JP4144907B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、結晶性を有する薄膜半導体を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に薄膜トランジスタの作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラスや石英基板上に形成された薄膜半導体を用いたトランジスタ(薄膜トランジスタやTFTと称される)が注目されている。これは、ガラス基板や石英基板の表面に数百〜数千Åの厚さを有する薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いてトランジスタ(絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ)を形成する技術である。
【0003】
薄膜トランジスタの応用範囲としては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画素のそれぞれにスイッチング素子として薄膜トランジスタを配置し、微細で高速度の表示を行わすものである。
【0004】
このようなアクティブマトリクス型の液晶表示装置に利用される薄膜トランジスタとしては、非晶質珪素(アモルファスシリコン)薄膜を用いたものが実用化されている。
【0005】
しかしながら、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタは、その特性が低いという問題がある。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の表示機能としてより高い機能を求めようとする場合、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性が低すぎる。
【0006】
また、画素のスイッチングのみではなく、周辺駆動回路をも薄膜トランジスタで構成することで、一枚の基板の上に集積化した一体型の液晶表示システムを構成することが提案されているが、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、その動作速度の低さから周辺駆動回路を構成することができない。特に非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、Pチャネル型を実用化することが困難であるので(特性が低過ぎ実用にならない)CMOS回路が構成できないという基本的な問題がある。
【0007】
さらに、画像データ等を処理または記憶するための集積回路等をも画素領域や周辺駆動回路と同一の基板上に集積化する技術も提案されているが、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性の低さから画像データを処理できるような集積回路を構成することができない。
【0008】
一方、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタを大きく上回る特性を有する薄膜トランジスタとして、結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が知られている。この技術は、非晶質珪素膜の形成後に加熱処理やレーザー光の照射を行うことにより、非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成する技術を利用したものである。非晶質珪素膜を結晶化させることによって得られる結晶性珪素膜は、一般に多結晶構造あるいは微結晶構造を有している。
【0009】
結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成した場合、非晶質珪素膜を用いた場合に比較して、はるかに高い特性を得ることができる。例えば、薄膜トランジスタの特性を評価する一つの指標である移動度で見た場合、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは移動度が1〜2cm2 /Vs以下(Nチャネル型の場合)であるが、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、Nチャネル型で100cm2 /Vs程度以上、Pチャネル型で50cm2 /Vs程度以上のものを得ることができる。
【0010】
しかしながら、非晶質珪素膜を結晶化することによって得られた結晶性珪素膜は、多結晶構造を有しており、結晶粒界に起因する数々の問題があった。例えば、結晶粒界を経由して移動してしまうキャリアが存在するために、薄膜トランジスタの耐圧が大きく制限されてしまうという問題である。また、高速動作を行わす場合に特性の変化や劣化が起こりやすいという問題がある。また、結晶粒界を経由して移動してしまうキャリアが存在するために、薄膜トランジスタがOFF時におけるオフ電流(漏れ電流)が多くなってしまうという問題がある。
【0011】
またアクティブマトリクス型の液晶表示装置をより集積化した形で構成しようとする場合、画素領域のみでなく、周辺回路をも1枚のガラス基板上に形成してしまうことが望まれる。このような場合、マトリクス状に数十万個配置された画素トランジスタを駆動するために、周辺回路に配置された薄膜トランジスタには大電流を扱えることが要求される。
【0012】
大電流を取り扱うことのできる薄膜トランジスタを得るには、チャネル幅を大きくした構造を採用する必要がある。しかしながら、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、そのチャネル幅を広くしても耐圧の問題から実用にならないという問題があった。またしきい値の変動等が大きく、実用的ではないという問題がある。
【0013】
また画像データを処理するための集積回路を結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタで構成しようとしても、しきい値の変動や特性の経時変化の問題から、実用的な集積回路(従来のICの代わりに用いることができるような)を得ることができなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、結晶粒界の影響を受けない薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、耐圧が高く大電流を扱うことのできる薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、特性の劣化や変動の無い薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
また、本明細書で開示する発明の他の目的は、単結晶半導体を用いた場合と同様な特性を有する薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する主要な発明は、
絶縁表面を有する基板上に第1の非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記第1の非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、
加熱処理を加え前記第1の非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
該工程において結晶化された珪素膜をパターニングし結晶成長核となる層を形成する工程と、
前記結晶成長核となる層を覆って第2の非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記結晶成長核となる層から結晶成長を行わせ前記第2の非晶質珪素膜中に実質的に結晶粒界の存在しない領域を形成する工程と、
前記結晶成長が行われた実質的に結晶粒界が含まれない領域を用いて活性層を構成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0016】
上記構成において、絶縁表面を有する基板としては、ガラス基板、石英基板、絶縁膜が形成さたガラス基板、絶縁膜が形成された石英基板、絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁膜が形成された導体基板を挙げることができる。
【0017】
上記構成における「第1の非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程」の具体的な例としては、図1(A)に示す工程を挙げることができる。図1(A)においては、絶縁膜(酸化珪素膜)102が形成されたガラス基板101上に形成された非晶質珪素膜103の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含有した溶液(酢酸ニッケル塩溶液)104を塗布した状態が示されている。
【0018】
図1(A)に示すのは、溶液を用いて、非晶質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを接して保持させた例であるが、非晶質珪素膜の表面にスパッタ法やCVD法、さらには蒸着法を用いてニッケルの層またはニッケルを含有する層を形成する方法を採用するのでもよい。
【0019】
上記構成において、「結晶化された珪素膜をパターニングし結晶成長核となる層を形成する工程」としては、図1(C)に示す工程を挙げることができる。
【0020】
上記構成において、「前記結晶成長核となる層を覆って第2の非晶質珪素膜を形成する工程」としては、図1(D)に示す工程を挙げることができる。
【0021】
上記構成において、「結晶成長核となる層から結晶成長を行わせ前記第2の非晶質珪素膜中に実質的に結晶粒界の存在しない領域を形成する工程」としては、図1(E)、図1(F)に示す工程を挙げることができる。
【0022】
本明細書で開示する発明においては、珪素を結晶化するための金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類の元素が用いる。
【0023】
結晶成長を行わした結果得られる実質的に結晶粒界の存在しない領域は、モノドメイン領域と称することができる。このモノメイン領域には、珪素の結晶化を助長する金属元素であるFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類の元素が1×1014cm-3〜1×1019cm-3の濃度で含まれていることが重要である。
【0024】
またモノドメイン領域は、結晶粒界となる点欠陥や面欠陥は有していないが、中和されるべき点欠陥を有している。従って、点欠陥を中和するための水素またはハロゲン水素が0.001原子%〜5原子%の濃度で含まれている。
【0025】
またこのモドメイン領域には、珪素の結晶化を助長する金属元素が1×1014〜1×1019原子cm-3の濃度で含まれている。これらの濃度は、SIMS(2次イオン分析方法)によって得られるデータに基づく最小値として定義される。
【0026】
なお、SIMSによって、金属元素の濃度を1×1016原子cm-3以下の濃度で計測することは、現状では困難である。しかし、当該金属元素を導入する際に利用する溶液中での当該金属元素の濃度から概算することが可能である。即ち、溶液中の金属元素の濃度と、SIMSで計測される最終的に珪素膜中に残留する金属元素濃度との関係より、SIMSで計測されない濃度を概算することができる。
【0027】
結晶化助長用の金属元素を用いて固相結晶化を行うに当たり、金属元素を導入する方法として、大別して2つの方法がある。
【0028】
その一つは、金属元素を、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等の「物理的形成」を用いて、極薄い膜として非晶質珪素膜の表面(または非晶質珪素膜の下地膜の表面に)に成膜する方法である。これらの方法は、非晶質珪素膜に接して、当該金属元素の膜を形成することによって、非晶質珪素膜中に当該金属元素を導入するものである。
【0029】
この方法を用いた場合、膜中に導入される当該金属元素の濃度を精密に制御することが困難であるという問題がある。
【0030】
また、導入量を制限するために、その膜厚を数十Å程度以下の極薄い薄膜として形成する場合、完全な膜状として形成することが困難となる問題がある。
【0031】
このような場合、金属元素の膜が島状に被形成面上に形成されることとなる。すなわち、不均質層(discontinuous layer)が形成されることとなる。この問題を解決するには、例えば分子エピタキシー法(MBE法)等を用いることにより、解決することができる。しかし、それは限られた面積において実現されるに過ぎないのが現状である。
【0032】
上記のような不均一層からを形成した後に結晶化を行わした場合、この不均一層を形成する島状の領域のそれぞれが、結晶化の核(nuclious) となり結晶化が進行する。
【0033】
このような状況からの結晶化が進行した結晶性珪素膜を注意深く観察すると、非晶質成分が非常に多く残ってしまう。このことは、光学顕微鏡や電子顕微鏡写真での観察、さらにはラマン分光法による計測によって確認することができる。また、金属成分が部分的に凝集して存在してしまっていることも確認されている。これは、結晶の核となった金属成分が核の領域にそのまま残ってしまうためであると考えられる。
