工程と、該工程の後にレーザー光または強光を照射
し、前記基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長を
行わせた領域の結晶性ケイ素膜の結晶性を助長する工程
と、前記ケイ素膜で薄膜トランジスタを形成する工程
と、を少なくとも有する場合がある。
In the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and a step of selectively introducing linearly a catalyst element that promotes crystallization before or after the step, A step of crystallizing the amorphous silicon film by heating, and performing crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced; Laser light or intense light after the step of promoting crystallinity of the crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface, and forming a thin film transistor with the silicon film. And the step of performing.

【0048】本発明に於いて、触媒元素として、Ni、
Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、A
l、P、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の
元素が用いられる場合がある。
In the present invention, the catalytic element is Ni,
Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, A
One or more kinds of elements selected from 1, P, As, and Sb may be used.

【0049】本発明の作用について、以下に説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0050】本発明の半導体装置およびその製造方法に
おける作用について説明する。成長初期はアニール時間
に比例して横方向結晶成長距離Lは延びるが、そのう
ち、所定の横方向成長距離Lで飽和し、それ以上成長し
ない。横方向成長距離Lの限界値が存在する理由は、成
長方向におけるa−Si領域の自然核発生による結晶成
長にあり、横方向結晶成長領域が通常の結晶成長領域と
衝突し、成長が終了する。ここで重要なのは、横方向結
晶成長距離がアニール時間に比例しなくなるポイント
で、この地点からa−Si領域で成長が始まり、横方向
結晶成長領域に通常の結晶成長領域が混じり合うことに
なる。すなわち、横方向結晶成長距離が、触媒元素の導
入領域から、該アニール温度で結晶性ケイ素膜が形成さ
れる範囲を超えた領域では、針状結晶あるいは柱状結晶
と通常の固相成長法で得られる双晶が混じり合い、結晶
性は極めて悪くなっている。したがって、横方向結晶成
長距離が前記触媒元素の導入領域から、該アニール温度
で結晶性ケイ素膜が形成される範囲内の領域の結晶性ケ
イ素膜を利用して、例として、横方向結晶成長距離が1
20μm以下で、TFTのチャネル領域を形成すること
で、目的とする良好な特性の半導体装置が得られる。
The operation of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described. At the initial stage of growth, the lateral crystal growth distance L extends in proportion to the annealing time, but of these, the lateral crystal growth distance L saturates at a predetermined lateral growth distance L and no further growth occurs. The reason why there is a limit value for the lateral growth distance L is that the a-Si region in the growth direction grows by spontaneous nucleation, and the lateral crystal growth region collides with a normal crystal growth region to complete the growth. . What is important here is the point at which the lateral crystal growth distance is no longer proportional to the annealing time, at which point the growth starts in the a-Si region, and the normal crystal growth region mixes with the lateral crystal growth region. That is, in the region where the lateral crystal growth distance exceeds the range in which the crystalline silicon film is formed at the annealing temperature from the introduction region of the catalyst element, needle-like crystals or columnar crystals and ordinary solid-phase growth methods are used. Twins are mixed together and the crystallinity is extremely poor. Therefore, by using the crystalline silicon film in the region where the lateral crystal growth distance is within the range where the crystalline silicon film is formed at the annealing temperature from the introduction region of the catalyst element, as an example, the lateral crystal growth distance is Is 1
By forming the channel region of the TFT with a thickness of 20 μm or less, a desired semiconductor device having good characteristics can be obtained.

【0051】また、横方向結晶成長距離が大きくなると
指数関数的に針状結晶あるいは柱状結晶の分岐および曲
がりの数が増大する。これは、不純物による分岐・曲が
りだけでなく、アニール時間の増大にともない成長方向
のa−Si領域の核発生が寄与するようになるからであ
る。例として、針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・曲が
りの平均数が2以下の領域(例として、横方向結晶成長
距離60μm以内の領域)は、成長方向がほぼ一次元的
に揃った良好な結晶性を示し、さらに、針状結晶あるい
は柱状結晶の分岐・曲がりの平均数が1以下(横方向結
晶成長距離30μm以内)となると、理想に近い横方向
結晶成長ケイ素膜が得られる。これらの分岐・曲がりの
平均数が2以下、さらに好適には1以下の結晶性ケイ素
膜でTFTのチャネル部を構成することによって、TF
T特性、特に移動度において極めて優れたTFTが得ら
れる。よって、TFTのチャネル部を構成する位置とし
て、前記チャネル領域が、前記触媒元素の導入領域か
ら、該アニール温度で結晶性ケイ素膜が形成される範囲
内に配置され、更に、好適には60μm以下、さらに最
適には30μm以下であれば、なおさら良い。
Further, as the lateral crystal growth distance increases, the number of branches and bends of needle-like crystals or columnar crystals exponentially increases. This is because not only branching and bending due to impurities but also nucleation of the a-Si region in the growth direction contributes as the annealing time increases. As an example, a region in which the average number of branching / bending of needle-like crystals or columnar crystals is 2 or less (for example, a region within a lateral crystal growth distance of 60 μm) is a good crystal in which the growth direction is almost one-dimensionally aligned. In addition, when the average number of branching / bending of needle-like crystals or columnar crystals is 1 or less (horizontal crystal growth distance of 30 μm or less), a near-ideal lateral crystal growth silicon film is obtained. By forming the channel portion of the TFT with a crystalline silicon film having an average number of branching / bending of 2 or less, more preferably 1 or less, TF
It is possible to obtain a TFT having excellent T characteristics, especially mobility. Therefore, as a position forming the channel portion of the TFT, the channel region is arranged within the range where the crystalline silicon film is formed at the annealing temperature from the introduction region of the catalyst element, and more preferably 60 μm or less. Even more optimally, it is even better if it is 30 μm or less.

【0052】さらに、本発明の別の半導体装置およびそ
の製造方法における作用について説明を行う。触媒元素
添加領域端部からの距離が、前記チャネル領域から、前
記アニール温度で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ
素が形成される範囲外の領域では、横方向結晶成長距離
Lの減少が見られる。これは、以前に説明したように、
触媒元素添加領域の角部で結晶成長方向が発散し、触媒
元素がその部分でのみ多量に消費されるため、角部付近
では横方向結晶成長距離Lが著しく短くなることに起因
する。すなわち、触媒元素添加領域端部からの距離が、
前記チャネル領域から、前記アニール温度で一次元的結
晶方向を有する結晶性ケイ素が形成される範囲外の横方
向結晶成長領域では、触媒元素が不足していると共に、
触媒元素添加領域端部における結晶成長方向の乱れの影
響を受けて、一次元的な横方向結晶成長が行われていな
いことになる。
Further, the operation of another semiconductor device of the present invention and a method of manufacturing the same will be described. In the region where the distance from the end of the catalyst element addition region is outside the range where crystalline silicon having a one-dimensional crystal direction at the annealing temperature is formed from the channel region, the lateral crystal growth distance L is reduced. To be This, as explained earlier,
This is because the crystal growth direction diverges at the corners of the catalyst element addition region, and the catalyst element is consumed in large amounts only at those parts, so that the lateral crystal growth distance L becomes extremely short near the corners. That is, the distance from the end of the catalytic element addition region is
From the channel region, in the lateral crystal growth region outside the range where crystalline silicon having a one-dimensional crystal direction at the annealing temperature is formed, the catalyst element is insufficient,
Due to the influence of the disorder in the crystal growth direction at the end of the catalyst element addition region, one-dimensional lateral crystal growth is not performed.

【0053】故に、触媒元素添加領域の端部からY方向
への距離が、前記チャネル領域から、前記アニール温度
で一次元的結晶方向を有する結晶性ケイ素が形成される
範囲内の横方向結晶成長領域では、横方向結晶成長距離
Lが安定し、結晶成長方向が一次元的に揃った横方向結
晶成長ケイ素膜が得られる。したがって、触媒元素添加
領域の端部からY方向への距離が、前記チャネル領域か
ら、前記アニール温度で一次元的結晶方向を有する結晶
性ケイ素が形成される範囲内となるような位置にTFT
のチャネル領域を形成することで、従来のものより性能
および安定性に優れた半導体装置が得られる。前記チャ
ネル領域から、前記アニール温度で一次元的結晶方向を
有する結晶性ケイ素が形成される範囲内となるようなT
FTのチャネル領域を形成する位置は、前記チャネル領
域から、前記アニール温度で一次元的結晶方向を有する
結晶性ケイ素が形成される範囲内であり、好適には30
μm以上以上であればよい。本発明は、そのことによっ
て、上記目的を達成することができる。
Therefore, the lateral crystal growth is within a range in which the distance from the end of the catalytic element added region in the Y direction is such that crystalline silicon having a one-dimensional crystallographic direction is formed from the channel region at the annealing temperature. In the region, the lateral crystal growth distance L is stable, and a lateral crystal growth silicon film in which the crystal growth directions are one-dimensionally aligned is obtained. Therefore, the TFT is located at a position such that the distance from the end of the catalyst element addition region in the Y direction is within the range from the channel region where crystalline silicon having a one-dimensional crystal direction is formed at the annealing temperature.
By forming the channel region of, a semiconductor device having better performance and stability than the conventional one can be obtained. T within such a range that crystalline silicon having a one-dimensional crystallographic direction is formed at the annealing temperature from the channel region.
The position where the channel region of the FT is formed is within the range where crystalline silicon having a one-dimensional crystal orientation is formed from the channel region at the annealing temperature, and preferably 30.
It may be at least μm. The present invention can thereby achieve the above object.

【0054】次に、本発明の別の実施である半導体装置
およびその製造方法における作用について説明を行う。
前述した横方向結晶成長距離Lの測定点は、触媒元素添
加領域の長軸方向の中央付近の位置である。前記触媒元
素添加領域のX方向の幅が例として40μm等の所定の
幅である場合、前記触媒元素を導入する線状領域の長軸
方向の長さは、前記結晶性ケイ素が前記線状領域から成
長する距離が飽和する予め定める長さ以上の長さに定め
られる。このとき、横方向結晶成長距離Lの減少が見ら
れる。また、触媒元素添加量を上げても、触媒添加領域
の長軸方向の長さに対する横方向結晶成長距離Lの変化
が、全体として横方向結晶成長距離Lが増大する方向に
シフトするだけで、触媒元素添加領域の面積、例として
長軸方向の長さに対する成長距離Lの依存性は変わらな
い。
Next, the operation of the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention will be described.
The above-mentioned measurement point of the lateral crystal growth distance L is a position near the center in the major axis direction of the catalytic element addition region. When the width of the catalyst element added region in the X direction is a predetermined width such as 40 μm, the length of the linear region into which the catalyst element is introduced in the major axis direction is such that the crystalline silicon is the linear region. It is set to a length equal to or longer than a predetermined length at which the distance to grow from is saturated. At this time, a decrease in the lateral crystal growth distance L is observed. Further, even if the catalyst element addition amount is increased, the change in the lateral crystal growth distance L with respect to the length of the catalyst addition region in the major axis direction is merely shifted in the direction in which the lateral crystal growth distance L is increased, The dependence of the growth distance L on the area of the catalyst element addition region, for example, the length in the major axis direction, does not change.

【0055】これは、前述のように、触媒元素添加領域
の角部で結晶成長方向が発散し、触媒元素がその部分で
のみ多量に消費されるため、該角部付近では横方向結晶
成長距離Lが著しく短くなることに起因する。すなわ
ち、触媒添加領域の長軸方向の長さが、前記結晶性ケイ
素が前記線状領域から成長する距離が飽和する予め定め
る長さ未満では、十分な距離の横方向結晶成長領域が得
られない。また、触媒元素が不足しているため、触媒元
素添加領域端部における結晶成長方向の乱れの影響を受
けて、一次元的に成長方向の揃った高品質な横方向結晶
成長領域が得られない。故に、触媒元素添加領域の長軸
方向の長さを、前記結晶性ケイ素が前記線状領域から成
長する距離が飽和する予め定める長さ以上に定めること
により、一定の横方向結晶成長距離Lが安定して得られ
る。これにより、その後の製造工程を容易に進めること
が可能となるだけでなく、結晶成長方向が一次元適に揃
った横方向結晶成長ケイ素膜によって、特性面で優れた
半導体装置が得られる。
This is because, as described above, the crystal growth direction diverges at the corners of the catalyst element addition region, and the catalyst element is consumed in large amounts only at those corners. This is because L becomes extremely short. That is, if the length of the catalyst-added region in the major axis direction is less than a predetermined length at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, a lateral crystal growth region having a sufficient distance cannot be obtained. . In addition, since the catalytic element is insufficient, it is not possible to obtain a high-quality lateral crystal growth region in which the growth direction is one-dimensionally aligned due to the influence of the disorder of the crystal growth direction at the end of the catalyst element addition region. . Therefore, by setting the length in the major axis direction of the catalytic element addition region to be equal to or longer than the predetermined length at which the distance at which the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, a constant lateral crystal growth distance L is obtained. Obtained stably. This makes it possible not only to facilitate the subsequent manufacturing steps, but also to obtain a semiconductor device having excellent characteristics in terms of the lateral crystal growth silicon film in which the crystal growth directions are one-dimensionally aligned.

【0056】前記触媒元素添加領域の長軸方向の長さ
は、好適には120μm以上であることが好ましい。
The length of the catalyst element added region in the major axis direction is preferably 120 μm or more.

【0057】さらに、本発明の別の半導体装置およびそ
の製造方法における作用について説明を行う。横方向結
晶成長距離Lの測定点は、触媒元素添加領域の長軸方向
の中央付近の位置であり、触媒元素添加領域の長軸方向
(Y方向)の長さは例として200μmである。触媒元
素添加領域の幅が、結晶性ケイ素が前記線状領域から成
長する距離が飽和する予め定める幅未満に定められる場
合では、横方向結晶成長距離Lが減少する。さらに、触
媒元素添加領域の前記幅例として1μm未満など極めて
小さい場合、横方向結晶成長が起きない。すなわち、触
媒元素添加領域の幅が前記線状領域から成長する距離が
飽和する予め定める幅未満に定められる場合では、十分
な距離の横方向結晶成長領域が得られないだけでなく、
横方向結晶成長距離Lのばらつきも大きく、実用的でな
い。
Further, the operation of another semiconductor device of the present invention and a method of manufacturing the same will be described. The measurement point of the lateral crystal growth distance L is a position near the center in the long axis direction of the catalyst element addition region, and the length of the catalyst element addition region in the long axis direction (Y direction) is 200 μm as an example. When the width of the catalytic element added region is set to be less than a predetermined width at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, the lateral crystal growth distance L decreases. Further, when the width of the catalyst element added region is extremely small, for example, less than 1 μm, lateral crystal growth does not occur. That is, in the case where the width of the catalytic element addition region is set to be less than a predetermined width at which the growth distance from the linear region is saturated, not only a lateral crystal growth region having a sufficient distance cannot be obtained,
The lateral crystal growth distance L also varies greatly and is not practical.