【0034】
この金属成分が部分的に凝集して存在している領域は、結晶化した半導体領域中では、電子およびホールの再結合中心として働く。このような再結合中心は、例えば薄膜トランジスタのリーク電流の増加という、極めて悪質な特性の要因となる。
【0035】
一方、珪素の結晶化を助長する金属元素を含む溶液を用いる方法がある。この方法は、溶液中に当該金属元素を含ませ、その溶液を非晶質珪素膜の表面や非晶質珪素膜が形成される下地膜の表面にスピンコート法等により、塗布するのである。
【0036】
このような溶液としては、用いる金属元素によって、幾つかの種類のものを用いることができる。代表的には、溶液の形態を有する金属化合物を用いることができる。以下に、この溶液を用いる方法に利用できる金属化合物の例を示す。
【0037】
(1)金属元素としてNiを利用する場合
ニッケル化合物として、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、ニッケルアセチルアセトネート、4−シクロへキシル酪酸ニッケル、2−エチルヘキサン酸ニッケルから選ばれた、少なくとも1種類を用いることができる。
また、Niを、無極性溶媒である、ベンゼン、トルエンキシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテル、トリクロロエチレン、フロンから選ばれた少なくとも1つと、混合してもよい。
【0038】
(2)触媒元素としてFe(鉄)を用いる場合
鉄塩として知られている材料、例えば臭化第1鉄(FeBr2 6H2 O)、臭化第2鉄(FeBr3 6H2 O)、酢酸第2鉄(Fe(C232)3xH2 O)、塩化第1鉄(FeCl2 4H2 O)、塩化第2鉄(FeCl3 6H2 O)、フッ化第2鉄(FeF3 3H2 O)、硝酸第2鉄(Fe(NO3)3 9H2 O)、リン酸第1鉄(Fe3 (PO4)2 8H2 O)、リン酸第2鉄(FePO4 2H2 O)から選ばれたものを用いることができる。
【0039】
(3)触媒元素としてCo(コバルト)を用いる場合
その化合物としてコバルト塩として知られている材料、例えば臭化コバルト(CoBr6H2 O)、酢酸コバルト(Co(C232)2 4H2 O)、塩化コバルト(CoCl2 6H2 O)、フッ化コバルト(CoF2 xH2 O)、硝酸コバルト(Co(No3)2 6H2 O)から選ばれたものを用いることができる。
【0040】
(4)触媒元素としてRu(ルテニウム)を用いる場合
その化合物としてルテニウム塩として知られている材料、例えば塩化ルテニウム(RuCl32 O)を用いることができる。
【0041】
(5)触媒元素してRh(ロジウム)を用いる場合
その化合物としてロジウム塩として知られている材料、例えば塩化ロジウム(RhCl3 3H2 O)を用いることができる。
【0042】
(6)触媒元素としてPd(パラジウム)を用いる場合
その化合物としてパラジウム塩として知られている材料、例えば塩化パラジウム(PdCl2 2H2 O)を用いることができる。
【0043】
(7)触媒元素としてOs(オスニウム)を用いる場合
その化合物としてオスニウム塩として知られている材料、例えば塩化オスニウム(OsCl3 )を用いることができる。
【0044】
(8)触媒元素としてIr(イリジウム)を用いる場合
その化合物としてイリジウム塩として知られている材料、例えば三塩化イリジウム(IrCl3 3H2 O)、四塩化イリジウム(IrCl4 )から選ばれた材料を用いることができる。
【0045】
(9)触媒元素としてPt(白金)を用いる場合
その化合物として白金塩として知られている材料、例えば塩化第二白金(PtCl4 5H2 O)を用いることができる。
【0046】
(10)触媒元素としてCu(銅)を用いる場合
その化合物として酢酸第二銅(Cu(CH3 COO)2 )、塩化第二銅(CuCl2 2H2 O)、硝酸第二銅(Cu(NO3)2 3H2 O)から選ばれた材料を用いることができる。
【0047】
(11)触媒元素として金を用いる場合
その化合物として三塩化金(AuCl3 xH2 O)、塩化金塩(AuHCl4 4H2 O)、テトラクロロ金ナトリウム(AuNaCl4 2H2 O)から選ばれた材料を用いることができる。
【0048】
これらは、溶液中では十分にそれぞれを単分子に分散させることができる。この溶液を、触媒が添加される被形成面上に滴下し、50〜500回転/分(RPM)の回転速度で回転させてスピンコートすると、この溶液を被形成面全体に広げることができる。
【0049】
この時、シリコン半導体の被形成表面との均一な濡れ性を助長させるため、シリコン半導体表面に5〜100Åの厚さの酸化珪素膜を形成しておくと、液体の表面張力によって、溶液が被形成面上に斑状に点在してしまうことを十分に防ぐことができる。
【0050】
また、液体に界面活性剤を添加すると、酸化珪素膜のないシリコン半導体上でも均一な濡れのよい状態を呈することができる。
【0051】
この溶液を用いた方法は、被形成面上に当該金属元素を含んだ有機金属化合物膜を形成する方法ということができる。
【0052】
珪素の結晶化を助長する金属元素を酸化膜を通じて半導体中へ原子状に拡散させることができる。そして、結晶核(粒状)を積極的に作らずに拡散させ、全体を均一に結晶化をさせることができる。この結果、部分的に金属元素が集中したり、非晶質成分が多く残存したりすることのないものとすることができる。
【0053】
また、有機金属化合物を均一にコートし、それに対し、オゾン(酸素中での紫外線(UV)の照射による)処理をしてもよい。この場合、金属の酸化膜が形成され、この金属酸化膜から結晶化が進行することなる。かくすると、有機物は酸化して、炭酸ガスとして気化除去できるため、さらに均一な固相成長をさせることができる。
【0054】
また、溶液をスピンコートする際に、低速回転のみでスピンコートをすると、その表面に存在する溶液中の金属成分は、固相成長にとって必要以上の量が半導体膜上に供給されやすい。このため、この低速回転の後、1000〜10000回転/分、代表的には2000〜5000回転/分で基板を回転させる。すると、過剰な有機金属はすべて基板表面の外に吹き飛ばされ、適性な量の金属成分を供給することができる。
【0055】
導入される金属成分の量を制御するには、溶液中の金属元素の濃度を制御すればよい。この方法は、最終的に珪素膜中に導入される当該金属元素の濃度を正確に制御できるので、非常に有用である。
【0056】
このような溶液を用いて当該金属元素を導入する方法は、半導体表面(またはその下地膜の表面)上に結晶化のための金属粒子による島状の領域を作らずに、均一な層(continuous layer) を形成させることができる。
【0057】
そして、加熱やレーザー光の照射による結晶化工程において、一様で緻密な結晶成長を行うことができる。
【0058】
ここでは、溶液を用いる例を示したが、溶液を用いる場合と同様な効果を得ることができる方法として、金属化合物、特に有機金属化合物の気体をCVD法で被形成面上に形成する方法もある。
【0059】
このような溶液を用いた方法は、化学的な形成方法であるといえる。また、前述のスパッタ法等による形成方法は、物理的形成方法であるといえる。そして、物理的形成方法が、金属核を用いた不均一な「非等方結晶成長方法」ということができるが、化学的形成方法は、均一な金属触媒を用いた「等方性成長」の均一な結晶成長ということができる。
【0060】
【実施例】
〔実施例1〕
本実施例は、絶縁表面を有する基板上に珪素の結晶成長を助長する金属元素の作用によって結晶化された珪素膜よりなる結晶核を選択的に形成し、しかる後に非晶質珪素膜を形成し、さらにレーザー光の照射により結晶成長を行わすことにより、選択的にモノドメイン領域を形成する技術に関する。
【0061】
図1に本実施例の作製工程を示す。まずガラス基板101上に下地膜102として酸化珪素膜を3000Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。この下地膜102は、ガラス基板101側からアルカリイオンや不純物が拡散しないようするするためのバリア層として機能する。この下地膜としては、絶縁膜であって、バリア効果のある材料であれば用いることができる。例えば窒化珪素膜を用いることができる。
【0062】
下地膜102を形成したら、非晶質珪素膜103をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって、200Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜は、後に結晶核を構成するのに用いられるものである。この非晶質珪素膜103は、50Å〜500Åの厚さに成膜すればよい。
【0063】
次に珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含有した溶液104をスピナー100を用いて塗布(スピンコート)する。ニッケル元素の導入量(添加量)は、溶液104中のニッケル濃度を制御することで調整することができる。ここでは、ニッケルを含有した溶液103として、ニッケル酢酸塩溶液を用いる。このようにして、非晶質珪素膜103の表面全体にニッケルが導入された状態、言い換えるならば、非晶質珪素103の表面全体に接してニッケルが存在している状態を実現する。(図1(A))
【0064】
ここでは、ニッケルの導入方法として、溶液を用いる方法を示したが、スパッタ法やCVD法または蒸着法によって、非晶質珪素膜103の表面にニッケルの層またはニッケルを含有した層を形成するのでもよい。
【0065】
次に450℃〜600℃、ここでは550℃の温度で4時間の加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜103を結晶化させて結晶性珪素膜105を得る。この結晶性珪素膜105は、多結晶または微結晶状態を有している。(図1(B))
【0066】
次に結晶性珪素膜105をパターニングすることにより、後の工程で結晶核となる106と107の層を形成する。(図1(C))
【0067】
次に非晶質珪素膜108をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって500Åの厚さに成膜する。この非晶質珪素膜は後に半導体装置(例えば薄膜トランジスタ)の活性層を構成することになる。(図1(D))
【0068】
次に試料を450℃〜600℃(この温度の上限は基板の耐熱温度によって決まる)の温度に加熱した状態でレーザー光の照射を行う。この工程において、結晶成長の核となる部分106、107から結晶成長が109、110に示されるように行われる。(図1(E))
【0069】
こうして、図1(F)に示されるような単結晶とみなせるモノドメイン領域111、113を得る。図1(F)において、112で示されるのは、非晶質領域として残存した領域である。
【0070】
〔実施例2〕
本実施例は、実施例1に示したモノドメイン領域の形成方法を応用して、Nチャネル型とPチャネル型の一対の薄膜トランジスタを形成する例に関する。本実施例では、一対の薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する例を示すが、同様な作製方法により、複数の薄膜トランジスタを形成することが可能である。
【0071】
まず、下地膜302として酸化珪素膜が3000Åの厚さに成膜されたガラス基板301上に実施例1に示した方法により、モノドメイン領域303と305を有する状態を得る。(図2(A))
【0072】
次にパターニングを施すことにより、2つの薄膜トランジスタの活性層306と307とを形成する。図において、306で示される活性層がNチャネル型を有する薄膜トランジスタの活性層であり、307で示される活性層がPチャネル型を有する薄膜トランジスタの活性層である。(図2(B))
【0073】
ここでは、活性層の全体はモノドメイン領域内に形成されるようにするが、少なくともチャネル形成領域がモノドメイン領域内に形成されるようにする必要がある。
【0074】
次にスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする層を6000Åの厚さに成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極309と310とを形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極309と310とを陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層311と312とを形成する。酸化物層311と312の厚さは2000Å程度の厚さとする。この酸化物層311と3112の厚さで後の不純物イオンの注入工程において、オフセット領域を形成することができる。
【0075】
さらに不純物イオンの注入を行う。この工程は、まず右側の薄膜トランジスタの領域をレジストでマスクして、リンイオンの注入を行いさらに左側の薄膜トランジスタの領域をマスクしてボロンイオンの注入を行う。こうしてNチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域313、チャネル形成領域315、ドレイン領域316が自己整合的に形成される。また314がオフセット領域としてやはり自己整合的に形成される。またPチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域317、チャネル形成領域319、ドレイン領域325が自己整合的に形成される。また318がオフセット領域としてやはり自己整合的に形成される。(図2(C))