【0058】故に、触媒元素添加領域の前記幅を前記結
晶性ケイ素が前記線状領域から成長する距離が飽和する
予め定める幅以上の幅に定められる場合では、一定の横
方向結晶成長距離Lが安定して得られるため、その後の
製造工程が容易に進めることが可能となり、均一性に優
れた高性能半導体装置が得られる。前記予め定める幅
は、好適には、5μmが好ましい。
Therefore, when the width of the catalytic element-added region is set to a width equal to or larger than a predetermined width at which the distance that the crystalline silicon grows from the linear region is saturated, a constant lateral crystal growth distance L is obtained. Since it is stably obtained, the subsequent manufacturing process can be easily performed, and a high-performance semiconductor device having excellent uniformity can be obtained. The predetermined width is preferably 5 μm.

【0059】さらに、本発明の別の半導体装置およびそ
の製造方法における作用について説明を行う。触媒元素
添加領域を線状に延長し、1個の触媒元素添加領域から
成長した横方向結晶成長ケイ素膜で複数のTFTを作製
することで、複数のTFTを1枚の基板上に有する半導
体装置としては、均一性に非常に優れた半導体装置が得
られる。結晶性ケイ素膜をチャネル領域に用いたTFT
の特性は、主にその結晶性ケイ素膜の結晶性で決定され
るため、結晶性の微妙な違いが素子の特性のばらつきと
なって現れてくる。
Further, the operation of another semiconductor device of the present invention and a method of manufacturing the same will be described. A semiconductor device having a plurality of TFTs on one substrate by forming a plurality of TFTs by a lateral crystal growth silicon film grown from one catalyst element addition region by linearly extending the catalyst element addition region As a result, a semiconductor device having extremely excellent uniformity can be obtained. TFT using crystalline silicon film in channel region
Since the characteristics of (1) are mainly determined by the crystallinity of the crystalline silicon film, a subtle difference in crystallinity appears as a variation in the characteristics of the device.

【0060】本発明では、1個の触媒元素添加領域から
横方向結晶成長させた結晶性ケイ素膜に複数のTFTを
作製することで、それら複数のTFTのチャネル領域を
構成する結晶性ケイ素膜は同様の結晶性を示し、その結
果、それらの複数のTFT間で特性面のばらつきがほと
んど無く、動作特性の均一性に優れた半導体装置が得ら
れる。本発明は、液晶表示装置のアクティブマトリクス
基板のように1枚の基板上に数万個に及ぶ素子を形成す
る場合に特に有効で、今まで個々のTFT毎にポイント
的にばらついていたTFTの特性を、各行方向或いは各
列方向のTFT列間のライン的なばらつきにまで大きく
低減することができる。
According to the present invention, a plurality of TFTs are formed on the crystalline silicon film laterally grown from one catalyst element-added region, so that the crystalline silicon films forming the channel regions of the plurality of TFTs are formed. A semiconductor device having similar crystallinity and, as a result, a semiconductor device excellent in uniformity of operation characteristics with little variation in characteristic surface among the plurality of TFTs can be obtained. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly effective in the case where tens of thousands of elements are formed on one substrate such as an active matrix substrate of a liquid crystal display device. The characteristics can be greatly reduced to the line-wise variation between the TFT columns in each row direction or each column direction.

【0061】さらに、本発明の別の半導体装置およびそ
の製造方法によれば、線状の触媒元素添加領域の片側だ
けでなく、その両側の横成長結晶性ケイ素膜を用いるこ
とで、さらに素子のばらつきを半減できる。また、この
線状の触媒元素添加領域の両側を利用して、片側にN型
TFT、そしてもう一方にP型TFTを作製すること
で、安定した特性のCMOS(相補型金属−酸化膜−シ
リコン構造トランジスタ)回路が得られる。
Further, according to another semiconductor device of the present invention and a method of manufacturing the same, by using the laterally grown crystalline silicon film on not only one side of the linear catalytic element-added region but also both sides thereof, the device Variation can be halved. Further, by utilizing both sides of this linear catalytic element-added region to fabricate an N-type TFT on one side and a P-type TFT on the other side, CMOS (complementary metal-oxide film-silicon) of stable characteristics can be obtained. A structural transistor) circuit is obtained.

【0062】以上述べたように、本発明は、大きく分け
て5つの発明により構成される。半導体装置及びその製
造方法において、加熱処理により横方向結晶成長させた
結晶性ケイ素膜に、レーザー光あるいは高照度の光の照
射を行うことによって、前記結晶性ケイ素膜の結晶粒界
部分が重点的にアニールされ、固相成長結晶性ケイ素で
特に問題となる結晶粒界によるキャリアのトラップ準位
密度を大きく低減することができ、結晶性をさらに向上
することができる。
As described above, the present invention is roughly divided into five inventions. In the semiconductor device and the manufacturing method thereof, by irradiating the crystalline silicon film laterally grown by heat treatment with laser light or light with high illuminance, the crystal grain boundary portion of the crystalline silicon film is focused. The carrier trap level density due to the crystal grain boundaries, which is particularly problematic in solid-phase-grown crystalline silicon, can be greatly reduced by the annealing, and the crystallinity can be further improved.

【0063】さらに、本発明の別の半導体装置およびそ
の製造方法によれば、触媒元素としてNiを用いた場合
にも顕著な効果を得ることができるが、その他利用でき
る触媒元素の種類としては、Co、Pd、Pt、Cu、
Ag、Au、In、Sn、Al、P、As、Sbを利用
することができる。これらから選ばれた一種または複数
種類の元素であれば、微量(1018cm-3程度)で結晶
化助長の効果があるため、半導体素子への影響は問題は
ない。
Further, according to another semiconductor device of the present invention and a method for manufacturing the same, a remarkable effect can be obtained even when Ni is used as a catalytic element. Co, Pd, Pt, Cu,
Ag, Au, In, Sn, Al, P, As and Sb can be used. A single element or a plurality of elements selected from these elements have a small amount (about 10 18 cm −3 ) of the effect of promoting crystallization, and therefore have no problem on the semiconductor element.

【0064】[0064]

【発明の実施の形態】本発明の特徴について図10に基
づいて説明する。図10は、本発明に基づく横方向結晶
成長領域を利用したTFTを基板上面から見た場合の平
面図である。すなわち、基板全面に形成された非晶質ケ
イ素膜上に二酸化ケイ素膜などからなるマスク703を
堆積し、そのマスク703に触媒元素添加用の穴を触媒
元素添加領域(以下、領域)700として開け、触媒元
素を導入する。二酸化ケイ素膜の領域700を含む範囲
の非晶質ケイ素膜が結晶化し、領域700を中心として
横方向結晶成長が進行し、横方向結晶成長領域701が
形成される。横方向結晶成長領域701を用いて、トラ
ンジスタのチャネル領域702が形成される。図10に
於いて示されている各変数a、b、c、dは、以下に説
明するように、本発明の趣旨を示す量である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The features of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a plan view of a TFT utilizing a lateral crystal growth region according to the present invention when viewed from the top surface of a substrate. That is, a mask 703 made of a silicon dioxide film or the like is deposited on the amorphous silicon film formed on the entire surface of the substrate, and a hole for adding a catalyst element is formed in the mask 703 as a catalyst element addition region (hereinafter referred to as a region) 700. , Introducing a catalytic element. The amorphous silicon film in the range including the region 700 of the silicon dioxide film is crystallized, lateral crystal growth proceeds around the region 700, and a lateral crystal growth region 701 is formed. A channel region 702 of the transistor is formed using the lateral crystal growth region 701. Each variable a, b, c, d shown in FIG. 10 is an amount indicating the gist of the present invention, as described below.

【0065】以下に、本発明の実施例の半導体装置およ
びその製造方法の特徴について説明する。図11は、領
域700から横方向結晶成長領域701先端部までの距
離Lに対する、アニール温度580℃での、横方向結晶
成長距離Lのアニール時間依存性を表すグラフである。
図11から、成長初期はアニール時間に比例して横方向
結晶成長距離Lは延びるが、そのうち、横方向成長距離
140μm程度で飽和し、それ以上成長しないことがわ
かる。横方向成長距離Lの限界値が存在する理由は、成
長方向におけるa−Si領域の自然核発生による結晶成
長にあり、横方向結晶成長領域がa−Si領域の通常の
結晶成長領域とぶつかり合って、成長が終了する。
The features of the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the embodiments of the present invention will be described below. FIG. 11 is a graph showing the annealing time dependency of the lateral crystal growth distance L at the annealing temperature of 580 ° C. with respect to the distance L from the region 700 to the tip of the lateral crystal growth region 701.
From FIG. 11, it can be seen that the lateral crystal growth distance L extends in proportion to the annealing time at the initial stage of growth, but the lateral crystal growth distance L is saturated at the lateral growth distance of about 140 μm, and no further growth occurs. The reason why the limit value of the lateral growth distance L exists is that the a-Si region grows in the growth direction due to spontaneous nucleation, and the lateral crystal growth region collides with a normal crystal growth region of the a-Si region. And the growth ends.

【0066】ここで重要なのは、横方向結晶成長距離L
がアニール時間に比例しなくなるポイントである。この
地点からa−Si領域で成長が始まり、横方向結晶成長
領域701に通常の結晶成長領域が混じり合うことにな
る。すなわち、図11からわかるように、横方向結晶成
長距離Lが120μmを超える領域では、針状結晶ある
いは柱状結晶と通常の固相成長法で得られる双晶が混じ
り合い、結晶性は極めて悪くなっている。したがって、
横方向結晶成長距離Lが120μm以下の領域の結晶性
ケイ素膜を利用して、すなわち図10において、領域7
00のチャネル領域702側端部と、チャネル領域70
2の領域700と反対側端部との距離aが120μm以
下の範囲の結晶性ケイ素膜を用いて、TFTのチャネル
領域702を形成することで、目的とする良好な特性の
半導体装置が得られる。
What is important here is the lateral crystal growth distance L.
Is a point that is no longer proportional to the annealing time. From this point, the growth starts in the a-Si region, and the normal crystal growth region is mixed with the lateral crystal growth region 701. That is, as can be seen from FIG. 11, in the region where the lateral crystal growth distance L exceeds 120 μm, needle crystals or columnar crystals are mixed with twin crystals obtained by the usual solid phase growth method, and the crystallinity becomes extremely poor. ing. Therefore,
Utilizing the crystalline silicon film in the region where the lateral crystal growth distance L is 120 μm or less, that is, in FIG.
Channel region 702 side end portion of 00 and the channel region 70
By forming the channel region 702 of the TFT by using the crystalline silicon film in which the distance a between the region 700 of No. 2 and the end on the opposite side is 120 μm or less, a semiconductor device having desired desired characteristics can be obtained. .

【0067】図12は、横方向結晶成長領域を構成する
針状結晶1本における分岐あるいは曲がりの数を縦軸に
とり、横軸に横方向結晶成長距離Lをとったグラフであ
る。図12のグラフは、TEM(Transmission Elector
on Microscopy;透過型電子顕微鏡)観測によって針状
結晶あるいは柱状結晶1本の分岐、曲がりの数を測定
し、平均化したデータである。図12において、横方向
結晶成長距離Lが大きくなると、指数関数的に針状結晶
あるいは柱状結晶の分岐および曲がりの数が増大するの
は、不純物による分岐・曲がりだけでなく、アニール時
間の増大にともない成長方向のa−Si領域で発生した
核が寄与するようになるからである。
FIG. 12 is a graph in which the number of branches or bends in one needle-shaped crystal forming the lateral crystal growth region is plotted on the vertical axis and the horizontal crystal growth distance L is plotted on the horizontal axis. The graph in FIG. 12 shows a TEM (Transmission Elector).
on Microscopy; the number of branches and bends of one needle crystal or columnar crystal is measured by observation, and the data are averaged. In FIG. 12, when the lateral crystal growth distance L increases, the number of branches and bends of the needle-like crystals or columnar crystals exponentially increases not only due to the branching and bends due to impurities but also to the increase of the annealing time. This is because the nuclei generated in the a-Si region in the growth direction come to contribute.

【0068】針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・曲がり
の平均数が2以下の領域、具体的には、図12から分か
るように、横方向結晶成長距離Lが60μm以内の領域
は、成長方向がほぼ一次元的に揃った良好な結晶性を示
し、さらに、針状結晶あるいは柱状結晶の分岐・曲がり
の平均数が1以下の領域、具体的には、図12から分か
るように、横方向結晶成長距離Lが30μm以内の領域
では、理想に近い横方向結晶成長ケイ素膜が得られる。
これらの分岐・曲がりの平均数が2以下、さらに好適に
は1以下の結晶性ケイ素膜でTFTのチャネル部702
を構成することによって、TFT特性、特にキャリアの
移動度において極めて優れたTFTが得られる。よっ
て、TFTのチャネル部702を構成する位置として、
図10における距離aは、領域700から、前記アニー
ル温度で結晶性ケイ素膜が形成される範囲内に選ばれ、
好適には60μm以下、さらに最適には30μm以下で
あれば、なおさら良い。
The region in which the average number of branching / bending of needle-like crystals or columnar crystals is 2 or less, specifically, in the region in which the lateral crystal growth distance L is 60 μm or less, as shown in FIG. A region that exhibits good crystallinity that is almost one-dimensionally aligned, and that has an average number of branching / bending of needle-like crystals or columnar crystals of 1 or less, specifically, as shown in FIG. In the region where the growth distance L is within 30 μm, a lateral crystal growth silicon film close to the ideal is obtained.
The channel number 702 of the TFT is a crystalline silicon film having an average number of branching / bending of 2 or less, and more preferably 1 or less.
By configuring the above, a TFT having extremely excellent TFT characteristics, particularly carrier mobility, can be obtained. Therefore, as a position forming the channel portion 702 of the TFT,
The distance a in FIG. 10 is selected from the region 700 within a range where the crystalline silicon film is formed at the annealing temperature,
It is even better if it is preferably 60 μm or less, and most preferably 30 μm or less.

【0069】次に、別の実施例の半導体装置およびその
製造方法における特徴について説明を行う。図13は、
図10に於ける領域700の長軸方向端部からY方向に
沿う距離bの位置に関するX方向の横方向結晶成長距離
Lを表したグラフである。また、図13のグラフは、前
記非晶質ケイ素膜を、アニール温度550℃で16時間
アニールした後に測定したデータを示している。図13
からわかるように、領域70の前記端部からの前記距離
bが30μm以下の領域では、横方向結晶成長距離Lの
減少が見られる。これは、図17を用いて以前に説明し
たように、領域900の角部906で結晶成長方向が発
散し、触媒元素がその部分でのみ多量に消費されるた
め、角部906付近では横方向結晶成長距離Lが著しく
短くなることに起因する。
Next, the features of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to another embodiment will be described. Figure 13
11 is a graph showing the lateral crystal growth distance L in the X direction with respect to the position of the distance b along the Y direction from the long-axis direction end of the region 700 in FIG. 10. The graph of FIG. 13 shows data measured after annealing the amorphous silicon film at an annealing temperature of 550 ° C. for 16 hours. FIG.
As can be seen from the above, in the region where the distance b from the end of the region 70 is 30 μm or less, the lateral crystal growth distance L is reduced. This is because, as described earlier with reference to FIG. 17, the crystal growth direction diverges at the corner 906 of the region 900, and the catalytic element is consumed in a large amount only in that part, so that the lateral direction near the corner 906. This is because the crystal growth distance L becomes extremely short.

【0070】すなわち、図10に於ける、領域700の
前記端部からの距離bが30μm以下の横方向結晶成長
領域701では、触媒元素が不足していると共に、領域
700の前記端部における結晶成長方向の乱れの影響を
受けて、一次元的な横方向結晶成長が行われていないこ
とになる。故に、図10において、領域700の前記端
部からY方向への距離bが30μm以上となる横方向結
晶成長領域では、横方向結晶成長距離Lが安定し、結晶
成長方向が一次元的に揃った横方向結晶成長ケイ素膜が
得られる。したがって、領域700の前記端部からY方
向への距離bが30μm以上となるような位置にTFT
のチャネル領域702を形成することで、従来のものよ
り性能および安定性に優れた半導体装置が得られる。
That is, in FIG. 10, in the lateral crystal growth region 701 in which the distance b from the end of the region 700 is 30 μm or less, the catalytic element is insufficient and the crystal at the end of the region 700 is insufficient. Under the influence of the disorder of the growth direction, one-dimensional lateral crystal growth is not performed. Therefore, in FIG. 10, in the lateral crystal growth region where the distance b from the end of the region 700 in the Y direction is 30 μm or more, the lateral crystal growth distance L is stable and the crystal growth directions are one-dimensionally aligned. A laterally grown silicon film is obtained. Therefore, the TFT is placed at a position such that the distance b from the end of the region 700 in the Y direction is 30 μm or more.
By forming the channel region 702 of, a semiconductor device having higher performance and stability than the conventional one can be obtained.

【0071】次に、別の実施例の半導体装置およびその
製造方法における特徴について説明を行う。図14は、
図10に於て領域700の長軸方向(Y方向)の長さc
に対するX方向の横方向結晶成長距離Lを表したグラフ
である。図14において、横方向結晶成長距離Lの測定
ポイントは、領域700の長軸方向cの中央付近の位置
であり、領域700のX方向の幅dは40μmである。
図14のグラフは、前記非晶質ケイ素膜をアニール温度
が550℃で、16時間アニールした後に測定したデー
タを示している。
Next, the features of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to another embodiment will be described. Figure 14
In FIG. 10, the length c of the region 700 in the long axis direction (Y direction)
5 is a graph showing a lateral crystal growth distance L in the X direction with respect to. In FIG. 14, the measurement point of the lateral crystal growth distance L is a position near the center in the major axis direction c of the region 700, and the width d in the X direction of the region 700 is 40 μm.
The graph of FIG. 14 shows data measured after annealing the amorphous silicon film at an annealing temperature of 550 ° C. for 16 hours.

【0072】図14からわかるように、領域700の長
軸方向の長さcが120μm以下の場合では、横方向結
晶成長距離Lの減少が見られる。また、触媒元素添加量
を上げた場合、横方向結晶成長距離Lを示す特性曲線k
が特性曲線jへと、全体として横方向結晶成長距離Lが
増大する方向にシフトするだけで、領域700の長軸方
向の長さcによる成長距離の依存性は変わらない。これ
は、前述のように、図17において領域900の角部9
06で結晶成長方向が発散し、触媒元素がその部分での
み多量に消費されるため、角部906付近では横方向結
晶成長距離Lが著しく短くなることに起因する。すなわ
ち、図10において、領域700の長軸方向の長さcが
120μm以下では、十分な横方向成長距離Lの横方向
結晶成長領域701が得られない。
As can be seen from FIG. 14, when the length c in the major axis direction of the region 700 is 120 μm or less, the lateral crystal growth distance L decreases. Further, when the catalyst element addition amount is increased, a characteristic curve k showing the lateral crystal growth distance L is obtained.
Shifts to the characteristic curve j only in the direction in which the lateral crystal growth distance L increases as a whole, and the dependence of the growth distance on the major axis length c of the region 700 does not change. As described above, this is the corner 9 of the area 900 in FIG.
At 06, the crystal growth direction diverges, and the catalytic element is consumed in a large amount only in that portion, so that the lateral crystal growth distance L becomes extremely short in the vicinity of the corner 906. That is, in FIG. 10, when the length c in the major axis direction of the region 700 is 120 μm or less, the lateral crystal growth region 701 having a sufficient lateral growth distance L cannot be obtained.

【0073】また、触媒元素が不足して居るため、領域
700の前記端部における結晶成長方向の乱れの影響を
受けて、一次元的に成長方向の揃った高品質な横方向結
晶成長領域701が得られない。故に、図10におい
て、領域700の長軸方向の長さcを120μm以上と
することにより、一定の横方向結晶成長距離Lが安定し
て得られる。このため、その後の製造工程が容易に進め
ることが可能となるだけでなく、結晶成長方向が一次元
的に揃った横方向結晶成長ケイ素膜により、特性面で優
れた半導体装置が得られる。
Further, since the catalytic element is insufficient, it is affected by the disorder of the crystal growth direction at the end portion of the region 700, and the high-quality lateral crystal growth region 701 with the growth direction aligned in one dimension is formed. Can't get Therefore, in FIG. 10, by setting the length c in the major axis direction of the region 700 to be 120 μm or more, a constant lateral crystal growth distance L can be stably obtained. For this reason, not only the subsequent manufacturing process can be facilitated, but also the lateral direction crystal growth silicon film in which the crystal growth directions are one-dimensionally aligned can provide a semiconductor device having excellent characteristics.

【0074】次に、別の実施例の半導体装置およびその
製造方法における特徴について説明を行う。図15は、
図10において領域700の短辺(X方向)の幅dに対
するX方向の横方向結晶成長距離Lを表したグラフであ
る。図15において、横方向結晶成長距離Lの測定ポイ
ントは、領域700の長軸方向cの中央付近の位置であ
り、領域700の長軸方向(Y方向)の長さcは200
μmである。図15のグラフは、前記非晶質ケイ素膜
を、アニール温度が550℃で、16時間アニールした
後に測定したデータを示している。
Next, the features of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to another embodiment will be described. Figure 15 shows
11 is a graph showing the lateral crystal growth distance L in the X direction with respect to the width d of the short side (X direction) of the region 700 in FIG. 10. In FIG. 15, the measurement point of the lateral crystal growth distance L is a position near the center of the region 700 in the major axis direction c, and the length c in the major axis direction (Y direction) of the region 700 is 200.
μm. The graph of FIG. 15 shows data measured after annealing the amorphous silicon film at an annealing temperature of 550 ° C. for 16 hours.

【0075】図15からわかるように、領域700の幅
dが5μm以下の領域では、横方向結晶成長距離Lの減
少が見られる。さらに、領域700の幅dが1μm以下
では、横方向結晶成長が起きないことが確認された。す
なわち、図10において、領域700の幅dが5μm以
下では、十分な距離の横方向結晶成長領域701が得ら
れないだけでなく、横方向結晶成長距離Lのばらつきも
大きく、実用的でない。故に、図10において、領域7
00の幅dを5μm以上とすることによって、一定の横
方向結晶成長距離Lが安定して得られるため、その後の
製造工程が容易に進めることが可能となり、均一性に優
れた高性能半導体装置が得られる。
As can be seen from FIG. 15, in the region where the width d of the region 700 is 5 μm or less, the lateral crystal growth distance L decreases. Furthermore, it was confirmed that lateral crystal growth did not occur when the width d of the region 700 was 1 μm or less. That is, in FIG. 10, when the width d of the region 700 is 5 μm or less, not only the lateral crystal growth region 701 having a sufficient distance cannot be obtained, but also the lateral crystal growth distance L has a large variation, which is not practical. Therefore, in FIG.
By setting the width d of 00 to 5 μm or more, a constant lateral crystal growth distance L can be stably obtained, so that the subsequent manufacturing process can be facilitated, and a high-performance semiconductor device excellent in uniformity is obtained. Is obtained.

【0076】次に、別の実施例の半導体装置およびその
製造方法における特徴について説明を行う。領域700
を線状に延長し、1個の領域700から成長した横方向
結晶成長ケイ素膜で複数のTFTを作製することで、複
数のTFTを1枚の基板上に有する半導体装置として
は、均一性に非常に優れた半導体装置が得られる。結晶
性ケイ素膜をチャネル領域702に用いたTFTの特性
は、主にその結晶性ケイ素膜の結晶性で決定される。こ
のため、結晶性の微妙な違いが素子の特性のばらつきと
なって現れてくる。
Next, the features of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to another embodiment will be described. Area 700
Are linearly extended and a plurality of TFTs are formed from a lateral crystal growth silicon film grown from one region 700, so that a semiconductor device having a plurality of TFTs on one substrate has uniform uniformity. A very good semiconductor device can be obtained. The characteristics of the TFT using the crystalline silicon film in the channel region 702 are mainly determined by the crystallinity of the crystalline silicon film. For this reason, subtle differences in crystallinity appear as variations in device characteristics.

【0077】本発明では、1個の領域700から横方向
結晶成長させた結晶性ケイ素膜に複数のTFTを作製す
ることで、それら複数のTFTのチャネル領域702を
構成する結晶性ケイ素膜は同様の結晶性を示し、その結
果、それらの複数のTFT間で特性面のばらつきがほと
んど無い均一性に優れた半導体装置が得られる。
In the present invention, a plurality of TFTs are formed on the crystalline silicon film laterally crystal-grown from one region 700, so that the crystalline silicon films forming the channel regions 702 of the plurality of TFTs are the same. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device having excellent uniformity with little variation in the characteristic surface among the plurality of TFTs.

【0078】本発明は、液晶表示装置のアクティブマト
リクス基板のように1枚の基板上に数万個に及ぶ素子を
形成する場合に特に有効で、今まで個々のTFT毎にポ
イント的にばらついていたTFTの特性を、各行方向或
いは各列方向のTFT列間のライン的なばらつきにまで
大きく低減することができる。
The present invention is particularly effective when tens of thousands of elements are formed on one substrate such as an active matrix substrate of a liquid crystal display device, and it has been point-wise scattered for each individual TFT. Further, the characteristics of the TFT can be greatly reduced to a line variation between the TFT columns in each row direction or each column direction.

【0079】また、別の実施例の半導体装置およびその
製造方法に於いて、線状の領域700の片側だけでな
く、両側の横成長結晶性ケイ素膜を用いることで、さら
に素子のばらつきを半減できる。また、この線状の領域
700の両側を利用して、片側にN型TFT、そしても
う一方にP型TFTを作製することで、安定した特性の
CMOS回路が得られる。
Further, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to another embodiment, by using the laterally grown crystalline silicon films not only on one side of the linear region 700 but also on both sides, the variation of the element is further reduced by half. it can. Further, by utilizing both sides of the linear region 700 to form an N-type TFT on one side and a P-type TFT on the other side, a CMOS circuit having stable characteristics can be obtained.

【0080】以上述べたように、本発明は、大きく分け
て5つの発明により構成される。半導体装置およその製
造方法において、加熱処理により横方向結晶成長させた
結晶性ケイ素膜に、レーザー光あるいは高照度の光の照
射を行うことにより、前記結晶性ケイ素膜の結晶粒界部
分が重点的にアニールされ、固相成長結晶性ケイ素で特
に問題となる結晶粒界によるキャリアのトラップ準位密
度を大きく低減することができ、結晶性をさらに向上す
ることができる。
As described above, the present invention is roughly divided into five inventions. In a method of manufacturing a semiconductor device, a crystalline silicon film laterally grown by heat treatment is irradiated with laser light or high-intensity light so that the crystal grain boundary portion of the crystalline silicon film is focused. The carrier trap level density due to the crystal grain boundaries, which is particularly problematic in solid-phase-grown crystalline silicon, can be greatly reduced by the annealing, and the crystallinity can be further improved.

【0081】また、半導体装置およその製造方法におい
て、触媒元素としてNiを用いた場合にも顕著な効果を
得ることができるが、その他利用できる触媒元素の種類
としては、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I
n、Sn、Al、P、As、Sbを利用することができ
る。これらから選ばれた一種または複数種類の元素であ
れば、微量(1018cm-3程度)で結晶化助長の効果が
あるため、半導体素子への影響は問題はない。
In the method of manufacturing a semiconductor device, a remarkable effect can be obtained even when Ni is used as a catalyst element. Other types of catalyst element that can be used include Co, Pd, Pt, and Cu. , Ag, Au, I
n, Sn, Al, P, As, and Sb can be used. A single element or a plurality of elements selected from these elements have a small amount (about 10 18 cm −3 ) of the effect of promoting crystallization, and therefore have no problem on the semiconductor element.

【0082】〔実施例1〕本発明を用いた実施例1の半
導体装置およびその製造方法について説明する。本実施
例では、ガラス基板上にN型TFTを作製する際の工程
において、本発明を利用した場合についての説明を行
う。本実施例のTFTは、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置のドライバー回路や画素部分に用いることが
できるのは勿論、同一ガラス基板上にCPU(中央処理
装置)を構成する半導体素子としても用いることができ
る。なお、本発明を実施したTFTの応用範囲として
は、液晶表示装置のみではなく、一般に言われている薄
膜集積回路に利用できることは言うまでもない。
[Embodiment 1] A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to Embodiment 1 of the present invention will be described. In this example, a case where the present invention is used in a step of manufacturing an N-type TFT on a glass substrate will be described. The TFT of this embodiment can be used not only in a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as a semiconductor element constituting a CPU (central processing unit) on the same glass substrate. it can. It goes without saying that the TFT in which the present invention is applied can be applied not only to the liquid crystal display device but also to a generally-known thin film integrated circuit.

【0083】図1は、本実施例で説明するTFTの製作
工程の概要を示し、横方向結晶成長領域を利用したTF
Tを基板上面から見た場合の平面図である。図2は、図
1の切断面線A−A’で切った断面図であり、図2
(A)→図2(F)の順に従って製作工程が順次進行す
る。
FIG. 1 shows an outline of the manufacturing process of the TFT described in this embodiment, in which TF using a lateral crystal growth region is used.
It is a top view when T is seen from the substrate upper surface. 2 is a cross-sectional view taken along the section line AA ′ of FIG.
The manufacturing process sequentially proceeds in the order of (A) → FIG. 2 (F).

【0084】まず、ガラス基板101上に、例えばスパ
ッタリング法によって膜厚200nm程度の酸化ケイ素
からなる下地膜102を形成する。この酸化ケイ素膜
は、ガラス基板101からの不純物の拡散を防ぐために
設けられる。次に減圧CVD法(化学的気相成長法)あ
るいはプラズマCVD法によって、膜厚25〜100n
m、例えば80nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜
(a−Si膜)103を成膜する。
First, a base film 102 made of silicon oxide and having a film thickness of about 200 nm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 101. Next, a film thickness of 25 to 100 n is formed by a low pressure CVD method (chemical vapor deposition method) or a plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 103 having a thickness of, for example, 80 nm is formed.