【0076】
さらにレーザー光または強光の照射を行うことにより、不純物イオンの注入時における活性層の損傷のアニールと注入された不純物イオンの活性化とを行う。この工程は、試料を450℃〜600℃の温度で加熱した状態で行うことが効果的である。
【0077】
次に層間絶縁膜として酸化珪素膜320をプラズマCVD法で6000Åの厚さに形成し、コンタクトホールの形成後にアルミニウムを用いてNチャネル型薄膜トランジスタのソース電極321とドレイン電極322、Pチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極323とドレイン電極324とを形成する。さらに350℃の水素雰囲気中において、加熱処理を行うことにより、Nチャネル型の薄膜トランジスタとPチャネル型の薄膜トランジスタとを完成させる。(図2(D))
【0078】
本実施例に示した薄膜トランジスタは、各薄膜トランジスタの活性層を単結晶と見なせる領域、即ちモノドメイン領域を用いて構成してあるので、しきい値の変動や特性の経時変化といった問題がないものとすることができる。また、本実施例で示した薄膜トランジスタは、高速動作が可能であるので、各種薄膜集積回路を構成することが可能となる。
【0079】
〔実施例3〕
本実施例は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素に配置される薄膜トランジスタの構成に関する。図3に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず下地膜302が形成されたガラス基板301上に実施例1に示した方法により、モノドメイン領域303を有する珪素膜を形成する。(図3(A))
【0080】
そしてモノドメイン領域303を利用してNチャネル型の薄膜トランジスタの活性層306をパターニングによって形成する。(図3(B))
【0081】
つぎにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜308を1000Åの厚さにプラズマCVD法で形成する。さらにスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする膜を6000Åの厚さに電子ピーム蒸着法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極309を形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極309を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層311をゲイト電極309の周囲に形成する。この酸化物層311は、後の不純物イオンの注入工程において、マスクとして作用し、オフセット領域を形成するために利用される。なお、酸化物層311の厚さは2000Å程度とする。
【0082】
次に不純物イオンの注入を行う。ここでは、リンイオンの注入をイオンドーピング法で行うことで、313と316の領域にリンイオンの注入を行う。この工程で、ソース領域313とドレイン領域316とが自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域315とオフセット領域314も同時に自己整合的に形成される。(図3(C))
【0083】
さらにレーザー光または強光の照射によるアニールを行う。そして層間絶縁膜として酸化珪素膜320を6000Åの厚さに成膜する。さらに画素電極となるITO電極400を形成する。次にコンタクトホールを形成し、アルミニウムでなるソース電極321とドレイン電極322を形成する。ドレイン電極322は画素電極であるITO電極400に接続されている。(図3(D))
【0084】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、実質的に結晶粒界の存在しないモノドメイン領域を用いて活性層を構成しているので、結晶粒界が存在することに起因するOFF電流の存在を大きく低減したものとすることができる。従って、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素電極に適用する構成として最適なものの一つとなる。
【0085】
〔実施例4〕
本明細書に開示する発明を用いて、より高度なアクティブマトリクス型液晶ディスプレーシステムを構築する例を図4に示す。現状においては、一対の基板間に液晶を挟持した構成を有する液晶ディスプレーの少なくとも一方の基板上に、通常のコンピュータのメインボードに取り付けられている半導体チップ(IC)を固定することによって、小型化、軽量化、薄型化を行っている。これは、ガラス等の絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜トランジスタでは、公知のICチップに取って代わるような特性を有する集積回路を構成できないからである。
【0086】
しかしながら、本明細書で開示するような結晶粒界の影響を事実上無視できるモノドメイン領域を用いた薄膜トランジスタを用いた場合には、その高い特性と安定性とから、従来よりのICチップに匹敵する集積回路を構成することができる。
【0087】
以下、図4について説明する。基板15は液晶ディスプレーの基板でもあり、その上には薄膜トランジスタ11、画素電極12、補助容量13を具備する画素が多数形成されたアクティブマトリクス回路と、それを駆動するためのXデコーダー/ドライバー、Yデコーダー/ドライバー、XY分岐回路が薄膜トランジスタによって形成されている。
【0088】
アクティブマトリクス回路を駆動するためには、低出力インピーダンスを有するバッファー回路を周辺回路に配置する必要がある。図4に示す構成においては、このバッファー回路を本明細書で開示する発明を用いて形成されたモノドメイン領域で活性層を構成した薄膜トランジスタで構成する。こうすることによって、大電流を流すことができ、また耐圧の高い構成とすることができる。
【0089】
そして基板15上には、本明細書で開示する発明を利用して構成された薄膜トランジスタを利用した薄膜集積回路が形成されている。また薄膜集積回路で構成することが不可能な部分は従来より公知の集積回路チップを取り付けてある。勿論全ての集積回路を薄膜集積回路(ここでいう薄膜集積回路とは、基板15の表面に成膜された薄膜半導体を用いて形成されたものをいう)で構成してもよい。
【0090】
各集積回路や半導体チップは、配線パターン、ワイヤボンディング法、COG(チップ・オン・グラス)法等の手段によって、基板15上の回路に接続される。
【0091】
図4において、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換する回路である。補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーのことである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。画素の欠陥情報はパネルごとに異なるので、補正メモリーに蓄積されている情報はパネルごとに異なる。
【0092】
CPUとメモリーは通常のコンピュータのものとその機能は同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをRAMとして持っている。これらのチップはいずれもCMOS型のものである。
【0093】
以上のように、液晶ディスプレー基板にCPU、メモリーまでもが形成され、1枚の基板で簡単なパーソナルコンピュータのような電子装置を構成することは、液晶表示システムを小型化し、その応用範囲を広げるために非常に有用である。そしてそれらの集積回路の一部または全てを基板上に形成され薄膜半導体を用いた薄膜集積回路とすることは、液晶ディスプレー装置をさらに小型化させ、その応用性を高める上で非常に有用である。
【0094】
モノドメイン領域を用いて構成された薄膜トランジスタは、単結晶シリコンウエハー上に集積化されたICに匹敵する集積回路を構成することができる。従って、本実施例に示すようにシステム化された液晶ディスプレーの必要とする回路に本明細書で開示する発明を用いて作製した薄膜トランジスタを利用することができる。特に、単結晶と見なせる領域(モノドメイン領域)を用いて作製された薄膜トランジスタをアナログバッファー回路やその他必要とする回路に利用することは極めて有用である。
【0095】
〔実施例5〕
本実施例は、モノドメイン領域の形成に際して、結晶核となるニッケルシリサイドの領域を避けて薄膜トランジスタの活性層を形成することで、ニッケル元素の影響を受けにくい薄膜トランジスタを提供する例に関する。
【0096】
図5と図6に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず下地膜102が形成されたガラス基板101上に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法を用いて200Åの厚さに成膜する。そして、実施例1に示した方法により、ニッケル酢酸塩溶液104を塗布する。(図5(A))
【0097】
次に400℃、1時間の加熱処理を加えることにより、ニッケルシリサイドの層105を形成する。(図5(B))
【0098】
そしてパターニングを施すことにより、結晶核となるニッケルシリサイドの層107aを選択的に残存させる。(図5(C))
【0099】
次に非晶質珪素膜108を500Åの厚さにプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって成膜する。(図5(D))
【0100】
次に550℃の温度に加熱した状態において、レーザー光を照射し、110で示されるような結晶成長を行わす。(図5(E))
【0101】
こうして、113で示されるモノドメイン領域が形成される。(図5(F))
【0102】
そしてニッケルシリサイドの層107aが形成されていた領域を避けて、パターニングにより活性層601を形成する。(図6(A))
【0103】
この状態で、ニッケルの濃度の高いニッケルシリサイド直の領域が除去されるので、活性層中のニッケル濃度を低くすることができる。
【0104】
つぎにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜603を1000Åの厚さにプラズマCVD法で形成する。さらにスカンジウムを含有したアルミニウムを主成分とする膜を6000Åの厚さに電子ピーム蒸着法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電極604を形成する。さらに電解溶液中において、ゲイト電極604を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層605をゲイト電極604の周囲に形成する。この酸化物層605は、後の不純物イオンの注入工程において、マスクとして作用し、オフセット領域を形成するために利用される。なお、酸化物層605の厚さは2000Å程度とする。(図6(B))
【0105】
次に不純物イオンの注入を行う。ここでは、リンイオンの注入をイオンドーピング法で行うことで、606と609の領域にリンイオンの注入を行う。この工程で、ソース領域606とドレイン領域609とが自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域608とオフセット領域607も同時に自己整合的に形成される。(図6(C))
【0106】
さらにレーザー光または強光の照射によるアニールを行う。そして層間絶縁膜として酸化珪素膜610を6000Åの厚さに成膜する。次にコンタクトホールを形成し、アルミニウムでなるソース電極611とドレイン電極612を形成する。
【0107】
本実施例で示す薄膜トランジスタは、珪素の結晶化を助長する金属元素が導入された領域を避けて活性層を形成するために、薄膜トランジスタの動作が、金属元素の影響を受けにくい構成とすることができる。即ち、結晶成長の際の結晶核となる結晶化を助長する金属のシリサイド層が形成された領域を避けて、活性層を形成することで、活性層中に金属元素の濃度が高い領域が存在しない構成とすることができる。
【0108】
〔実施例6〕
本実施例に示すのは、非晶質珪素膜に対してプラズマ処理を行うことによって、非晶質珪素膜中からの脱水素化(水素の離脱)を促進させ、そのことにより、非晶質珪素膜の結晶化を促進させることを特徴とする。
【0109】
ここでは、図1(D)に工程において、水素プラズマによるプラズマ処理を非晶質珪素膜108に対して行うものである。このプラズマは、ECR条件を利用することによって、減圧状態におえる水素ガスをプラズマ化させ、この水素プラズマに非晶質珪素膜を曝すことによって行う。
【0110】
また、この水素プラズマ処理の最中において、非晶質珪素膜をその結晶化温度以下の温度で加熱することは重要である。非晶質珪素膜の結晶化温度は、非晶質珪素膜の成膜法や成膜条件によって異なるのとなる。一般的には、600℃〜650℃の範囲と見なすのが妥当である。またその下限は、400℃程度である。従って、この加熱の温度範囲は、400〜600℃とすることが好ましい。