【0085】次に、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等
によって形成され、線状の領域100が透孔として形成
されたマスク104を設ける。このマスク104の領域
100に於いて、スリット状にa−Si膜103が露呈
される。即ち、図2(A)の状態を上面から見ると、図
1のように、a−Si膜103が領域100でスリット
状に露呈しており、他の部分はマスク104によって被
覆されている状態となっている。図1において、切断面
線A−A’で切った断面が図2(E)または図2(F)
に対応する。本実施例では、図1(A)のように、ソー
ス領域111、チャネル領域110およびドレイン領域
112が、領域100の長軸方向と垂直な方向に沿っ
て、この順に配置された状態でTFTを作製するが、図
1(B)のように、ソース領域111、チャネル領域1
10およびドレイン領域112が、領域100の長軸方
向と平行な方向に沿って、順に配置された状態でも、同
様の方法で全く問題なくTFTを作製できる。
Next, a mask 104, which is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and in which the linear region 100 is formed as a through hole, is provided. In the region 100 of the mask 104, the a-Si film 103 is exposed like a slit. That is, when the state of FIG. 2A is viewed from above, the a-Si film 103 is exposed in a slit shape in the region 100 and the other portion is covered with the mask 104 as shown in FIG. Has become. In FIG. 1, a cross section taken along a cutting plane line AA ′ is shown in FIG.
Corresponding to. In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the source region 111, the channel region 110, and the drain region 112 are arranged in this order along the direction perpendicular to the major axis direction of the region 100 to form a TFT. Although prepared, as shown in FIG. 1B, the source region 111 and the channel region 1 are formed.
Even when the 10 and the drain region 112 are sequentially arranged along the direction parallel to the long axis direction of the region 100, a TFT can be produced without any problem by the same method.

【0086】上記マスク104を設けた後、図2(B)
に示すように、例えば酢酸ニッケルあるいは硝酸ニッケ
ル等のニッケル塩の水溶液105をガラス基板101全
面に塗布し、その後、スピンナーにて均一膜厚として乾
燥させる。この際の水溶液105中のニッケル濃度は5
0〜200ppmが適当で、好ましくは100ppmで
ある。領域100の部分では、析出したNiイオンがa
−Si膜103と接触しており、a−Si膜103の領
域100に相当する部分に、ニッケルの微量添加が選択
的に行われたことになる。そして、これを水素還元雰囲
気下、好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気圧の水素
還元雰囲気下、または不活性雰囲気下(大気圧)のいず
れかの雰囲気下で、加熱温度520〜580℃で数時間
から数十時間、例えば580℃で16時間アニールし
て、a−Si膜103を結晶化させる。
After providing the mask 104, FIG.
As shown in, an aqueous solution 105 of nickel salt such as nickel acetate or nickel nitrate is applied to the entire surface of the glass substrate 101, and then dried with a spinner to a uniform film thickness. At this time, the concentration of nickel in the aqueous solution 105 is 5
A suitable range is 0 to 200 ppm, preferably 100 ppm. In the region 100, the deposited Ni ions are a
This means that the trace amount of nickel is selectively added to the portion corresponding to the region 100 of the a-Si film 103, which is in contact with the -Si film 103. Then, this is heated under a hydrogen reducing atmosphere, preferably under a hydrogen reducing atmosphere having a hydrogen partial pressure of 0.1 to 1 atm or under an inert atmosphere (atmospheric pressure) at a heating temperature of 520 to 520. Annealing is performed at 580 ° C. for several hours to several tens hours, for example, at 580 ° C. for 16 hours to crystallize the a-Si film 103.

【0087】この際、ニッケルの微量添加が行われた前
記領域100に相当する部分においては、ガラス基板1
01に対して垂直方向にa−Si膜103の結晶化が起
こり、結晶性ケイ素膜103aが形成される。そして、
領域100の周辺領域では、図2(C)において、矢印
106で示すように、領域100から横方向(基板と平
行な方向)に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結
晶性ケイ素膜103bが形成される。それ以外のa−S
i膜領域は、そのままa−Si膜103として残る。な
お、上記結晶成長に際し、矢印106で示される基板と
平行な方向の横方向結晶成長距離Lは140μm程度で
ある。
At this time, in the portion corresponding to the region 100 where the trace amount of nickel was added, the glass substrate 1
01, the a-Si film 103 is crystallized in the direction perpendicular to 01, and a crystalline silicon film 103a is formed. And
In the peripheral region of the region 100, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region 100 as shown by an arrow 106 in FIG. Is formed. Other a-S
The i film region remains as the a-Si film 103 as it is. In the crystal growth, the lateral crystal growth distance L in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 106 is about 140 μm.

【0088】その後、マスク104を除去し、結晶性ケ
イ素膜103bの不要な部分を除去して素子間分離を行
う。この際、後にTFTのチャネル領域110が、触媒
元素(本実施例ではNi)添加領域100からの距離a
=120μm以内の位置となるように、結晶性ケイ素膜
103bのパターニングを行う。すなわち、図1(A)
において、距離aを120μm以下としてTFTのチャ
ネル領域110を形成する。距離aの値としては、さら
に好適には60μm以下、最適には30μm以下であれ
ば、上述の理由で更に良好な効果を奏することができ
る。
After that, the mask 104 is removed, and unnecessary portions of the crystalline silicon film 103b are removed to perform element isolation. At this time, the channel region 110 of the TFT is later separated by a distance a from the catalyst element (Ni in this embodiment) added region 100.
The crystalline silicon film 103b is patterned so that the position is within 120 μm. That is, FIG. 1 (A)
In, the channel region 110 of the TFT is formed by setting the distance a to 120 μm or less. If the value of the distance a is more preferably 60 μm or less, and most preferably 30 μm or less, a better effect can be obtained for the above reason.

【0089】本実施例では、距離aが20μmとなるよ
うに、a−Si膜103のパターニングを行った。ま
た、前述したような図1(B)に示すような配置でTF
Tを構成する際には、領域100のチャネル領域110
側の端部から、チャネル領域110の領域100と反対
側の端部までの距離a’が120μm以下となるよう
に、結晶性ケイ素膜103bをパターニングすれば、本
発明の効果が得られる。以下の工程により、後にTFT
のソース領域111、ドレイン領域112およびチャネ
ル領域110からなる活性領域となる島状の結晶性ケイ
素膜103bが形成され、図2(D)の状態を得る。
In this example, the a-Si film 103 was patterned so that the distance a was 20 μm. In addition, the TF is arranged in the arrangement as shown in FIG.
In constructing T, the channel region 110 of the region 100
The effect of the present invention can be obtained by patterning the crystalline silicon film 103b such that the distance a ′ from the side end to the end of the channel region 110 opposite to the region 100 is 120 μm or less. By the following steps,
2D is obtained by forming an island-shaped crystalline silicon film 103b to be an active region, which includes the source region 111, the drain region 112, and the channel region 110.

【0090】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜103bを覆うように、膜厚20〜150nm、ここ
では100nmの膜厚の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜1
07として成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここで
は、TEOS(Tetra Eth Oxy Silan)を原料とし、酸
素とともに基板温度150〜600℃、好ましくは30
0〜450℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積し
た。あるいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに
減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、基板温度
を350〜600℃好ましくは400〜550℃として
形成してもよい。成膜後、ゲート絶縁膜107自身のバ
ルク特性および結晶性ケイ素膜103b/ゲート絶縁膜
107の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気
下で400〜600℃で30〜60分アニールを行っ
た。
Next, a silicon oxide film having a film thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed over the gate insulating film 1 so as to cover the crystalline silicon film 103b which becomes the active region.
The film is formed as 07. For the formation of the silicon oxide film, here, TEOS (Tetra Eth Oxy Silan) is used as a raw material, and the substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 30 with oxygen.
It was decomposed and deposited at 0 to 450 ° C. by the RF plasma CVD method. Alternatively, TEOS may be formed together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method at a substrate temperature of 350 to 600 ° C., preferably 400 to 550 ° C. After the film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 107 itself and the interface characteristics of the crystalline silicon film 103b / gate insulating film 107, annealing is performed at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes in an inert gas atmosphere. It was

【0091】引き続いて、スパッタリング法によって、
膜厚400〜800nm、例えば600nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極108を形成する。さらに、このア
ルミウムのゲート電極108の表面を陽極酸化して、表
面に酸化物層109を形成する。この状態が図2(E)
に相当する。陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエ
チレングリコール溶液中で行い、最初一定電流で220
Vまでゲート電極108の電圧を上げ、その状態で1時
間保持して終了させる。得られた酸化物層109の膜厚
は200nmである。なお、この酸化物層109は、後
のイオンドーピング工程において、オフセットゲート領
域を形成する膜厚となるので、後述するオフセットゲー
ト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができ
る。
Subsequently, by the sputtering method,
Aluminum having a film thickness of 400 to 800 nm, for example 600 nm, is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 108. Further, the surface of the gate electrode 108 of aluminum is anodized to form an oxide layer 109 on the surface. This state is shown in Fig. 2 (E).
Equivalent to. The anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%.
The voltage of the gate electrode 108 is increased to V, and the state is maintained for 1 hour to complete the process. The thickness of the obtained oxide layer 109 is 200 nm. Since the oxide layer 109 has a film thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region described later can be determined in the anodizing process.

【0092】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極108とその周囲の酸化物層109をマスクとし
て、前記結晶性ケイ素膜103bに不純物(リン)を注
入して、前記活性領域を形成する。ドーピングガスとし
て、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を60〜
90kV、例えば80kV、ドープ量を1×1015〜8
×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とする。この
工程によって、不純物が注入された結晶性ケイ素膜10
3bの各領域111a、112aは、後にTFTのソー
ス/ドレイン領域111、112となり、ゲート電極1
08およびその周囲の酸化層109にマスクされ、前記
不純物が注入されない結晶性ケイ素膜の領域110a
は、後にTFTのチャネル領域110となる。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the crystalline silicon film 103b by ion doping using the gate electrode 108 and the oxide layer 109 around it as a mask to form the active region. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, and the acceleration voltage is 60 to
90 kV, for example 80 kV, the doping amount is 1 × 10 15 to 8
It is set to x10 15 cm -2 , for example, 2 x 10 15 cm -2 . By this step, the crystalline silicon film 10 into which impurities are injected
The regions 111a and 112a of 3b will later become the source / drain regions 111 and 112 of the TFT, respectively.
Region 110a of the crystalline silicon film which is masked by the oxide layer 109 and its surroundings and is not implanted with the impurities.
Will later become the channel region 110 of the TFT.

【0093】その後、図2(E)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した結晶性ケイ素膜の結晶性を改善させ
る。この際、使用するレーザーとしては、XeC1エキ
シマレーザー(波長308nm、パルス幅40nse
c)を用い、エネルギー密度150〜400mJ/cm
2、好ましくは200〜250mJ/cm2でレーザー光
照射を行った。こうして形成されたN型不純物(リン)
領域である前記領域111、112のシート抵抗は、2
00〜800Ω/□であった。
After that, as shown in FIG. 2E, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, crystalline silicon whose crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is used. Improve the crystallinity of the film. At this time, the laser used is a XeC1 excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nse
c), energy density 150-400 mJ / cm
2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 of laser light irradiation. N-type impurities (phosphorus) thus formed
The sheet resistance of the regions 111 and 112, which are regions, is 2
It was 00 to 800 Ω / □.

【0094】続いて、膜厚600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜113として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオ
ゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって層
間絶縁膜113を形成すれば、段差被覆性に優れた良好
な層間絶縁膜113が得られる。また、SiH4とNH3
を原料ガスとしてプラズマCVD法で成膜された窒化ケ
イ素膜を用いて層間絶縁膜113を形成すれば、図2
(E)に示す前記ソース領域111、チャネル領域11
0およびドレイン領域112からなる前記活性領域11
6/ゲート絶縁膜107の界面へ水素原子を供給し、T
FT特性を劣化させる不対結合手を低減する効果があ
る。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a film thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 113. When a silicon oxide film is used, the step coverage is excellent if TEOS is used as a raw material and the interlayer insulating film 113 is formed by a plasma CVD method using this and oxygen, or a low pressure CVD method using ozone or an atmospheric pressure CVD method. A good interlayer insulating film 113 is obtained. Also, SiH 4 and NH 3
If the inter-layer insulation film 113 is formed using a silicon nitride film formed by plasma CVD method using
The source region 111 and the channel region 11 shown in (E)
0 and the active region 11 consisting of the drain region 112
6 / supplying hydrogen atoms to the interface of the gate insulating film 107,
This has the effect of reducing dangling bonds that deteriorate the FT characteristics.

【0095】次に、層間絶縁膜113にコンタクトホー
ル117を形成して、金属材料、例えば、窒化チタンと
アルミニウムの多層膜をパターンニングして、TFTの
ソース電極とその配線114、およびドレイン電極とそ
の配線115を形成する。そして最後に、1気圧の水素
雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、図2
(F)に示すTFT118を完成させる。
Next, a contact hole 117 is formed in the interlayer insulating film 113, and a multilayer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum is patterned to form a source electrode of the TFT and its wiring 114, and a drain electrode. The wiring 115 is formed. Finally, annealing is performed in a hydrogen atmosphere at 1 atm at 350 ° C. for 30 minutes, and then, as shown in FIG.
The TFT 118 shown in (F) is completed.

【0096】前記TFT118を、例としてアクティブ
マトリクス型の液晶表示素子の画素電極をスイッチング
する素子として用いる場合には、電極114、115の
いずれか一方を、ITO(インジウム錫酸化物)など透
明導電膜からなる画素電極に接続し、電極114、11
5のいずれか他方の電極から表示用の信号を入力すれば
よい。また、本TFT118を薄膜集積回路に用いる場
合には、ゲート電極108上にもコンタクトホールを形
成し、このコンタクトホールを介して、ゲート電極10
8と接続される必要とする配線を施せばよい。
When the TFT 118 is used as an element for switching a pixel electrode of an active matrix type liquid crystal display element, for example, one of the electrodes 114 and 115 is a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide). Electrodes 114, 11 connected to a pixel electrode composed of
It suffices to input a display signal from any one of the other electrodes of 5. When the TFT 118 is used in a thin film integrated circuit, a contact hole is also formed on the gate electrode 108, and the gate electrode 10 is formed through this contact hole.
Wiring required to be connected with 8 may be provided.

【0097】以上の実施例にしたがって作製したN型T
FT118は、電界効果移動度80〜120cm2/V
s、閾値電圧2〜3Vという良好な特性を示した。ま
た、前述した本願出願人による特願5−218156に
関して想定された種々の問題点をも解決している。
N-type T produced according to the above-mentioned embodiment
FT118 has a field effect mobility of 80 to 120 cm 2 / V.
s and a threshold voltage of 2 to 3 V, which is a good characteristic. Further, it solves various problems envisaged in Japanese Patent Application No. 5-218156 by the applicant of the present application.

【0098】〔実施例2〕本発明を用いた実施例2の半
導体装置およびその製造方法について説明する。本実施
例では、ガラス基板上にP型TFTを作製する際の工程
において、本発明を利用した場合についての説明を行
う。
[Embodiment 2] A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In this example, a case where the present invention is used in a process of manufacturing a P-type TFT on a glass substrate will be described.

【0099】以下において、図3は、本実施例で説明す
るTFTの作製工程の概要を示し、横方向結晶成長領域
を利用したTFTを基板上面から見た場合の平面図であ
る。図4は、図3の切断面線B−B’で切った断面図で
あり、図4(A)→図4(F)の順にしたがって作製工
程が順次進行する。
In the following, FIG. 3 shows the outline of the manufacturing process of the TFT described in this embodiment, and is a plan view of the TFT utilizing the lateral crystal growth region as seen from the upper surface of the substrate. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the section line BB ′ in FIG. 3, and the manufacturing process sequentially proceeds in the order of FIG. 4 (A) → FIG. 4 (F).

【0100】まず、図4(A)に示されるように、ガラ
ス基板201上に例えばスパッタリング法によって膜厚
200nm程度の酸化ケイ素または窒化ケイ素膜、例と
して、酸化ケイ素膜からなる下地膜202を形成する。
次に減圧CVD法あるいはプラズマCVD法によって、
膜厚25〜100nm、例えば50nmの真性(I型)
の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203を成膜する。
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide or silicon nitride film having a film thickness of about 200 nm, for example, a base film 202 made of a silicon oxide film is formed on a glass substrate 201 by, for example, a sputtering method. To do.
Next, by low pressure CVD method or plasma CVD method,
Intrinsic (I type) with a film thickness of 25 to 100 nm, for example 50 nm
And an amorphous silicon film (a-Si film) 203 is formed.

【0101】次に、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等
によって形成され、線状の領域200が透孔として形成
されたマスク204を設ける。このマスク204の領域
200によって、スリット状にa−Si膜203が露呈
される。即ち、図4(A)の状態を上面から見ると、図
3のようにa−Si膜203が領域200でスリット状
に露呈しており、他の部分はマスクされている状態とな
っている。図3において、切断面線B−B’で切った断
面が図4(E)または図4(F)に対応する。本実施例
では、図3(A)のように、ソース領域211、チャネ
ル領域210およびドレイン領域212が、領域200
の長軸方向と垂直な方向に沿って、この順に配置された
状態でTFTを作製するが、図3(B)のように、ソー
ス領域211、チャネル領域210およびドレイン領域
212が、領域200の長軸方向と平行な方向に沿っ
て、順に配置された状態でも、同様の方法で全く問題な
くTFTを作製できる。
Next, a mask 204 formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like and having linear regions 200 formed as through holes is provided. The region 200 of the mask 204 exposes the a-Si film 203 in a slit shape. That is, when the state of FIG. 4A is viewed from above, the a-Si film 203 is exposed in a slit shape in the region 200 as shown in FIG. 3, and the other portions are masked. . In FIG. 3, the cross section taken along the cutting plane line BB ′ corresponds to FIG. 4 (E) or FIG. 4 (F). In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the source region 211, the channel region 210 and the drain region 212 are replaced by the region 200.
A TFT is manufactured in a state of being arranged in this order along a direction perpendicular to the long axis direction of the source region 211, the channel region 210, and the drain region 212 as shown in FIG. Even in the state where the TFTs are sequentially arranged along the direction parallel to the long axis direction, the TFT can be manufactured by the same method without any problem.

【0102】上記マスク204を設けた後、図4(B)
に示すように、スパッタリング法によって膜厚0.5〜
20nm、例えば2nmのケイ化ニッケル膜205(化
学式NiSiX、0.4≦X≦2.5、例えばX=2.
0)を成膜する。そして、これを水素還元雰囲気下また
は不活性雰囲気下で、加熱温度520〜580℃で数時
間から数十時間、例として、550℃で16時間アニー
ルして結晶化させる。
After the mask 204 is provided, FIG.
As shown in FIG.
20 nm, for example 2 nm, nickel silicide film 205 (chemical formula NiSi x, 0.4 ≦ X ≦ 2.5, for example X = 2.
0) is deposited. Then, this is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 580 ° C. for several hours to several tens of hours, for example, at 550 ° C. for 16 hours to be crystallized.

【0103】この際、ニッケル微量添加が行われた領域
200に対応するa−Si膜203の部分においては、
基板201に対して垂直方向にa−Si膜203の結晶
化が起こり、結晶性ケイ素膜203aが形成される。そ
して、領域200の周辺領域では、図4(C)におい
て、矢印206で示すように、領域200から横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われ、横方向結晶
成長した結晶性ケイ素膜203bが形成される。それ以
外のa−Si膜領域は、そのままa−Si膜203とし
て残る。なお、上記結晶成長に際し、矢印206で示さ
れる基板と平行な方向の横方向結晶成長距離Lは、80
μm程度である。その後、マスク204を除去し、結晶
性ケイ素膜203bの不要な部分を除去して、素子間分
離を行う。
At this time, in the portion of the a-Si film 203 corresponding to the region 200 where the trace amount of nickel is added,
Crystallization of the a-Si film 203 occurs in the direction perpendicular to the substrate 201 to form a crystalline silicon film 203a. In the peripheral region of the region 200, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region 200 as indicated by an arrow 206 in FIG. The film 203b is formed. The other a-Si film regions remain as the a-Si film 203 as they are. In the crystal growth, the lateral crystal growth distance L in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 206 is 80.
It is about μm. After that, the mask 204 is removed, an unnecessary portion of the crystalline silicon film 203b is removed, and element isolation is performed.

【0104】この際、図3(A)において、後に説明す
るTFTのチャネル領域210の長軸方向一端部から、
触媒元素(本実施例ではNi)添加領域200の長軸方
向に沿う同一側端部までの距離bが30μm以上となる
ように、結晶性ケイ素膜203bのパターニングを行
う。本実施例では、前記距離bが60μmとなるよう
に、結晶性ケイ素膜203bのパターニングを行った。
また、図3(B)に示すように、ソース領域211、チ
ャネル領域210およびドレイン領域212が、領域2
00の長軸方向と垂直な方向に沿って、この順に配置さ
れた状態でTFTを構成する際には、前記距離bと同様
に定義される距離b’が30μm以上となるように、結
晶化ケイ素膜203bをパターニングすれば、本発明の
効果が得られる。
At this time, in FIG. 3A, from one end portion in the long axis direction of the channel region 210 of the TFT described later,
The crystalline silicon film 203b is patterned so that the distance b to the same side end portion along the long axis direction of the catalyst element (Ni in this embodiment) added region 200 is 30 μm or more. In this example, the crystalline silicon film 203b was patterned so that the distance b was 60 μm.
Further, as shown in FIG. 3B, the source region 211, the channel region 210, and the drain region 212 are replaced by the region 2
When the TFTs are arranged in this order along the direction perpendicular to the major axis direction of 00, crystallization is performed so that the distance b ′ defined similarly to the distance b is 30 μm or more. The effects of the present invention can be obtained by patterning the silicon film 203b.

【0105】以上の工程によって、後に、TFTのソー
ス領域211、チャネル領域210およびドレイン領域
212からなる活性化領域となる島状の結晶性ケイ素膜
203bが形成され、図4(D)の状態を得る。
Through the above steps, the island-shaped crystalline silicon film 203b, which will be the activation region of the TFT source region 211, the channel region 210 and the drain region 212, is formed later, and the state of FIG. obtain.

【0106】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜203bを覆うように膜厚20〜150nm、ここで
は100nmの膜厚の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜20
7として成膜する。本実施例では、ゲート絶縁膜207
の成膜方法としてスパッタリング法を用いた。スパッタ
リングには、ターゲットとして酸化ケイ素を用い、スパ
ッタリング時の基板温度は200〜400℃の範囲内の
温度、例えば350℃、スパッタリング雰囲気は酸素と
アルゴンで、アルゴン/酸素=0〜0.5、例えば0.
1以下とした。
Next, a silicon oxide film having a film thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed on the gate insulating film 20 so as to cover the crystalline silicon film 203b which becomes the active region.
The film is formed as 7. In this embodiment, the gate insulating film 207
A sputtering method was used as the film forming method. For sputtering, silicon oxide is used as a target, the substrate temperature during sputtering is in the range of 200 to 400 ° C., for example 350 ° C., the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example. 0.
It was set to 1 or less.

【0107】引き続いて、スパッタリング法によって、
膜厚400nmのアルミニウム膜を成膜する。そして、
アルミニウム膜をパターニングしてゲート電極208を
形成した。その後、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極208をマスクとして活性領域に不純物(ホウ
素)を注入する。ドーピングガスとして、ジボラン(B
26)を用い、加速電圧を40kV〜80kV、例えば
65kVとし、ドーズ量は1×1015〜8×1015cm
-2、例えば5×1015cm-2とする。この工程によっ
て、不純物が注入された結晶性ケイ素膜203bの各領
域211a、212aは、後にTFTのソース領域21
1およびドレイン領域212となり、ゲート電極208
にマスクされ不純物が注入されない結晶性ケイ素膜20
3bの領域210aは、後にTFTのチャネル領域21
0となる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a film thickness of 400 nm is formed. And
The aluminum film is patterned to form the gate electrode 208.
Formed. Then, by ion doping method,
The active electrode is used as a mask to form impurities (bores) in the active region.
Inject. As a doping gas, diborane (B
2H6), The acceleration voltage is 40 kV to 80 kV, for example,
65kV, dose amount 1 × 1015~ 8 × 1015cm
-2, For example 5 × 1015cm-2And By this process
Each region of the crystalline silicon film 203b in which impurities are injected.
Areas 211a and 212a will be the source regions 21 of the TFT later.
1 and the drain region 212 and becomes the gate electrode 208.
Crystalline silicon film 20 which is masked by the silicon and is not implanted with impurities
The region 210a of 3b will be the channel region 21 of the TFT later.
It becomes 0.

【0108】その後、図4(E)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した結晶性ケイ素膜203bの部分の結晶
性を改善させる。この際、使用するレーザーとしては、
KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を用い、エネルギー密度150〜400m
J/cm2、好ましくは200〜250mJ/cm2で照
射を行った。こうして形成されたP型不純物(ホウ素)
領域である前記ソース領域211、およびドレイン領域
212のシート抵抗は、500〜900Ω/□であっ
た。
Thereafter, as shown in FIG. 4 (E), annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystalline silicon whose crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is used. The crystallinity of the portion of the film 203b is improved. At this time, the laser used is
KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 2
0 nsec), energy density 150 to 400 m
Irradiation was performed at J / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . P-type impurities (boron) thus formed
The sheet resistance of the source region 211 and the drain region 212, which are regions, was 500 to 900 Ω / □.

【0109】続いて、膜厚600nm程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜213として形成する。酸化ケイ素膜を
用いる場合、TEOSを原料として、これと酸素とのプ
ラズマCVD法、もしくはオゾンとの減圧CVD法ある
いは常圧CVD法によって、酸化ケイ素膜を形成すれ
ば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜213が得ら
れる。
Subsequently, a silicon oxide film with a thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 213. In the case of using a silicon oxide film, if TEOS is used as a raw material and a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method with this and oxygen, or a low pressure CVD method with ozone or a normal pressure CVD method, excellent step coverage is obtained. An interlayer insulating film 213 is obtained.

【0110】次に、層間絶縁膜213にコンタクトホー
ル216を形成して、金属材料、例えば、窒化チタンと
アルミニウムの多層膜によって、TFTのソース電極と
その配線214、およびドレイン電極とその配線215
を形成する。そして最後に、水素のプラズマ雰囲気で3
50℃、30分のアニールを行い、図4(F)に示すT
FT218を完成させる。
Next, a contact hole 216 is formed in the interlayer insulating film 213, and a source electrode and its wiring 214 of the TFT and a drain electrode and its wiring 215 are formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
To form. And finally, 3 in a hydrogen plasma atmosphere
After annealing at 50 ° C. for 30 minutes, T shown in FIG.
Complete FT218.

【0111】本TFT218を、例としてアクティブマ
トリクス型の液晶表示素子の画素電極をスイッチングす
る素子として用いる場合には、電極214または電極2
15のいずれか一方の電極をITOなど透明導電膜から
なる画素電極に接続し、いずれか他方の電極から表示用
の信号を入力する。また、本TFT218を薄膜集積回
路に用いる場合には、ゲート電極208上にもコンタク
トホールを形成し、このコンタクトホールを介して、ゲ
ート電極208と接続される必要とする配線を施せばよ
い。
When the TFT 218 is used as an element for switching a pixel electrode of an active matrix type liquid crystal display element, for example, the electrode 214 or the electrode 2 is used.
One of the electrodes 15 is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO, and a display signal is input from the other electrode. Further, when the TFT 218 is used in a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed also on the gate electrode 208, and wiring required to be connected to the gate electrode 208 may be provided through the contact hole.

【0112】以上の実施例にしたがって作製したP型T
FTは、電界効果移動度60〜80cm2/Vs、閾値
電圧−5〜−8Vという良好な特性を示した。
P-type T produced according to the above-mentioned embodiment
The FT exhibited good characteristics such as a field effect mobility of 60 to 80 cm 2 / Vs and a threshold voltage of -5 to -8V.

【0113】〔実施例3〕本発明を用いた実施例3の半
導体装置およびその製造方法について説明する。
[Embodiment 3] A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0114】図5は、本実施例の概要を示し、横方向結
晶成長領域を利用したTFTを基板上面から見た場合の
平面図であり、ソース領域311、ドレイン領域31
2、およびチャネル領域310を備え、作製されるTF
Tと触媒元素添加領域300、横方向結晶成長領域30
3bとの位置関係を示す図である。
FIG. 5 is a plan view showing the outline of the present embodiment and is a plan view of a TFT utilizing a lateral crystal growth region as seen from the upper surface of the substrate. The source region 311 and the drain region 31 are shown in FIG.
2 and a TF made with a channel region 310
T, catalytic element addition region 300, lateral crystal growth region 30
It is a figure which shows the positional relationship with 3b.

【0115】実施例1、実施例2と同様の工程によっ
て、ガラス基板上に下地膜、a−Si膜303を成膜す
る。次に、a−Si膜303の結晶化を助長する触媒元
素の注入用のマスク304として、膜厚10nm〜20
0nmの範囲で、例えば50nmの膜厚で酸化ケイ素膜
を成膜する。この酸化ケイ素膜をパターニングし領域3
00の部分をエッチングすることで、a−Si膜303
に触媒元素を選択添加するためのスルーホールである領
域300を形成する。このとき、領域300において、
後に形成するTFTの活性領域と向い合う辺の長さ、即
ち、図5に示されている略矩形状の領域300の長軸方
向の長さである距離cを、120μm以上となるように
する。
A base film and an a-Si film 303 are formed on the glass substrate by the same steps as those in the first and second embodiments. Next, as a mask 304 for injecting a catalytic element that promotes crystallization of the a-Si film 303, a film thickness of 10 nm to 20 nm
A silicon oxide film is formed with a film thickness of 50 nm in the range of 0 nm. This silicon oxide film is patterned to form a region 3
By etching the portion 00, the a-Si film 303
A region 300, which is a through hole for selectively adding the catalytic element, is formed. At this time, in the area 300,
The length of the side facing the active region of the TFT to be formed later, that is, the distance c that is the length in the major axis direction of the substantially rectangular region 300 shown in FIG. 5 is set to 120 μm or more. .