【0111】
また、この加熱の温度の上限を決める目安として、用いるガラス基板の歪点を用いることも有用である。即ち、用いるガラス基板の歪点を上限として、可能な限りの高い温度で加熱を行うのである。この方法を採用すれば、ガラス基板の変形や縮の影響を抑制して、所定の効果を得ることができる。
【0112】
水素プラズマによる処理を行うと、非晶質珪素膜中の水素がプラズマ中の水素イオンと結合して、水素ガスとなり、結果として膜中からの水素の離脱が促進される。そして、珪素原子同士の結合が促進され、原子の配列の秩序性が高くなる状態とすることができる。この状態は、準結晶状態ともいえるもので、極めて結晶化し易い状態となる。
【0113】
このプラズマ処理を施した状態において、加熱やレーザー光の照射によるエネルギーを与えることによって、非晶質珪素膜の結晶化を行うことができる。この結晶化は、非晶質珪素膜がプラズマ処理の効果により非常に結晶化し易い状態となっているので、非常に再現性よく行うことができ、しかもその結晶性を極めて高いものとすることができる。
【0114】
【発明の効果】
絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜を珪素の結晶化を助長する金属元素の作用によって結晶化させ、この結晶化した珪素膜をパターニングすることによって後の結晶成長の際の結晶核を形成し、さらにこの結晶核を覆って非晶質珪素膜を形成し、先の結晶核を核として結晶成長を行わすことにより、モノドメイン領域を形成する。そしてこのモノドメイン領域を用いて薄膜トランジスタを構成することで、高い特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
【0115】
具体的には、安定して高速動作を行わすことができ、しきい値の変動や特性の経時変化が無く、またOFF電流が小さく、さらに大きなON電流を扱うことができる薄膜トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 モノドメイン領域を有する薄膜珪素半導体膜の作製工程を示す。
【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図4】 液晶ディスプレーの構成の概略を示す。
【図5】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図6】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【符号の説明】
100 スピナー
101、301 ガラス基板
102、302 下地膜(酸化珪素膜)
103 非晶質珪素膜
104 ニッケルを含有した溶液
105 結晶性珪素膜
106、107、107a、300 選択的に形成されたニッケルの層またはニッケル を含んだ層
108 非晶質珪素膜
111、113 モノドメイン領域
303、305 モノドメイン領域
306、307、601 活性層
308、603 ゲイト絶縁膜
111、304 非晶質領域
309、310、604 アルミニウムを主成分とするゲイト電極
311、312、605 酸化物層
313、317、611 ソース電極
315、319、608 チャネル形成領域
316、325、606 ドレイン領域
314、318、607 オフセット領域
320、610 層間絶縁膜
321、323、611 ソース電極
322、324、612 ドレイン電極
400 画素電極(ITO)電極
[0001]
[Industrial application fields]
The invention disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a thin film semiconductor having crystallinity. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a transistor (referred to as a thin film transistor or a TFT) using a thin film semiconductor formed over a glass or quartz substrate has attracted attention. This is a technique in which a thin film semiconductor having a thickness of several hundreds to several thousands Å is formed on the surface of a glass substrate or a quartz substrate, and a transistor (insulated gate type field effect transistor) is formed using the thin film semiconductor.
[0003]
As an application range of the thin film transistor, an active matrix type liquid crystal display device is known. In this method, a thin film transistor is arranged as a switching element in each of hundreds of thousands or more of pixels arranged in a matrix, and fine and high-speed display is performed.
[0004]
As a thin film transistor used for such an active matrix liquid crystal display device, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film has been put into practical use.
[0005]
However, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film has a problem that its characteristics are low. For example, when a higher function is required as a display function of an active matrix liquid crystal display device, the characteristics of a thin film transistor using an amorphous silicon film are too low.
[0006]
In addition to pixel switching, it has been proposed to form an integrated liquid crystal display system integrated on a single substrate by forming peripheral drive circuits with thin film transistors. A thin film transistor using a silicon thin film cannot constitute a peripheral drive circuit because of its low operating speed. In particular, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film has a basic problem that a CMOS circuit cannot be formed because it is difficult to put the P-channel type into practical use (the characteristics are too low to be practical).
[0007]
Further, a technique for integrating an integrated circuit for processing or storing image data on the same substrate as the pixel region and the peripheral drive circuit has been proposed, but in a thin film transistor using an amorphous silicon thin film, Therefore, an integrated circuit that can process image data cannot be constructed because of its low characteristics.
[0008]
On the other hand, as a thin film transistor having characteristics far exceeding those of a thin film transistor using an amorphous silicon thin film, a technique for forming a thin film transistor using a crystalline silicon film is known. This technique utilizes a technique of transforming an amorphous silicon film into a crystalline silicon film by performing heat treatment or laser light irradiation after the formation of the amorphous silicon film. A crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film generally has a polycrystalline structure or a microcrystalline structure.
[0009]
When a thin film transistor is formed using a crystalline silicon film, much higher characteristics can be obtained than when an amorphous silicon film is used. For example, in terms of mobility, which is one index for evaluating the characteristics of a thin film transistor, the mobility of an amorphous silicon film is 1 to 2 cm 2 / Vs or less (in the case of an N channel type). In a thin film transistor using a crystalline silicon film, an N channel type of about 100 cm 2 / Vs or more and a P channel type of about 50 cm 2 / Vs or more can be obtained.
[0010]
However, the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film has a polycrystalline structure, and has a number of problems due to crystal grain boundaries. For example, there is a problem that the breakdown voltage of the thin film transistor is greatly limited because there are carriers that move via the crystal grain boundaries. In addition, there is a problem that characteristics are easily changed or deteriorated when high-speed operation is performed. There is also a problem that off current (leakage current) increases when the thin film transistor is OFF because there are carriers that move through the crystal grain boundary.