【0116】その後、このマスク304によって、スリ
ット状にa−Si膜303が露呈している領域300
に、ニッケルなどの結晶化を助長する元素の微量添加
を、前記実施例1および実施例2と同様に行う。そし
て、このa−Si膜303を、不活性雰囲気下にて、加
熱温度550℃で16時間程度アニールすることで結晶
化させる。ここで、前記領域300内のa−Si膜30
3に於いて、a−Si膜303のガラス基板面に垂直方
向である膜厚方向に結晶成長した縦成長結晶性ケイ素膜
303aが形成され、領域300の周辺部では、領域3
00から、ガラス基板と平行な方向である横方向に結晶
成長した横成長結晶性ケイ素膜303bが形成される。
横成長結晶性ケイ素膜303bの矢印306方向の成長
距離Lは80μm程度である。
Thereafter, the mask 304 is used to form a region 300 in which the a-Si film 303 is exposed in a slit shape.
Then, a small amount of an element such as nickel that promotes crystallization is added in the same manner as in the first and second embodiments. Then, the a-Si film 303 is annealed at a heating temperature of 550 ° C. for about 16 hours in an inert atmosphere to be crystallized. Here, the a-Si film 30 in the region 300 is formed.
3, a vertically grown crystalline silicon film 303a formed by crystal growth in a film thickness direction which is a direction perpendicular to the glass substrate surface of the a-Si film 303 is formed.
00, a laterally grown crystalline silicon film 303b is formed by crystal growth in the lateral direction parallel to the glass substrate.
The growth distance L of the laterally grown crystalline silicon film 303b in the direction of arrow 306 is about 80 μm.

【0117】上記のような触媒元素を添加するための領
域300が、基板上に複数存在している場合には、どの
領域300に基づく横成長性ケイ素膜303bにおいて
も、安定した一定の横方向結晶成長距離Lが得られる。
その後、マスク304を除去し、横成長結晶性ケイ素膜
303bの不要な部分を除去して素子間分離を行う。
When a plurality of regions 300 for adding a catalytic element as described above are present on the substrate, the lateral growth silicon film 303b based on any of the regions 300 has a stable constant lateral direction. The crystal growth distance L is obtained.
After that, the mask 304 is removed, and unnecessary portions of the laterally grown crystalline silicon film 303b are removed to perform element isolation.

【0118】以上の工程によって、後にTFTのソース
領域311、ドレイン領域312およびチャネル領域3
10からなる活性領域となる島状の結晶性ケイ素膜30
3が成され、以後、実施例1、実施例2と同様の工程を
経て目的とするTFT313が完成する。
Through the above steps, the source region 311, the drain region 312 and the channel region 3 of the TFT will be described later.
Island-like crystalline silicon film 30 serving as an active region
3, and thereafter, the target TFT 313 is completed through the same steps as those in the first and second embodiments.

【0119】〔実施例4〕本発明を用いた実施例4の半
導体装置およびその製造方法について説明する。
[Embodiment 4] A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to Embodiment 4 of the present invention will be described.

【0120】図6は、本実施例の概要を示し、横方向結
晶成長領域を利用したTFTを基板上面から見た場合の
平面図であり、ソース領域411、ドレイン領域41
2、およびチャネル領域410を含む作製されるTFT
と、触媒元素を添加する領域400と、横方向結晶成長
領域403bとの位置関係を示す図である。
FIG. 6 is a plan view showing the outline of the present embodiment, and is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region as seen from the upper surface of the substrate. The source region 411 and the drain region 41 are shown in FIG.
2, and the TFT manufactured including the channel region 410
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a region 400 to which a catalyst element is added and a lateral crystal growth region 403b.

【0121】実施例1、実施例2と同様の工程によっ
て、ガラス基板上に下地膜、a−Si膜403を成膜す
る。次に、a−Si膜403の結晶化を助長する触媒元
素を添加するためのマスク404として、触媒元素を添
加するための領域400をスルーホールとして有する膜
厚10nm〜200nm、例えば20nmの酸化ケイ素
膜を成膜する。この酸化ケイ素膜をパターニングし、領
域400の部分をエッチングすることで、a−Si膜4
03に触媒元素を選択添加するための領域400を形成
する。このとき、図6において、触媒元素を添加する領
域400のX方向に沿う幅dが5μm以上となるように
する。
A base film and an a-Si film 403 are formed on the glass substrate by the same steps as those in the first and second embodiments. Next, as a mask 404 for adding a catalytic element that promotes crystallization of the a-Si film 403, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm to 200 nm, for example, 20 nm, which has a region 400 for adding the catalytic element as a through hole. Form a film. By patterning this silicon oxide film and etching the region 400, the a-Si film 4 is formed.
A region 400 for selectively adding a catalytic element is formed in 03. At this time, in FIG. 6, the width d along the X direction of the region 400 to which the catalyst element is added is set to be 5 μm or more.

【0122】その後、このマスク404によってスリッ
ト状にa−Si膜403が露呈している領域400に、
ニッケルなどの結晶化を助長する元素の微量添加を行
う。そして、これを不活性雰囲気下にて、加熱温度55
0℃で16時間程度アニールすることで結晶化させる。
領域400内では、a−Si膜のガラス基板の表面に垂
直な方向である膜厚方向に沿って結晶成長した縦成長結
晶性ケイ素膜403aが形成され、領域400の周辺部
では領域400から、ガラス基板と平行な方向である横
方向に沿って結晶成長した横成長結晶性ケイ素膜403
b(以下、前記縦成長結晶性ケイ素膜403aと横成長
結晶性ケイ素膜403bとを総称して符号403で示す
場合がある)が形成される。横成長結晶性ケイ素膜40
3bの矢印406方向の成長距離Lは80μm程度であ
る。上記のような触媒元素を添加する領域400が基板
上に複数存在している場合には、どの領域400に基づ
く横成長性ケイ素膜403bにおいても、安定した一定
の横方向結晶成長距離Lが得られる。その後、マスク4
04を除去し、横成長結晶性ケイ素膜403bの不要な
部分を除去して素子間分離を行う。
Thereafter, the mask 404 is applied to the region 400 where the a-Si film 403 is exposed in a slit shape,
A small amount of an element such as nickel that promotes crystallization is added. Then, this is heated under an inert atmosphere at a heating temperature of 55.
Crystallize by annealing at 0 ° C. for about 16 hours.
In the region 400, a vertically grown crystalline silicon film 403a is formed by crystal growth along the film thickness direction that is a direction perpendicular to the surface of the glass substrate of the a-Si film, and in the peripheral portion of the region 400, from the region 400, A laterally grown crystalline silicon film 403 which is crystal-grown along a lateral direction which is a direction parallel to the glass substrate.
b (hereinafter, the vertically grown crystalline silicon film 403a and the laterally grown crystalline silicon film 403b may be collectively referred to as reference numeral 403) are formed. Laterally grown crystalline silicon film 40
The growth distance L of 3b in the direction of arrow 406 is about 80 μm. When there are a plurality of regions 400 to which the catalytic element is added as described above on the substrate, a stable constant lateral crystal growth distance L can be obtained in any lateral growth silicon film 403b. To be Then mask 4
04 is removed, an unnecessary portion of the laterally grown crystalline silicon film 403b is removed, and element isolation is performed.

【0123】以上の工程によって、後にソース領域41
1、ドレイン領域412およびチャネル領域410を有
するTFT413の活性領域となる島状の結晶性ケイ素
膜403が形成され、以後、実施例1、実施例2と同様
の工程を経て目的とするTFT413を作製する。
Through the above steps, the source region 41 is formed later.
1, the island-shaped crystalline silicon film 403 which becomes the active region of the TFT 413 having the drain region 412 and the channel region 410 is formed. Thereafter, the target TFT 413 is manufactured through the same steps as those in the first and second embodiments. To do.

【0124】〔実施例5〕本発明の半導体装置およびそ
の製造方法を用いた実施例5について説明する。本実施
例では、ガラス基板上に複数のTFTを作製する際の工
程において、本発明を利用した場合についての説明を行
う。本実施例の半導体装置はアクティブマトリクス型の
液晶表示装置のドライバー回路や画素部分は勿論、薄膜
集積回路にも利用できるが、ここでは液晶表示装置にお
けるアクティブマトリクス部の画素スイッチングTFT
に応用した場合について説明する。
[Fifth Embodiment] A fifth embodiment of the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described. In this embodiment, a case where the present invention is used in a process of manufacturing a plurality of TFTs on a glass substrate will be described. The semiconductor device of this embodiment can be used not only in a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also in a thin film integrated circuit. Here, a pixel switching TFT of an active matrix portion in the liquid crystal display device is used.
The case of application to is explained.

【0125】図7は、本実施例で説明する液晶表示装置
のアクティブマトリクス表示部の作製工程の概要を示
し、横方向結晶成長領域を利用したTFTを基板上面か
ら見た場合の平面図である。本実施例に於いて、図7
(A)から図7(E)の順に従って作製工程が順次進行
する。実際には、液晶表示装置のアクティブマトリクス
表示部は、数万個以上のTFTを含んで構成されるもの
である。本実施例では、本発明の趣旨を簡潔に説明する
ために、3×3のアクティブマトリクス表示部を用いて
説明する。
FIG. 7 shows an outline of the manufacturing process of the active matrix display portion of the liquid crystal display device described in this embodiment, and is a plan view of the TFT utilizing the lateral crystal growth region as seen from the upper surface of the substrate. . In this embodiment, FIG.
The manufacturing process sequentially proceeds from (A) to FIG. 7 (E). Actually, the active matrix display portion of the liquid crystal display device is configured to include tens of thousands of TFTs or more. In this embodiment, a 3 × 3 active matrix display portion is used for the purpose of briefly explaining the gist of the present invention.

【0126】まず、ガラス基板上に酸化ケイ素からなる
下地膜を形成し、膜厚50nm程度のa−Si膜を形成
し、a−Si膜503を成膜する。その後、a−Si膜
503の結晶化を助長する触媒元素を選択添加するため
のマスク504を設け、線状にa−Si膜503が露呈
されるように、触媒元素を選択添加するためのスルーホ
ールである領域500を形成する。
First, a base film made of silicon oxide is formed on a glass substrate, an a-Si film having a film thickness of about 50 nm is formed, and an a-Si film 503 is formed. After that, a mask 504 for selectively adding a catalytic element that promotes crystallization of the a-Si film 503 is provided, and a through hole for selectively adding the catalytic element is formed so that the a-Si film 503 is exposed linearly. A region 500 that is a hole is formed.

【0127】上記マスク504を形成した後、蒸着法に
よって膜厚1nmのニッケル膜を成膜する。そして、こ
のガラス基板を不活性雰囲気下、例えば550℃で16
時間程度アニールして、前記a−Si膜503を結晶化
させる。この際、図7(A)において、ニッケル微量添
加が行われる領域500においては、ガラス基板表面に
対して垂直方向にa−Si膜503の結晶化が起こり、
結晶性ケイ素膜503aが形成される。そして、領域5
00の周辺領域では、矢印506で示すように、領域5
00から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行わ
れ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜503bが形成
される。それ以外のa−Si膜503の領域は、そのま
まa−Si膜503として残る。その後、マスク504
を除去して、図7(A)の状態を得る。
After forming the mask 504, a nickel film having a film thickness of 1 nm is formed by a vapor deposition method. Then, this glass substrate is placed in an inert atmosphere, for example, at 550 ° C. for 16 hours.
Anneal for about time to crystallize the a-Si film 503. At this time, in FIG. 7A, in the region 500 where a small amount of nickel is added, crystallization of the a-Si film 503 occurs in the direction perpendicular to the glass substrate surface,
A crystalline silicon film 503a is formed. And area 5
In the peripheral area of 00, as shown by arrow 506, area 5
Crystal growth is carried out in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from 00 to form a crystalline silicon film 503b which is laterally crystal grown. The other regions of the a-Si film 503 remain as the a-Si film 503. Then the mask 504
Are removed to obtain the state of FIG.

【0128】次に、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜
503bの不要な部分を除去して素子間分離を行う。こ
の際、図7(B)に示すように、一つのニッケル添加領
域500から横方向結晶成長した横方向結晶性ケイ素膜
503bで、複数(本実施例では3個)の前記各実施例
で説明した活性領域503cを形成する。このとき、図
7(B)において、前記各実施例で説明した距離aが1
20μm以内、距離bが30μm以上、幅dが5μm以
上となるような位置に活性領域503cを形成すると、
前記各実施例で説明したように、更に、良好な効果を達
成することができる。この活性領域503cは、後に、
TFTのソース領域、チャネル領域、およびドレイン領
域となる領域である。図7(B)はa−Si膜503の
パターニング時にレジストパターンを形成した状態に相
当する。この後、横方向結晶性ケイ素膜503bの不要
な部分をエッチングして、図7(C)の状態を得る。
Next, an unnecessary portion of the crystalline silicon film 503b which has undergone lateral crystal growth is removed to perform element isolation. At this time, as shown in FIG. 7B, a plurality of (three in this embodiment) lateral crystal silicon films 503b formed by lateral crystal growth from one nickel-added region 500 are described in each of the embodiments. The active region 503c is formed. At this time, in FIG. 7B, the distance a described in each of the embodiments is 1
If the active region 503c is formed at a position within 20 μm, the distance b is 30 μm or more, and the width d is 5 μm or more,
As described in each of the above-described embodiments, further favorable effects can be achieved. This active region 503c will be
It is a region that becomes a source region, a channel region, and a drain region of the TFT. FIG. 7B corresponds to a state in which a resist pattern is formed at the time of patterning the a-Si film 503. Then, unnecessary portions of the lateral crystalline silicon film 503b are etched to obtain the state shown in FIG. 7C.

【0129】次に、上記の結晶性ケイ素膜503bの活
性領域503cを覆うように、膜厚120nm程度の酸
化ケイ素膜をゲート絶縁膜として成膜し、引き続いて、
膜厚500nm程度のアルミニウム膜を成膜する。そし
て、アルミニウム膜をパターニングして、図7(D)に
示すように、ゲート電極・配線508を形成する。この
後、イオンドーピング法によって、ゲート電極508を
マスクとして活性領域503cに不純物(リンまたはホ
ウ素)を注入する。この工程によって、不純物が注入さ
れた領域511a、512aは、後にTFT513のソ
ース領域511、ドレイン領域512となり、ゲート電
極508にマスクされ不純物が注入されない領域510
aは、後にTFT513のチャネル領域510となる。
Next, a silicon oxide film having a film thickness of about 120 nm is formed as a gate insulating film so as to cover the active region 503c of the crystalline silicon film 503b, and subsequently,
An aluminum film having a film thickness of about 500 nm is formed. Then, the aluminum film is patterned to form a gate electrode / wiring 508 as shown in FIG. After that, impurities (phosphorus or boron) are implanted into the active region 503c by ion doping using the gate electrode 508 as a mask. Through this step, the regions 511a and 512a into which the impurities are implanted become the source region 511 and the drain region 512 of the TFT 513 later, and the regions 510 masked by the gate electrode 508 and into which the impurities are not implanted.
The a will later become the channel region 510 of the TFT 513.

【0130】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行い、イオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、上記の不純物導入工程で結晶性が劣化した活性領域
503cを構成する結晶性ケイ素膜の結晶性を改善させ
る。
After that, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity of the crystalline silicon film constituting the active region 503c whose crystallinity is deteriorated in the above-described impurity introduction step is formed. Improve.

【0131】続いて、膜厚600nm程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜として形成する。続いて、図7(E)に
示すように、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し
て、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの多
層膜によってTFT513のソース電極とそれに連なる
配線514、およびドレイン電極515を形成する。そ
の後、電極515をITOなど透明導電膜からなる画素
電極516に接続し、水素雰囲気で350℃、30分の
アニールを行い、図7(E)に示すTFT513を完成
させる。
Then, a silicon oxide film with a film thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film. Subsequently, as shown in FIG. 7E, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and a source electrode of the TFT 513, a wiring 514 connected to the source electrode, and a drain electrode are formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. 515 is formed. After that, the electrode 515 is connected to the pixel electrode 516 formed of a transparent conductive film such as ITO and annealed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere to complete the TFT 513 shown in FIG.

【0132】本実施例で作製したアクティブマトリクス
基板では、1つの領域500から成長した横成長結晶性
ケイ素膜503bで、それぞれ3個のTFT513を作
製するため、これらの3つのTFT513は、相互に同
一の動作特性を有することになる。
In the active matrix substrate manufactured in this example, since three TFTs 513 are manufactured by the laterally grown crystalline silicon film 503b grown from one region 500, these three TFTs 513 are the same as each other. Will have the following operating characteristics.

【0133】従来、結晶性ケイ素膜をチャネル領域に用
いたTFTを用いて、3×3のアクティブマトリクス基
板を作製した場合、各TFTを構成する結晶性ケイ素膜
の結晶性の違いにより、9個のTFT間で動作特性がば
らついていた。これに対し、本実施例では、3個のTF
T513を含むグループ間にばらつきが生じる程度に、
発生する可能性があるばらつきの密度を低減でき、該ば
らつきが発生した場合に必要な補償処理が容易になる。
実際のm×n個のTFTを有するアクティブマトリクス
基板では、m×n個TFT間の動作特性のばらつきを、
m個のTFTグループ間の動作特性のばらつきにその密
度を低減できる。これにより、例として、アクティブマ
トリクス基板に於ける、製造工程の簡略化を図ることが
できる。また、本実施例では、線状の領域500から成
長した横成長結晶性ケイ素膜503bの、領域500の
幅方向の一方側の横成長結晶性ケイ素膜503bを利用
してTFT513を作製したが、領域500の幅方向両
側の横成長結晶性ケイ素膜503bを利用してTFT5
13を作製することで、さらにTFT513間の特性の
ばらつきが半減できる。
Conventionally, when a 3 × 3 active matrix substrate is manufactured by using a TFT using a crystalline silicon film in a channel region, nine TFTs are formed due to the difference in crystallinity of the crystalline silicon film forming each TFT. The operating characteristics varied among the TFTs. On the other hand, in this embodiment, three TFs are used.
To the extent that variations occur between groups that include T513,
The density of variations that may occur can be reduced, and the compensation process required when the variations occur is facilitated.
In an actual active matrix substrate having m × n TFTs, variations in operating characteristics between m × n TFTs are
The density can be reduced due to variations in operating characteristics among the m TFT groups. As a result, for example, the manufacturing process of the active matrix substrate can be simplified. In addition, in this embodiment, the TFT 513 is manufactured by using the laterally grown crystalline silicon film 503b on one side in the width direction of the region 500 of the laterally grown crystalline silicon film 503b grown from the linear region 500. The TFT 5 is formed by utilizing the laterally grown crystalline silicon film 503b on both sides of the region 500 in the width direction.
By manufacturing 13, the variation in characteristics between the TFTs 513 can be further reduced by half.

【0134】〔実施例6〕本発明を用いた実施例6につ
いて説明する。本実施例では、ガラス基板上にN型TF
Tと型PTFTとを相補型に構成したCMOS構造の回
路の作製工程において、本発明を利用した場合について
の説明を行う。本実施例では、触媒元素を添加するため
の1つの領域から横方向結晶成長した横方向成長結晶性
ケイ素膜に関して、該1つの領域の幅方向両側の横成長
結晶性ケイ素膜で、それぞれN型TFT、およびP型T
FTを構成する場合について説明する。
[Sixth Embodiment] A sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, N-type TF is formed on the glass substrate.
A case where the present invention is used in a process of manufacturing a circuit having a CMOS structure in which T and a type PTFT are configured in a complementary type will be described. In this example, regarding the laterally grown crystalline silicon film laterally grown from one region for adding a catalytic element, the laterally grown crystalline silicon films on both sides in the width direction of the one region are N-type. TFT and P-type T
A case of configuring the FT will be described.

【0135】図8は、本実施例で説明するTFTの作製
工程の概要を示す平面図である。図9は、図8の切断面
線C−C’で切った断面図である。図9(A)から図9
(E)の順に従って製造工程が順次進行する。
FIG. 8 is a plan view showing the outline of the manufacturing process of the TFT described in this embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the section line CC ′ of FIG. 8. 9 (A) to 9
The manufacturing process sequentially proceeds in the order of (E).

【0136】まず、図9(A)に示すように、ガラス基
板601上に、例えばスパッタリング法によって膜厚1
00nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜602を形成
する。次に減圧CVD法によって、膜厚25〜100n
m範囲内で、例えば膜厚50nmの真性(I型)の非晶
質ケイ素膜(a−Si膜)603を成膜する。
First, as shown in FIG. 9A, a film having a thickness of 1 is formed on a glass substrate 601 by, for example, a sputtering method.
A base film 602 made of silicon oxide having a thickness of about 00 nm is formed. Next, by a low pressure CVD method, a film thickness of 25 to 100 n
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 603 having a film thickness of 50 nm is formed within the range of m.

【0137】次に、膜厚50nm程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等によって形成されたマスク604を
設ける。このマスク604を選択的に除去し、触媒元素
を添加するための注入口となる領域600を形成する。
従って、領域600を通して線状にa−Si膜603が
露呈する。即ち、図9(A)の状態を上面から見ると、
図8のように触媒元素を注入するための領域600を通
して、a−Si膜603が露呈しており、a−Si膜6
03の他の部分はマスクされている状態となっている。
このとき、図8において、領域600の長軸方向の長さ
cが120μm以上、幅dが5μm以上となるように、
領域600を形成する。これにより、後の工程で十分な
横方向結晶成長距離Lが得られる。
Next, a mask 604 formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film having a film thickness of about 50 nm is provided. The mask 604 is selectively removed to form a region 600 which serves as an injection port for adding a catalytic element.
Therefore, the a-Si film 603 is exposed linearly through the region 600. That is, when the state of FIG. 9 (A) is viewed from above,
As shown in FIG. 8, the a-Si film 603 is exposed through the region 600 for injecting the catalytic element, and the a-Si film 6 is exposed.
The other portions of 03 are masked.
At this time, in FIG. 8, the length c in the major axis direction of the region 600 is 120 μm or more, and the width d is 5 μm or more.
A region 600 is formed. As a result, a sufficient lateral crystal growth distance L can be obtained in the subsequent process.

【0138】上記マスク604を形成した後、例えば酢
酸ニッケルあるいは硝酸ニッケル等のニッケル塩の水溶
液をガラス基板601全面に塗布し、その後、スピンナ
ーにて均一膜厚で乾燥させる。この際の前記水溶液中の
ニッケル濃度は50〜200ppmが適当で、好ましく
は100ppmである。領域600の部分では、析出し
たNiイオンがa−Si膜603と接触しており、領域
600に対応するa−Si膜603の部分に対するニッ
ケル微量添加が選択的に行われたことになる。そして、
これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲気下に於い
て、550℃で16時間アニールして、a−Si膜60
3を結晶化させる。
After forming the mask 604, an aqueous solution of nickel salt such as nickel acetate or nickel nitrate is applied to the entire surface of the glass substrate 601, and then dried by a spinner to a uniform film thickness. At this time, the nickel concentration in the aqueous solution is appropriately 50 to 200 ppm, preferably 100 ppm. In the region 600, the deposited Ni ions are in contact with the a-Si film 603, which means that the trace amount of nickel was selectively added to the region of the a-Si film 603 corresponding to the region 600. And
This is annealed at 550 ° C. for 16 hours in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere to form an a-Si film 60.
Crystallize 3.

【0139】この際、図9(B)に示されるように、ニ
ッケルの微量添加が行われた領域600においては、基
板601に対して垂直方向にa−Si膜603の結晶化
が起こり、結晶性ケイ素膜603aが形成される。そし
て、領域600の周辺領域では、図9(B)において、
矢印606で示すように、領域600からガラス基板と
平行な方向である横方向に結晶成長が行われ、横方向結
晶成長したケイ素膜603bが形成される。それ以外の
a−Si膜603の領域は、そのままa−Si膜として
残る。引き続いて、マスク604を除去し、レーザー光
を照射することで結晶性ケイ素膜603bの結晶性を助
長する。このときのレーザー光としては、XeClエキ
シマレーザー(波長308nm、パルス幅40nse
c)を用いた。レーザー光の照射条件は、照射時にガラ
ス基板を200〜450℃、例えば400℃に加熱し、
エネルギー密度200〜400mJ/cm2の範囲内、
例えば300mJ/cm2のエネルギー密度で照射し
た。
At this time, as shown in FIG. 9B, in the region 600 in which a small amount of nickel has been added, the a-Si film 603 is crystallized in the direction perpendicular to the substrate 601, and crystallized. Silicon film 603a is formed. Then, in the peripheral area of the area 600, in FIG.
As indicated by an arrow 606, crystal growth is performed from the region 600 in a horizontal direction which is a direction parallel to the glass substrate, and a laterally crystal-grown silicon film 603b is formed. The other regions of the a-Si film 603 remain as the a-Si film. Subsequently, the mask 604 is removed and laser light is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 603b. As the laser light at this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nse
c) was used. The irradiation condition of the laser light is that the glass substrate is heated to 200 to 450 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation,
Within an energy density range of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, the irradiation was performed with an energy density of 300 mJ / cm 2 .

【0140】その後、図9(C)に示すように、後にT
FTのドレイン領域、チャネル領域、およびドレイン領
域をそれぞれ含む各活性領域603n、603pとなる
結晶性ケイ素膜603bを残し、それ以外の領域をエッ
チング除去して素子間分離を行う。このとき、図8にお
いて、距離aが120μm以下、距離bが30μm以上
となるように活性化領域603n、603pとなる前記
結晶性ケイ素膜603bをそれぞれ形成することで、結
晶成長方向が一次元的に揃った高品質な横成長結晶性ケ
イ素膜603bでTFTのチャネル領域を形成すること
ができる。
After that, as shown in FIG.
The crystalline silicon film 603b to be the active regions 603n and 603p including the drain region, the channel region, and the drain region of the FT is left, and the other regions are removed by etching to perform element isolation. At this time, in FIG. 8, by forming the crystalline silicon films 603b to be the activated regions 603n and 603p so that the distance a is 120 μm or less and the distance b is 30 μm or more, the crystal growth direction is one-dimensional. The channel region of the TFT can be formed by the high quality laterally grown crystalline silicon film 603b.

【0141】上記の活性領域603n、603pとなる
各結晶性ケイ素膜603bを覆うように、膜厚100n
mの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜607として成膜す
る。本実施例では、ゲート絶縁膜607の成膜方法とし
てTEOSを原料とし、酸素とともに基板温度350℃
で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。
A film thickness of 100 n is formed so as to cover the respective crystalline silicon films 603b to be the active regions 603n and 603p.
A silicon oxide film of m is formed as the gate insulating film 607. In this embodiment, TEOS is used as a material for forming the gate insulating film 607, and the substrate temperature is 350 ° C. together with oxygen.
Then, it was decomposed and deposited by the RF plasma CVD method.

【0142】引き続いて、図9(D)に示すように、ス
パッタリング法によって膜厚400〜800nmの範囲
内、例えば600nmの膜厚でアルミニウム(0.1〜
2%のシリコンを含む)を成膜し、該アルミニウム膜を
パターニングして、ゲート電極608、609を形成す
る。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, the aluminum (0.1 to 0.1 nm) is formed by the sputtering method to a film thickness of 400 to 800 nm, for example, 600 nm.
Then, the aluminum film is patterned to form gate electrodes 608 and 609.

【0143】次に、イオンドーピング法によって、各活
性領域603bにゲート電極608、609をマスクと
して、不純物(リン、およびホウ素)を注入する。ドー
ピングガスとして、フォスフィン(PH3)およびジボ
ラン(B26)を用い、前者の場合は、加速電圧を60
〜90kVの範囲内、例えば80kV、後者の場合は、
40kV〜80kVの範囲内、例えば65kVとし、ド
ーズ量は1×1015〜8×1015cm-2の範囲内に選
び、例えばリンを2×1015cm-2、ホウ素を5×10
15cm-2のドーズ量とする。
Next, impurities (phosphorus and boron) are implanted into each active region 603b by ion doping using the gate electrodes 608 and 609 as masks. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) were used as the doping gas, and the acceleration voltage was 60 in the former case.
In the range of ~ 90kV, for example 80kV, in the case of the latter,
In the range of 40 kV to 80 kV, for example, 65 kV, and the dose amount is selected in the range of 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm −2 and boron is 5 × 10 5.
The dose amount is 15 cm -2 .

【0144】この工程によって、ゲート電極608、6
09にマスクされ不純物が注入されない領域は、後に各
TFT620、621のチャネル領域610、611と
なる。ドーピングに際しては、ドーピングが不要な領域
をフォトレジストで覆うことによって、それぞれの元素
を選択的にドーピングする。この結果、N型の不純物領
域612、613、P型の不純物領域614、615が
形成され、図9(D)に示すように、Nチャネル型TF
T(以下、NTFT)620とPチャネル型TFT(以
下、PTFT)621とを形成することができる。
By this step, the gate electrodes 608, 6
Regions masked by 09 and into which impurities are not implanted will later become channel regions 610 and 611 of the TFTs 620 and 621, respectively. At the time of doping, each element is selectively doped by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 612 and 613 and P-type impurity regions 614 and 615 are formed, and as shown in FIG.
A T (hereinafter, NTFT) 620 and a P-channel TFT (hereinafter, PTFT) 621 can be formed.

【0145】その後、図9(D)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行う。レーザー光としては、KrFエキ
シマレーザー(波長248nm、パルス幅20nse
c)を用い、レーザー光の照射条件としては、エネルギ
ー密度250mJ/cm2で一か所につき2ショット照
射した。
After that, as shown in FIG. 9D, annealing is performed by irradiation with laser light to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nse
Using c), the irradiation conditions of the laser beam were such that the energy density was 250 mJ / cm 2 and two shots were irradiated at one location.

【0146】続いて、図9(E)に示すように、膜厚6
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜616としてプラ
ズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホール
622、623、624、625を形成して、金属材
料、例えば、窒化チタンとアルミニウムとの多層膜によ
って、TFT620、621の電極および配線617、
618、619を形成する。そして最後に、水素のプラ
ズマ雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、TF
T620、621を完成させる。
Subsequently, as shown in FIG. 9E, the film thickness 6
A silicon oxide film having a thickness of 00 nm is formed as an interlayer insulating film 616 by a plasma CVD method, contact holes 622, 623, 624, and 625 are formed in the film, and a TFT 620 is formed using a metal material such as a multilayer film of titanium nitride and aluminum. , 621 electrodes and wires 617,
618 and 619 are formed. Finally, annealing is performed in a hydrogen plasma atmosphere at 350 ° C. for 30 minutes to remove TF.
Complete T620 and 621.