[0011]
In addition, when an active matrix liquid crystal display device is to be configured in a more integrated form, it is desired that not only the pixel region but also a peripheral circuit be formed on a single glass substrate. In such a case, in order to drive hundreds of thousands of pixel transistors arranged in a matrix, the thin film transistors arranged in the peripheral circuit are required to handle a large current.
[0012]
In order to obtain a thin film transistor capable of handling a large current, it is necessary to adopt a structure with a large channel width. However, a thin film transistor using a crystalline silicon film has a problem that even if its channel width is widened, it cannot be put into practical use due to the problem of breakdown voltage. There is also a problem that the fluctuation of the threshold value is large and is not practical.
[0013]
Even if an integrated circuit for processing image data is configured by a thin film transistor using a crystalline silicon film, a practical integrated circuit (instead of a conventional IC) is caused by problems of variation in threshold values and changes in characteristics over time. Could not be obtained).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the invention disclosed in this specification is to provide a thin film transistor which is not affected by grain boundaries.
Another object of the invention disclosed in this specification is to provide a thin film transistor which has a high withstand voltage and can handle a large current.
Another object of the invention disclosed in this specification is to provide a thin film transistor which has no deterioration or fluctuation in characteristics.
Another object of the invention disclosed in this specification is to provide a thin film transistor having characteristics similar to those obtained when a single crystal semiconductor is used.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The main invention disclosed in this specification is:
Forming a first amorphous silicon film over a substrate having an insulating surface;
Contacting and holding a metal element that is in contact with the first amorphous silicon film and promotes crystallization of silicon;
Applying heat treatment to crystallize the first amorphous silicon film;
Patterning the silicon film crystallized in the step to form a layer serving as a crystal growth nucleus;
Forming a second amorphous silicon film covering the layer serving as the crystal growth nucleus;
Performing crystal growth from the layer serving as the crystal growth nucleus to form a region substantially free of crystal grain boundaries in the second amorphous silicon film;
Forming an active layer using a region where the crystal growth is substantially not included, and
It is characterized by having.
[0016]
In the above structure, as a substrate having an insulating surface, a glass substrate, a quartz substrate, a glass substrate with an insulating film formed thereon, a quartz substrate with an insulating film formed thereon, a semiconductor substrate with an insulating film formed thereon, or an insulating film is formed. And a conductive substrate.
[0017]
As a specific example of the “step of holding a metal element that is in contact with the first amorphous silicon film and promoting crystallization of silicon” in the above structure, the step shown in FIG. Can do. In FIG. 1A, nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon, is formed on the surface of an amorphous silicon film 103 formed over a glass substrate 101 on which an insulating film (silicon oxide film) 102 is formed. A state in which the contained solution (nickel acetate solution) 104 is applied is shown.
[0018]
FIG. 1A shows an example in which nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon, is held in contact with the surface of an amorphous silicon film using a solution. A method of forming a nickel layer or a nickel-containing layer on the surface of the film by sputtering, CVD, or vapor deposition may be employed.
[0019]
In the above structure, the “step of patterning a crystallized silicon film to form a layer serving as a crystal growth nucleus” includes the step shown in FIG.
[0020]
In the above structure, as the “step of forming the second amorphous silicon film so as to cover the layer serving as the crystal growth nucleus”, a step shown in FIG.
[0021]
In the above structure, “a step of performing crystal growth from a layer serving as a crystal growth nucleus to form a region substantially free of crystal grain boundaries in the second amorphous silicon film” is shown in FIG. ) And the step shown in FIG.
[0022]
In the invention disclosed in this specification, one or more kinds selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used as metal elements for crystallizing silicon. These elements are used.
[0023]
A region substantially free of grain boundaries obtained as a result of crystal growth can be referred to as a monodomain region. The mono-domain region, Fe, Co, Ni, Ru , Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, one or plural kinds selected from Au element is a metal element for promoting crystallization of silicon Is contained at a concentration of 1 × 10 14 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 .
[0024]
The monodomain region does not have a point defect or a plane defect that becomes a crystal grain boundary, but has a point defect to be neutralized. Therefore, hydrogen or halogen hydrogen for neutralizing point defects is contained at a concentration of 0.001 atomic% to 5 atomic%.
[0025]
Also in this mono domain region, a metal element for promoting crystallization of silicon is contained in a concentration of 1 × 10 14 ~1 × 10 19 atoms cm -3. These concentrations are defined as minimum values based on data obtained by SIMS (secondary ion analysis method).
[0026]
Note that it is difficult at present to measure the concentration of a metal element at a concentration of 1 × 10 16 atoms cm −3 or less by SIMS. However, it is possible to estimate from the concentration of the metal element in the solution used when introducing the metal element. That is, the concentration not measured by SIMS can be estimated from the relationship between the concentration of the metal element in the solution and the concentration of metal element finally remaining in the silicon film measured by SIMS.
[0027]
In performing solid-phase crystallization using a metal element for promoting crystallization, there are roughly two methods for introducing a metal element.
[0028]
One is that the surface of the amorphous silicon film (or the surface of the base film of the amorphous silicon film) is formed as a very thin film by using a “physical formation” such as sputtering or electron beam evaporation. (Ii). In these methods, the metal element is introduced into the amorphous silicon film by forming a film of the metal element in contact with the amorphous silicon film.
[0029]
When this method is used, there is a problem that it is difficult to precisely control the concentration of the metal element introduced into the film.
[0030]
In addition, in order to limit the introduction amount, when the film thickness is formed as an extremely thin film having a thickness of about several tens of millimeters or less, there is a problem that it is difficult to form a complete film.
[0031]
In such a case, the metal element film is formed in an island shape on the surface to be formed. That is, a discontinuous layer is formed. In order to solve this problem, it can be solved by using, for example, a molecular epitaxy method (MBE method) or the like. However, this is only realized in a limited area.
[0032]
When crystallization is performed after forming the heterogeneous layer as described above, each of the island-like regions forming the heterogeneous layer becomes a nucleation nucleus and the crystallization proceeds.
[0033]
When a crystalline silicon film that has been crystallized from such a situation is carefully observed, an extremely large amount of amorphous component remains. This can be confirmed by observation with an optical microscope or an electron micrograph, and further measurement by Raman spectroscopy. It has also been confirmed that the metal components are partially agglomerated. This is considered to be because the metal component that became the nucleus of the crystal remains in the nucleus region as it is.
[0034]
The region where the metal components are partially aggregated and present serves as a recombination center of electrons and holes in the crystallized semiconductor region. Such a recombination center causes a very bad characteristic such as an increase in leakage current of the thin film transistor.
[0035]
On the other hand, there is a method using a solution containing a metal element that promotes crystallization of silicon. In this method, the metal element is contained in a solution, and the solution is applied to the surface of the amorphous silicon film or the surface of the base film on which the amorphous silicon film is formed by spin coating or the like.
[0036]
As such a solution, several kinds of solutions can be used depending on the metal element to be used. Typically, a metal compound having a solution form can be used. Below, the example of the metal compound which can be utilized for the method of using this solution is shown.
[0037]
(1) When Ni is used as a metal element As a nickel compound, nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel oxide, nickel hydroxide , Nickel acetylacetonate, nickel 4-cyclohexylbutyrate and nickel 2-ethylhexanoate can be used.
Further, Ni may be mixed with at least one selected from benzene, toluene xylene, carbon tetrachloride, chloroform, ether, trichloroethylene, and chlorofluorocarbon, which are nonpolar solvents.
[0038]
(2) When Fe (iron) is used as a catalyst element Materials known as iron salts such as ferrous bromide (FeBr 2 6H 2 O), ferric bromide (FeBr 3 6H 2 O), acetic acid Ferric iron (Fe (C 2 H 3 O 2 ) 3 xH 2 O), ferrous chloride (FeCl 2 4H 2 O), ferric chloride (FeCl 3 6H 2 O), ferric fluoride (FeF) 3 3H 2 O), ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 9H 2 O), ferrous phosphate (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O), ferric phosphate (FePO 4 2H 2) Those selected from O) can be used.
[0039]
(3) In the case of using Co (cobalt) as a catalyst element, a material known as a cobalt salt as the compound, for example, cobalt bromide (CoBr6H 2 O), cobalt acetate (Co (C 2 H 3 O 2 ) 2 4H 2 O), cobalt chloride (CoCl 2 6H 2 O), cobalt fluoride (CoF 2 xH 2 O), and cobalt nitrate (Co (No 3 ) 2 6H 2 O) can be used.
[0040]
(4) When Ru (ruthenium) is used as a catalyst element, a material known as a ruthenium salt, for example, ruthenium chloride (RuCl 3 H 2 O) can be used as the compound.
[0041]
(5) When Rh (rhodium) is used as a catalytic element, a material known as a rhodium salt, for example, rhodium chloride (RhCl 3 3H 2 O) can be used as the compound.
[0042]
(6) When Pd (palladium) is used as the catalyst element, a material known as a palladium salt, for example, palladium chloride (PdCl 2 2H 2 O) can be used as the compound.
[0043]
(7) When Os (osnium) is used as a catalyst element, a material known as an osnium salt, for example, osmium chloride (OsCl 3 ) can be used as the compound.
[0044]
(8) When using Ir (iridium) as a catalyst element, a material known as an iridium salt as the compound, for example, a material selected from iridium trichloride (IrCl 3 3H 2 O) and iridium tetrachloride (IrCl 4 ) Can be used.
[0045]
(9) When Pt (platinum) is used as a catalyst element, a material known as a platinum salt, for example, platinum chloride (PtCl 4 5H 2 O) can be used as the compound.
[0046]
(10) When Cu (copper) is used as a catalyst element, cupric acetate (Cu (CH 3 COO) 2 ), cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), cupric nitrate (Cu (NO) 3 ) Materials selected from 2 3H 2 O) can be used.
[0047]
(11) When gold is used as a catalytic element, the compound was selected from gold trichloride (AuCl 3 xH 2 O), gold chloride (AuHCl 4 4H 2 O), and sodium tetrachloroaurate (AuNaCl 4 2H 2 O). Materials can be used.
[0048]
Each of these can be sufficiently dispersed in a single molecule in a solution. This solution can be spread over the entire surface to be formed by dropping the solution onto the surface to which the catalyst is added and spin-coating it at a rotational speed of 50 to 500 revolutions per minute (RPM).
[0049]
At this time, in order to promote uniform wettability with the surface on which the silicon semiconductor is formed, if a silicon oxide film having a thickness of 5 to 100 mm is formed on the surface of the silicon semiconductor, the solution is covered by the surface tension of the liquid. It is possible to sufficiently prevent spotted spots on the forming surface.
[0050]
Further, when a surfactant is added to the liquid, a uniform wet state can be obtained even on a silicon semiconductor without a silicon oxide film.
[0051]
The solution method using the can as a method of forming a film of an organic metal compound containing the metal element onto the forming surface.
[0052]
A metal element for promoting crystallization of silicon can be diffused atomically into the semiconductor through the oxide film. Then, the crystal nuclei (granularity) can be diffused without being actively formed, and the whole can be crystallized uniformly. As a result, it is possible to prevent the metal element from being partially concentrated or a large amount of the amorphous component remaining.
[0053]
Alternatively, an organometallic compound may be uniformly coated and treated with ozone (by irradiation with ultraviolet rays (UV) in oxygen). In this case, a metal oxide film is formed, and crystallization proceeds from the metal oxide film. In this way, the organic matter is oxidized and can be vaporized and removed as carbon dioxide gas, so that more uniform solid phase growth can be achieved.
[0054]
In addition, when spin-coating a solution, if spin-coating is performed only by low-speed rotation, the metal component in the solution existing on the surface tends to be supplied onto the semiconductor film more than necessary for solid-phase growth. For this reason, after this low speed rotation, the substrate is rotated at 1000 to 10,000 rotations / minute, typically 2000 to 5000 rotations / minute. Then, all excess organic metal is blown out of the substrate surface, and an appropriate amount of metal component can be supplied.
[0055]
In order to control the amount of the metal component introduced, the concentration of the metal element in the solution may be controlled. This method is very useful because the concentration of the metal element finally introduced into the silicon film can be accurately controlled.
[0056]
The method of introducing the metal element using such a solution does not form an island-shaped region of metal particles for crystallization on the semiconductor surface (or the surface of the base film), but a uniform layer (continuous layer). layer) can be formed.
[0057]
In the crystallization process by heating or laser light irradiation, uniform and dense crystal growth can be performed.
[0058]
Here, an example in which a solution is used has been shown. However, as a method for obtaining the same effect as that in the case of using a solution, a method of forming a gas of a metal compound, particularly an organometallic compound on a surface to be formed by a CVD method is also available. is there.
[0059]
It can be said that the method using such a solution is a chemical forming method. Moreover, it can be said that the formation method by the above-mentioned sputtering method etc. is a physical formation method. The physical formation method can be called a non-uniform “anisotropic crystal growth method” using metal nuclei, but the chemical formation method can be called “isotropic growth” using a uniform metal catalyst. It can be said that the crystal growth is uniform.
[0060]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, a crystal nucleus made of a silicon film crystallized by the action of a metal element that promotes crystal growth of silicon is selectively formed on a substrate having an insulating surface, and then an amorphous silicon film is formed. Further, the present invention relates to a technique for selectively forming a monodomain region by performing crystal growth by laser irradiation.
[0061]
FIG. 1 shows a manufacturing process of this embodiment. First, a silicon oxide film is formed as a base film 102 on the glass substrate 101 to a thickness of 3000 mm by sputtering. This base film 102 functions as a barrier layer for preventing alkali ions and impurities from diffusing from the glass substrate 101 side. As the base film, any material that is an insulating film and has a barrier effect can be used. For example, a silicon nitride film can be used.
[0062]
After the base film 102 is formed, an amorphous silicon film 103 is formed to a thickness of 200 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. This amorphous silicon film is used later to form crystal nuclei. The amorphous silicon film 103 may be formed to a thickness of 50 to 500 mm.
[0063]
Next, a solution 104 containing nickel which is a metal element that promotes crystallization of silicon is applied (spin coated) using a spinner 100. The introduction amount (addition amount) of nickel element can be adjusted by controlling the nickel concentration in the solution 104. Here, a nickel acetate solution is used as the solution 103 containing nickel. In this manner, a state in which nickel is introduced into the entire surface of the amorphous silicon film 103, in other words, a state in which nickel exists in contact with the entire surface of the amorphous silicon film 103 is realized. (Fig. 1 (A))
[0064]
Here, a method using a solution is shown as a method for introducing nickel, but a nickel layer or a layer containing nickel is formed on the surface of the amorphous silicon film 103 by a sputtering method, a CVD method, or an evaporation method. But you can.
[0065]
Next, a heat treatment is performed at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C., here, 550 ° C. for 4 hours, whereby the amorphous silicon film 103 is crystallized to obtain a crystalline silicon film 105. This crystalline silicon film 105 has a polycrystalline or microcrystalline state. (Fig. 1 (B))
[0066]
Next, the crystalline silicon film 105 is patterned to form layers 106 and 107 that will become crystal nuclei in a later step. (Figure 1 (C))
[0067]
Next, an amorphous silicon film 108 is formed to a thickness of 500 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. This amorphous silicon film will later constitute an active layer of a semiconductor device (for example, a thin film transistor). (Fig. 1 (D))
[0068]
Next, laser irradiation is performed while the sample is heated to a temperature of 450 ° C. to 600 ° C. (the upper limit of this temperature is determined by the heat-resistant temperature of the substrate). In this step, crystal growth is performed as indicated by 109 and 110 from the portions 106 and 107 serving as the nucleus of crystal growth. (Figure 1 (E))
[0069]
Thus, monodomain regions 111 and 113 that can be regarded as single crystals as shown in FIG. 1F are obtained. In FIG. 1F , reference numeral 112 denotes a region remaining as an amorphous region.
[0070]
[Example 2]
This embodiment relates to an example of forming a pair of N-channel and P-channel thin film transistors by applying the method for forming a monodomain region shown in Embodiment 1. In this embodiment, an example in which a pair of thin film transistors is formed over a glass substrate is described; however, a plurality of thin film transistors can be formed by a similar manufacturing method.
[0071]
First, a state having monodomain regions 303 and 305 is obtained by the method described in Embodiment 1 on a glass substrate 301 on which a silicon oxide film having a thickness of 3000 mm is formed as the base film 302. (Fig. 2 (A))
[0072]
Next, patterning is performed to form active layers 306 and 307 of two thin film transistors. In the figure, an active layer indicated by 306 is an active layer of a thin film transistor having an N channel type, and an active layer indicated by 307 is an active layer of a thin film transistor having a P channel type. (Fig. 2 (B))
[0073]
Here, the entire active layer is formed in the monodomain region, but at least the channel formation region needs to be formed in the monodomain region.
[0074]
Next, a gate electrode 309 and 310 is formed by forming a layer mainly composed of scandium-containing aluminum to a thickness of 6000 mm and patterning. Furthermore, oxide layers 311 and 312 are formed by performing anodic oxidation in the electrolytic solution using the gate electrodes 309 and 310 as anodes. The thicknesses of the oxide layers 311 and 312 are about 2000 mm. An offset region can be formed in the later impurity ion implantation step with the thickness of the oxide layers 311 and 3112.
[0075]
Further, impurity ions are implanted. In this step, first, the right thin film transistor region is masked with a resist and phosphorus ions are implanted , and further the left thin film transistor region is masked and boron ions are implanted. Thus, the source region 313, the channel formation region 315, and the drain region 316 of the N-channel thin film transistor are formed in a self-aligned manner. 314 is also formed as an offset region in a self-aligning manner. In addition, a source region 317, a channel formation region 319, and a drain region 325 of a P-channel thin film transistor are formed in a self-aligned manner. 318 is also formed as an offset region in a self-aligning manner. (Fig. 2 (C))
[0076]
Further, by irradiating with laser light or strong light, annealing of the active layer at the time of implantation of impurity ions and activation of the implanted impurity ions are performed. This step is effective when the sample is heated at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C.