【0147】以上の実施例に従って作製されたCMOS
構造を有する半導体回路において、それぞれのTFT6
20、621のキャリアの電界効果移動度は、NTFT
620で140〜170cm2/Vs、PTFT621
で100〜130cm2/Vsと高く、閾値電圧はNT
FT620で1.5〜2V、PTFT621で−2〜−
3Vと非常に良好な特性を示す。
CMOS manufactured according to the above embodiments
In the semiconductor circuit having the structure, each TFT 6
The field effect mobility of carriers of 20, 621 is NTFT.
620 140-170 cm 2 / Vs, PTFT621
Is as high as 100 to 130 cm 2 / Vs, and the threshold voltage is NT
FT620 1.5-2V, PTFT621 -2--
It shows a very good characteristic of 3V.

【0148】以上、本発明に基づく実施例6例につき具
体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
Although the sixth embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. is there.

【0149】例えば、前述の6例の実施例においては、
ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面に
ニッケル塩水溶液を塗布、あるいはケイ化ニッケル薄
膜、ニッケル薄膜(極めて薄いので、膜として観察する
ことは困難である)を形成することによって、選択的に
ニッケルの微量添加を行い、この部分から非晶質ケイ素
膜の結晶成長を行わせる方法を採用した。しかし、非晶
質ケイ素膜成膜前に、例として、図2の下地膜102表
面に選択的にニッケル微量添加を行う方法でもよい。即
ち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよ
いし、下面側から行ってもよい。また、ニッケルの添加
方法としてはイオンドーピング法を用いて、ニッケルイ
オンを非晶質ケイ素膜に選択的に注入する方法を採用し
てもよい。この場合は、ニッケル元素の濃度を制御する
ことができるという特徴を併せて有する。また、ニッケ
ルの薄膜を成膜する代わりにNi電極を用いてプラズマ
処理によって、ニッケルの微量添加を行ってもよい。さ
らに、非晶質ケイ素の結晶化を助長する不純物金属元素
としては、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アルミニウム、リ
ン、ヒ素、アンチモンを用いても同様の効果が得られ
る。
For example, in the above-mentioned six examples,
As a method for introducing nickel, a nickel salt aqueous solution is applied to the surface of the amorphous silicon film, or a nickel silicide thin film or a nickel thin film (which is extremely thin and therefore difficult to observe as a film) is selected. A method was adopted in which a small amount of nickel was added, and the amorphous silicon film was grown from this portion. However, before forming the amorphous silicon film, for example, a method of selectively adding a small amount of nickel to the surface of the base film 102 in FIG. 2 may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film. Further, as a method of adding nickel, a method of selectively implanting nickel ions into the amorphous silicon film by using an ion doping method may be adopted. In this case, it also has a feature that the concentration of nickel element can be controlled. Further, instead of forming a nickel thin film, a small amount of nickel may be added by plasma treatment using a Ni electrode. Further, as an impurity metal element that promotes crystallization of amorphous silicon, cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold, indium, tin, aluminum, phosphorus, arsenic, and antimony may be used in addition to nickel. The effect is obtained.

【0150】また、前記各実施例では、結晶性ケイ素膜
の結晶性を助長する手段として、パルスレーザーである
エキシマレーザー照射による加熱法を用いたが、それ以
外のレーザー(例えば連続発振Arレーザーなど)でも
同様の処理が可能である。また、レーザー光の代わりに
赤外光、フラッシュランプを使用して短時間に900〜
1200℃まで上昇させ試料を加熱する、いわゆるRT
A(ラピッド・サーマル・アニール)(RTP、ラピッ
ド・サーマル・プロセスともいう)などのいわゆるレー
ザー光と同等の高照度の光を用いてもよい。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the heating method by excimer laser irradiation which is a pulse laser is used as a means for promoting the crystallinity of the crystalline silicon film, but other lasers (for example, continuous wave Ar laser, etc.) are used. ), The same processing is possible. Also, instead of laser light, infrared light or flash lamp can be used for 900 ~
So-called RT that heats the sample by raising it to 1200 ° C
Light with high illuminance equivalent to so-called laser light such as A (rapid thermal annealing) (RTP, also called rapid thermal process) may be used.

【0151】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系EL(エレクトロルミネッセンス素子)等を
発光素子としたドライバー内蔵型の書き込み素子や表示
素子、三次元IC(集積回路)等が可能である。本発明
を用いることで、これらの素子の高速、高解像度化等の
高性能化が実現される。さらに本発明は、上述の実施例
で説明したMOS型トランジスタに限らず、結晶性半導
体を素子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導ト
ランジスタをはじめとして幅広く半導体プロセス全般に
応用することができる。
Further, as an application of the present invention, in addition to the active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a driver built-in thermal head, an organic EL (electroluminescence element), etc. are used as light emitting elements. It is possible to use a driver-embedded writing element, display element, three-dimensional IC (integrated circuit), or the like. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements can be realized. Furthermore, the present invention is not limited to the MOS type transistors described in the above embodiments, but can be widely applied to a wide variety of semiconductor processes including bipolar transistors and static induction transistors using crystalline semiconductors as element materials.

【0152】[0152]

【発明の効果】本発明を用いることによって、基板と平
行に結晶成長させた結晶性ケイ素膜を利用して薄膜トラ
ンジスタを構成する半導体装置およびその製造方法にお
いて、その製造工程が簡便となり、大面積基板にわたっ
て均一で安定した特性の高性能薄膜トランジスタを有す
る半導体装置が得られる。特に液晶表示装置において
は、アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッ
チングTFTの特性の均一化、周辺駆動回路部を構成す
るTFTに要求される高性能化を同時に満足し、同一基
板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部を構成
するドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板
が実現でき、モジュールのコンパクト化、高性能化、低
コスト化がはかれる。
Industrial Applicability By using the present invention, in a semiconductor device and a method for manufacturing the same in which a thin film transistor is formed by using a crystalline silicon film that has been crystal-grown parallel to the substrate, the manufacturing process is simplified, and a large area substrate is obtained. A semiconductor device having a high-performance thin film transistor having uniform and stable characteristics over the entire area can be obtained. Particularly in a liquid crystal display device, the characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate and the high performance required for the TFTs forming the peripheral drive circuit section are simultaneously satisfied, and the active matrix section is formed on the same substrate. A driver monolithic active matrix substrate that constitutes a peripheral drive circuit section can be realized, and the module can be made compact, high performance, and low cost.

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

【図1】本発明の実施例1に於いて横方向結晶成長領域
を利用したTFTを基板上面から見た場合の平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region according to a first embodiment of the present invention when viewed from the top surface of a substrate.

【図2】第1の実施例の作製工程を示す図1の切断面線
A−A’で切った断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1 showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図3】第2の実施例に於いて横方向結晶成長領域を利
用したTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a TFT utilizing a lateral crystal growth region in a second embodiment as seen from the top surface of a substrate.

【図4】第2の実施例の作製工程を示す図3の切断面線
B−B’で切った断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 3 showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図5】第3の実施例に於いて横方向結晶成長領域を利
用したTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region in a third embodiment as seen from the top surface of a substrate.

【図6】第4の実施例に於いて横方向結晶成長領域を利
用したTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region in a fourth embodiment as seen from the top surface of a substrate.

【図7】第5の実施例に於いて横方向結晶成長領域を利
用したTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region in a fifth embodiment as seen from the top surface of a substrate.

【図8】第6の実施例に於いて横方向結晶成長領域を利
用したTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a TFT utilizing a lateral crystal growth region in a sixth embodiment as seen from the top surface of a substrate.

【図9】図8の切断面線C−C’で切った断面図であ
る。
9 is a cross-sectional view taken along the section line CC ′ of FIG.

【図10】本発明に基づく横方向結晶成長領域を利用し
たTFTを基板上面から見た場合の平面図である。
FIG. 10 is a plan view of a TFT using a lateral crystal growth region according to the present invention when viewed from the top surface of a substrate.

【図11】本発明に於いてアニール時間に対する横方向
結晶成長距離Lのアニール時間依存性を表すグラフであ
る。
FIG. 11 is a graph showing the annealing time dependence of the lateral crystal growth distance L with respect to the annealing time in the present invention.

【図12】本発明に於いて針状結晶1本における分岐あ
るいは曲がりの数に対する横方向結晶成長距離Lのグラ
フである。
FIG. 12 is a graph of lateral crystal growth distance L against the number of branches or bends in one needle crystal in the present invention.

【図13】本発明に於いて距離bの横方向結晶成長距離
Lを表したグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a lateral crystal growth distance L at a distance b in the present invention.

【図14】本発明に於いて長さcに対するX方向の横方
向結晶成長距離Lを表したグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the lateral crystal growth distance L in the X direction with respect to the length c in the present invention.

【図15】本発明に於いて幅dに対するX方向の横方向
結晶成長距離Lを表したグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the lateral crystal growth distance L in the X direction with respect to the width d in the present invention.

【図16】本発明の基礎となる構成に於いて横方向結晶
成長領域を利用したTFTを基板上面から見た場合の平
面図である。
FIG. 16 is a plan view of a TFT that uses a lateral crystal growth region in the configuration that is the basis of the present invention, as seen from the top surface of a substrate.

【図17】本発明の基礎となる構成に於いて横方向結晶
成長の不均一性を説明する平面図である。
FIG. 17 is a plan view for explaining the non-uniformity of lateral crystal growth in the structure which is the basis of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、200、300、400、500、600 ニ
ッケル微量添加領域 101、201、601 ガラス基板 102、202、602 下地膜 104、204、304、404、504、604 マ
スク 106、206、306、406、506、606 結
晶成長方向 107、207、607 ゲート絶縁膜 108、208、508、608、609 ゲート電極 109 陽極酸化層 110、210、310、410、510、610、6
11、702 チャネル領域 111、211、311、411、511 ソース領域 112、212、312、412、512 ドレイン領
域 113、213、616 層間絶縁物 114、115、214、215、515、617、6
19 電極
100, 200, 300, 400, 500, 600 Nickel trace addition region 101, 201, 601 Glass substrate 102, 202, 602 Underlayer film 104, 204, 304, 404, 504, 604 Mask 106, 206, 306, 406, 506 , 606 Crystal growth direction 107, 207, 607 Gate insulating film 108, 208, 508, 608, 609 Gate electrode 109 Anodized layer 110, 210, 310, 410, 510, 610, 6
11, 702 Channel regions 111, 211, 311, 411, 511 Source regions 112, 212, 312, 412, 512 Drain regions 113, 213, 616 Interlayer insulators 114, 115, 214, 215, 515, 617, 6
19 electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−99314(JP,A) 特開 平7−74366(JP,A) 特開 平7−66425(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 H01L 29/786 H01L 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-99314 (JP, A) JP-A-7-74366 (JP, A) JP-A-7-66425 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/20 H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 結晶性を有するケイ素膜を利用してチャ
ネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体
装置であって、 前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する触媒元素を選択的に線状に導入し、予め
定めるアニール温度による加熱処理により、前記触媒元
素が選択的に導入された線状領域の周辺部において、基
板表面に平行であって前記線状領域の短軸方向である横
方向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜により形成された
ものであって、前記チャネル領域は、前記横方向の結晶成長距離が一定
となる領域を利用して構成されていることを特徴とする
半導体装置。
1. A semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, wherein the channel region is an amorphous silicon film and a crystal of the silicon film. By selectively introducing a catalytic element that promotes chemical conversion into a linear shape and performing a heat treatment at a predetermined annealing temperature, in a peripheral portion of the linear area where the catalytic element is selectively introduced, the element is parallel to the substrate surface. The lateral direction which is the minor axis direction of the linear region
Direction , the channel region has a constant crystal growth distance in the lateral direction.
A semiconductor device , characterized in that it is configured by utilizing a region that becomes
【請求項2】 結晶性を有するケイ素膜を利用してチャ
ネル領域が絶縁表面を有する基板上に構成された半導体
装置であって、 前記チャネル領域は、非晶質ケイ素膜に該ケイ素膜の結
晶化を助長する触媒元素を選択的に線状に導入し、予め
定めるアニール温度による加熱処理により、前記触媒元
素が選択的に導入された線状領域の周辺部において、基
板表面に平行であって前記線状領域から該線状領域の短
軸方向である横方向に結晶成長させた結晶性ケイ素膜に
より形成されたものであって、前記チャネル領域が、前記線状領域の端部から該線状領
域の長軸方向に、前記横方向の結晶成長距離が一定にな
っている領域までの距離(b)以上になるように配置さ
れていることを特徴とする 半導体装置。
2. A semiconductor device in which a channel region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, the channel region being an amorphous silicon film and a crystal of the silicon film. By selectively introducing a catalytic element that promotes chemical conversion into a linear shape and performing a heat treatment at a predetermined annealing temperature, in a peripheral portion of the linear area where the catalytic element is selectively introduced, the element is parallel to the substrate surface. From the linear region to the shortness of the linear region
It is formed by a crystalline silicon film which is crystallized in a lateral direction which is an axial direction, and the channel region has a linear region extending from an end of the linear region.
The lateral crystal growth distance becomes constant along the long axis of the region.
Placed so that it is at least the distance (b) to the area
A semiconductor device characterized in that
【請求項3】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
と、該工程の前または後において、結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入する工程と、加熱によって
前記非晶質ケイ素膜を結晶化させ、前記触媒元素が選択
的に導入された線状領域の周辺部において、基板表面に
対し概略平行な方向であって前記線状領域から該線状領
域の短軸方向である横方向に結晶成長を行わせる工程
と、前記基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長を
行わせた領域の結晶性ケイ素膜で薄膜トランジスタを形
成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を、前記横方向の
結晶成長距離が一定となる領域に形成することを特徴と
する 半導体装置の製造方法。
3. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a step of selectively introducing linearly a catalyst element that promotes crystallization before or after the step, and a step of heating the non-crystalline silicon film. The crystalline silicon film is crystallized, and in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced, a direction substantially parallel to the substrate surface and extending from the linear region to the linear region.
And a step of forming a thin film transistor of a crystalline silicon film and the step of laterally perform crystal growth is minor axis direction, said to perform the crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface region of the band In a method of manufacturing a semiconductor device, a channel region of the thin film transistor is formed in the lateral direction.
The feature is that it is formed in a region where the crystal growth distance is constant.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程
と、該工程の前または後において、結晶化を助長する触
媒元素を選択的に線状に導入する工程と、加熱によって
前記非晶質ケイ素膜を結晶化させ、前記触媒元素が選択
的に導入された線状領域の周辺部において、基板表面に
対し概略平行な方向であって前記線状領域から該線状領
域の短軸方向である横方向に結晶成長を行わせる工程
と、前記基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長を
行わせた領域の結晶性ケイ素膜で薄膜トランジスタを形
成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記チャネル領域を、前記線状領域の端部から該線状領
域の長軸方向に、前記横方向の結晶成長距離が一定にな
っている領域までの距離(b)以上になるように配置す
ることを特徴とする 半導体装置の製造方法。
4. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a step of selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization into a linear shape before or after the step, and a step of heating the non-crystalline silicon film. The crystalline silicon film is crystallized, and in the peripheral portion of the linear region into which the catalytic element is selectively introduced, a direction substantially parallel to the substrate surface and extending from the linear region to the linear region.
A step of causing crystal growth in a lateral direction which is a short axis direction of the region, and a step of forming a thin film transistor with a crystalline silicon film in a region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface. In the method of manufacturing a semiconductor device, the channel region is formed from the end of the linear region to the linear region.
The lateral crystal growth distance becomes constant along the long axis of the region.
The distance (b) to the area
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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