[0077]
Next, a silicon oxide film 320 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 6000 mm by a plasma CVD method, and after forming contact holes, aluminum is used to form a source electrode 321 and a drain electrode 322 of an N-channel thin film transistor, and a P-channel thin film transistor. Source electrode 323 and drain electrode 324 are formed. Further, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C., whereby an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor are completed. (Fig. 2 (D))
[0078]
Since the thin film transistor shown in this embodiment is configured using a region where the active layer of each thin film transistor can be regarded as a single crystal, that is, a monodomain region, there is no problem of variation in threshold value or change in characteristics over time. can do. Further, since the thin film transistor described in this embodiment can operate at high speed, various thin film integrated circuits can be formed.
[0079]
Example 3
This embodiment relates to a structure of a thin film transistor disposed in each pixel of an active matrix liquid crystal display device. FIG. 3 shows a manufacturing process of the thin film transistor described in this embodiment. First, a silicon film having a monodomain region 303 is formed on the glass substrate 301 on which the base film 302 is formed by the method described in Embodiment 1. (Fig. 3 (A))
[0080]
Then, an active layer 306 of an N channel type thin film transistor is formed by patterning using the monodomain region 303. (Fig. 3 (B))
[0081]
Next, a silicon oxide film 308 to be a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD. Further, a gate electrode 309 is formed by depositing a film containing aluminum containing scandium as a main component to a thickness of 6000 mm by an electron beam vapor deposition method and performing patterning. Further, an oxide layer 311 is formed around the gate electrode 309 by performing anodization in the electrolytic solution using the gate electrode 309 as an anode. This oxide layer 311 serves as a mask in a subsequent impurity ion implantation step and is used to form an offset region. Note that the thickness of the oxide layer 311 is about 2000 mm.
[0082]
Next, impurity ions are implanted. Here, phosphorus ions are implanted into regions 313 and 316 by implanting phosphorus ions by an ion doping method. In this step, the source region 313 and the drain region 316 are formed in a self-aligned manner. Further, the channel formation region 315 and the offset region 314 are simultaneously formed in a self-aligning manner. (Figure 3 (C))
[0083]
Furthermore, annealing is performed by irradiation with laser light or strong light. A silicon oxide film 320 is formed to a thickness of 6000 mm as an interlayer insulating film. Further, an ITO electrode 400 to be a pixel electrode is formed. Next, contact holes are formed, and a source electrode 321 and a drain electrode 322 made of aluminum are formed. The drain electrode 322 is connected to the ITO electrode 400 which is a pixel electrode. (Fig. 3 (D))
[0084]
In the thin film transistor shown in this example, the active layer is configured using a monodomain region that does not substantially have a crystal grain boundary, so that the presence of an OFF current due to the presence of the crystal grain boundary is greatly reduced. Can be. Therefore, this is one of the most suitable configurations applied to the pixel electrode of the active matrix liquid crystal display device.
[0085]
Example 4
FIG. 4 shows an example of constructing a more advanced active matrix type liquid crystal display system using the invention disclosed in this specification. Currently, miniaturization is achieved by fixing a semiconductor chip (IC) attached to a main board of a normal computer on at least one substrate of a liquid crystal display having a configuration in which liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates. , Lighter and thinner. This is because a thin film transistor formed over a substrate having an insulating surface such as glass cannot form an integrated circuit having characteristics that can replace a known IC chip.
[0086]
However, in the case of using a thin film transistor using a monodomain region in which the influence of crystal grain boundaries that can be virtually ignored as disclosed in the present specification is used, it is comparable to conventional IC chips because of its high characteristics and stability. An integrated circuit can be configured.
[0087]
Hereinafter, FIG. 4 will be described. The substrate 15 is also a liquid crystal display substrate, on which an active matrix circuit in which a number of pixels each including a thin film transistor 11, a pixel electrode 12, and an auxiliary capacitor 13 are formed, and an X decoder / driver for driving the active matrix circuit, Y A decoder / driver and an XY branch circuit are formed by thin film transistors.
[0088]
In order to drive the active matrix circuit, it is necessary to arrange a buffer circuit having a low output impedance in the peripheral circuit. In the configuration shown in FIG. 4, this buffer circuit is formed of a thin film transistor in which an active layer is formed in a monodomain region formed by using the invention disclosed in this specification. By doing so, a large current can be passed and a structure with a high breakdown voltage can be obtained.
[0089]
On the substrate 15, a thin film integrated circuit using a thin film transistor configured using the invention disclosed in this specification is formed. Further, a conventionally known integrated circuit chip is attached to a portion that cannot be constituted by a thin film integrated circuit. Of course, all the integrated circuits may be constituted by thin film integrated circuits (herein, the thin film integrated circuit is formed by using a thin film semiconductor formed on the surface of the substrate 15).
[0090]
Each integrated circuit or semiconductor chip is connected to a circuit on the substrate 15 by means such as a wiring pattern, a wire bonding method, or a COG (chip on glass) method.
[0091]
In FIG. 4, an input port is a circuit that reads an externally input signal and converts it into an image signal. The correction memory is a memory unique to the panel for correcting an input signal or the like in accordance with the characteristics of the active matrix panel. In particular, this correction memory has information specific to each pixel as a non-volatile memory, and is used for individual correction. That is, if a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected accordingly is sent to the pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous. Alternatively, when the pixel is darker than the surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so that the brightness is the same as that of the surrounding pixels. Since the pixel defect information varies from panel to panel, the information stored in the correction memory varies from panel to panel.
[0092]
The CPU and the memory have the same functions as those of a normal computer. In particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. These chips are all of the CMOS type.
[0093]
As described above, even a CPU and a memory are formed on a liquid crystal display substrate, and configuring a simple electronic device such as a personal computer with a single substrate reduces the size of the liquid crystal display system and widens its application range. Is very useful for. It is very useful to further reduce the size of the liquid crystal display device and increase its applicability, by forming a part or all of these integrated circuits on a substrate and using a thin film semiconductor. .
[0094]
A thin film transistor formed using a monodomain region can form an integrated circuit comparable to an IC integrated on a single crystal silicon wafer. Therefore, as shown in this embodiment, a thin film transistor manufactured using the invention disclosed in this specification can be used for a circuit required for a systemized liquid crystal display. In particular, it is extremely useful to use a thin film transistor manufactured using a region that can be regarded as a single crystal (monodomain region) for an analog buffer circuit or other necessary circuit.
[0095]
Example 5
The present embodiment relates to an example of providing a thin film transistor that is not easily affected by nickel elements by forming an active layer of the thin film transistor while avoiding a nickel silicide region serving as a crystal nucleus when forming a monodomain region.
[0096]
5 and 6 illustrate a manufacturing process of the thin film transistor described in this embodiment. First, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 200 mm on the glass substrate 101 on which the base film 102 is formed by using a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Then, the nickel acetate solution 104 is applied by the method shown in the first embodiment. (Fig. 5 (A))
[0097]
Next, a nickel silicide layer 105 is formed by applying heat treatment at 400 ° C. for 1 hour. (Fig. 5 (B))
[0098]
Then, patterning is performed to selectively leave the nickel silicide layer 107a serving as a crystal nucleus. (Fig. 5 (C))
[0099]
Next, an amorphous silicon film 108 is formed to a thickness of 500 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. (Fig. 5 (D))
[0100]
Next, in the state heated to a temperature of 550 ° C., a laser beam is irradiated to perform crystal growth as indicated by 110. (Fig. 5 (E))
[0101]
Thus, the monodomain region indicated by 113 is formed. (Fig. 5 (F))
[0102]
Then, the active layer 601 is formed by patterning, avoiding the region where the nickel silicide layer 107a was formed. (Fig. 6 (A))
[0103]
In this state, since the region on the high nickel silicide linear density of the nickel is removed, it is possible to lower the nickel concentration in the active layer.
[0104]
Next, a silicon oxide film 603 serving as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD. Further, a gate electrode 604 is formed by depositing a film containing aluminum containing scandium as a main component to a thickness of 6000 mm by an electron beam evaporation method and performing patterning. Further, an oxide layer 605 is formed around the gate electrode 604 by performing anodic oxidation in the electrolytic solution using the gate electrode 604 as an anode. This oxide layer 605 functions as a mask in a subsequent impurity ion implantation step and is used to form an offset region. Note that the thickness of the oxide layer 605 is approximately 2000 mm. (Fig. 6 (B))
[0105]
Next, impurity ions are implanted. Here, phosphorus ions are implanted into regions 606 and 609 by implanting phosphorus ions by an ion doping method. In this step, the source region 606 and the drain region 609 are formed in a self-aligning manner. Further, the channel formation region 608 and the offset region 607 are simultaneously formed in a self-aligning manner. (Fig. 6 (C))
[0106]
Furthermore, annealing is performed by irradiation with laser light or strong light. Then, a silicon oxide film 610 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 6000 mm . Next, contact holes are formed, and a source electrode 611 and a drain electrode 612 made of aluminum are formed.
[0107]
The thin film transistor described in this embodiment has a structure in which the operation of the thin film transistor is not easily affected by the metal element in order to form the active layer while avoiding the region where the metal element that promotes crystallization of silicon is introduced. it can. In other words, there is a region where the metal element concentration is high in the active layer by forming the active layer while avoiding the region where the metal silicide layer that promotes crystallization, which becomes a crystal nucleus during crystal growth, is formed. It can be set as the structure which does not.
[0108]
Example 6
In this embodiment, plasma treatment is performed on an amorphous silicon film to promote dehydrogenation (desorption of hydrogen) from the amorphous silicon film. The crystallization of the silicon film is promoted.
[0109]
Here, in the step shown in FIG. 1D, plasma processing using hydrogen plasma is performed on the amorphous silicon film 108. This plasma is performed by converting hydrogen gas in a reduced pressure state into plasma by using ECR conditions and exposing the amorphous silicon film to this hydrogen plasma.
[0110]
Also, during the hydrogen plasma treatment, it is important to heat the amorphous silicon film at a temperature lower than its crystallization temperature. The crystallization temperature of the amorphous silicon film differs depending on the film forming method and film forming conditions of the amorphous silicon film. In general, it is reasonable to consider the temperature range from 600 ° C to 650 ° C. The lower limit is about 400 ° C. Therefore, it is preferable that the temperature range of this heating shall be 400-600 degreeC.
[0111]
It is also useful to use the strain point of the glass substrate to be used as a guideline for determining the upper limit of the heating temperature. That is, heating is performed at the highest possible temperature, with the upper limit of the strain point of the glass substrate used. By adopting this method, it is possible to obtain a predetermined effect while suppressing the influence of deformation and shrinkage of the glass substrate.
[0112]
When the treatment with hydrogen plasma is performed, hydrogen in the amorphous silicon film is combined with hydrogen ions in the plasma to become hydrogen gas, and as a result, the detachment of hydrogen from the film is promoted. And the coupling | bonding of silicon atoms is accelerated | stimulated and it can be set as the state where the order of the arrangement | sequence of an atom becomes high. This state can be said to be a quasicrystalline state, and is very easy to crystallize.
[0113]
In the state where the plasma treatment is performed, the amorphous silicon film can be crystallized by applying energy by heating or laser light irradiation. This crystallization can be performed with very high reproducibility because the amorphous silicon film is very easily crystallized by the effect of the plasma treatment, and the crystallinity can be extremely high. it can.
[0114]
【The invention's effect】
An amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface is crystallized by the action of a metal element that promotes the crystallization of silicon, and the crystallized silicon film is patterned to allow subsequent crystal growth. A mononuclear region is formed by forming crystal nuclei, further forming an amorphous silicon film covering the crystal nuclei, and performing crystal growth using the previous crystal nuclei as nuclei. A thin film transistor having high characteristics can be obtained by forming a thin film transistor using this monodomain region.
[0115]
Specifically, it is possible to obtain a thin film transistor that can stably operate at a high speed, has no threshold fluctuation or characteristic change with time, has a small OFF current, and can handle a larger ON current. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a manufacturing process of a thin film silicon semiconductor film having a monodomain region.
FIG. 2 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.
FIG. 3 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.
FIG. 4 shows a schematic configuration of a liquid crystal display.
FIG. 5 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.
FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.
[Explanation of symbols]
100 Spinner 101, 301 Glass substrate 102, 302 Base film (silicon oxide film)
103 amorphous silicon film 104 solution containing nickel 105 crystalline silicon film 106, 107, 107a, 300 selectively formed nickel layer or layer containing nickel 108 amorphous silicon film 111, 113 monodomain Region 303, 305 Mono domain region 306, 307, 601 Active layer 308, 603 Gate insulating film 111, 304 Amorphous region 309, 310, 604 Gate electrode 311, 312, 605 Oxide layer 313, mainly composed of aluminum 317,611 source electrode 315,319,608 channel forming region 316, 325, 606 drain region 314,318,607 offset region 320,610 interlayer insulating film 321,323,611 source electrode 322,324,612 drain electrode 400 pixel electric (ITO) electrode

Claims (8)

絶縁表面上に第1の非晶質珪素膜を形成し、
前記第1の非晶質珪素膜の全面上に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を形成し、
前記金属元素を含む層及び前記第1の非晶質珪素膜を加熱処理してパターニングすることにより、結晶成長核となる層を形成し、
前記結晶成長核となる層を覆って第2の非晶質珪素膜を形成し、
前記第2の非晶質珪素膜を前記結晶成長核となる層から結晶成長させ、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶成長核となる層及び前記結晶成長核となる層の周囲に位置する前記結晶性珪素膜を除去することにより前記結晶性珪素膜からなる活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first amorphous silicon film on the insulating surface;
Forming a layer containing a metal element that is in contact with the entire surface of the first amorphous silicon film and promotes crystallization of silicon;
The layer containing the metal element and the first amorphous silicon film are subjected to heat treatment and patterned to form a layer serving as a crystal growth nucleus,
Forming a second amorphous silicon film covering the layer serving as the crystal growth nucleus;
Growing the second amorphous silicon film from the layer serving as the crystal growth nucleus to form a crystalline silicon film;
An active layer made of the crystalline silicon film is formed by removing the layer serving as the crystal growth nucleus and the crystalline silicon film located around the layer serving as the crystal growth nucleus. Manufacturing method.
絶縁表面上に第1の非晶質珪素膜を形成し、
前記第1の非晶質珪素膜の全面上に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を形成し、
前記金属元素を含む層及び前記第1の非晶質珪素膜を加熱処理してパターニングすることにより、結晶成長核となる層を形成し、
前記結晶成長核となる層を覆って第2の非晶質珪素膜を形成し、
レーザー光または強光を照射して、前記第2の非晶質珪素膜を前記結晶成長核となる層から結晶成長させ、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶成長核となる層及び前記結晶成長核となる層の周囲に位置する前記結晶性珪素膜を除去することにより前記結晶性珪素膜からなる活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first amorphous silicon film on the insulating surface;
A layer containing a metal element for promoting crystallization of silicon in contact with the entire surface of the first amorphous silicon film,
The layer containing the metal element and the first amorphous silicon film are subjected to heat treatment and patterned to form a layer serving as a crystal growth nucleus,
Forming a second amorphous silicon film covering the layer serving as the crystal growth nucleus;
Irradiating a laser beam or strong light to cause the second amorphous silicon film to grow from the layer serving as the crystal growth nucleus, thereby forming a crystalline silicon film,
An active layer made of the crystalline silicon film is formed by removing the layer serving as the crystal growth nucleus and the crystalline silicon film located around the layer serving as the crystal growth nucleus. Manufacturing method.
絶縁表面上に第1の非晶質珪素膜を形成し、
前記第1の非晶質珪素膜の全面上に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を形成し、
前記金属元素を含む層及び前記第1の非晶質珪素膜を加熱処理してパターニングすることにより、結晶成長核となる層を形成し、
前記結晶成長核となる層を覆って第2の非晶質珪素膜を形成し、
450℃〜600℃の温度で加熱しながらレーザー光または強光を照射して、前記第2の非晶質珪素膜を前記結晶成長核となる層から結晶成長させ、結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶成長核となる層及び前記結晶成長核となる層の周囲に位置する前記結晶性珪素膜を除去することにより前記結晶性珪素膜からなる活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first amorphous silicon film on the insulating surface;
Forming a layer containing a metal element that is in contact with the entire surface of the first amorphous silicon film and promotes crystallization of silicon;
The layer containing the metal element and the first amorphous silicon film are subjected to heat treatment and patterned to form a layer serving as a crystal growth nucleus,
Forming a second amorphous silicon film covering the layer serving as the crystal growth nucleus;
A laser beam or intense light is irradiated while heating at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C. to grow the second amorphous silicon film from the layer serving as the crystal growth nucleus, thereby forming a crystalline silicon film. ,
An active layer made of the crystalline silicon film is formed by removing the layer serving as the crystal growth nucleus and the crystalline silicon film located around the layer serving as the crystal growth nucleus. Manufacturing method.
塗布法により、前記珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を形成することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。By a coating method, a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that forming a layer containing a metal element for promoting crystallization of the silicon. スパッタ法、CVD法又は蒸着法により、前記珪素の結晶化を助長する金属元素を含む層を形成することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。Sputtering method, a CVD method or an evaporation method, a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that forming a layer containing a metal element for promoting crystallization of the silicon. 前記金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類の元素が用いられることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。The metal element, Fe, Co, Ni, Ru , Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, of claims 1 to 5, characterized in that one or more kinds of elements selected from Au used A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above. 前記結晶性珪素膜において、前記結晶成長核となる層から結晶成長した領域は、前記金属元素の濃度が1×1014原子cm-3〜1×1019原子cm-3であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。In the crystalline silicon film, the concentration of the metal element is 1 × 10 14 atoms cm −3 to 1 × 10 19 atoms cm −3 in the region where the crystal growth is performed from the layer serving as the crystal growth nucleus. the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6. 前記結晶性珪素膜において、前記結晶成長核となる層から結晶成長した領域は、水素またはハロゲン元素が0.001原子%〜5原子%の濃度で含まれていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。2. The crystalline silicon film according to claim 1, wherein a region grown from the layer serving as a crystal growth nucleus contains hydrogen or a halogen element at a concentration of 0.001 atomic% to 5 atomic%. 8. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 7 .
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