JP4286644B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその作製方法に関し、より具体的には薄膜トランジスタで代表される半導体装置及びその作製方法に関する。また、本発明は、ガラス基板や石英基板等の基板上に形成された結晶性を有する珪素薄膜を使用した半導体装置及びその作製方法に関し、さらに本発明は、薄膜トランジスタ等の絶縁ゲイト型の半導体装置及びその作製方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more specifically to a semiconductor device represented by a thin film transistor and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a semiconductor device using a silicon thin film having crystallinity formed on a substrate such as a glass substrate or a quartz substrate, and a manufacturing method thereof. The present invention further relates to an insulated gate semiconductor device such as a thin film transistor. And a manufacturing method thereof.

従来、珪素膜を使用した薄膜トランジスタが知られている。これはガラス基板や石英基板の上に形成された珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術である。基板としてガラス基板や石英基板が利用されるのはアクティブマトリクス型の液晶表示に上記薄膜トランジスタを利用するためである。従来、非晶質珪素膜(aーSi)を用いて薄膜トランジスタが形成されてきたが、より高性能を求めるために結晶性を有する珪素膜(本明細書中、適宜「結晶性珪素膜」という)を利用して薄膜トランジスタを作製することが試みられている。   Conventionally, a thin film transistor using a silicon film is known. This is a technique for forming a thin film transistor using a silicon film formed on a glass substrate or a quartz substrate. A glass substrate or a quartz substrate is used as a substrate because the thin film transistor is used for an active matrix liquid crystal display. Conventionally, a thin film transistor has been formed using an amorphous silicon film (a-Si). However, in order to obtain higher performance, a silicon film having crystallinity (referred to as a “crystalline silicon film” as appropriate in this specification). Attempts have been made to fabricate thin film transistors.

結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタは、非晶質珪素膜を用いたものに比較して、2桁以上の高速動作を行わせることができる。従って、これまで外付けのIC回路によって構成されていたアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路を、結晶性珪素膜により、ガラス基板又は石英基板上にアクティブマトリクス回路と同様に作り込むことができる。このような構成は、装置全体の小型化や作製工程の簡略化に非常に有利なものとなり、また作製コストの低減にもつながる構成となる。   A thin film transistor using a crystalline silicon film can operate at a high speed of two digits or more as compared with a thin film transistor using an amorphous silicon film. Therefore, the peripheral drive circuit of the active matrix type liquid crystal display device which has been constituted by an external IC circuit so far can be formed on the glass substrate or the quartz substrate by the crystalline silicon film in the same manner as the active matrix circuit. it can. Such a configuration is very advantageous for downsizing of the entire apparatus and simplification of the manufacturing process, and also leads to a reduction in manufacturing cost.

従来、結晶性珪素膜は、非晶質珪素膜をプラズマCVD法や減圧熱CVD法で成膜した後、加熱処理又はレーザー光の照射を行うことで結晶化させることにより得られている。しかし、このうち加熱処理による場合には、結晶化にむらができたりして、必要とする結晶性を広い面積にわたって得ることはなかなか困難であるのが現状である。またレーザー光の照射による場合には、部分的には高い結晶性を得ることができるが、広い面積にわたり、良好なアニール効果を得ることが困難である。この場合、特に良好な結晶性を得るような条件でのレーザー光の照射は不安定になりやすい。   Conventionally, a crystalline silicon film is obtained by forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method and then crystallizing the film by heat treatment or laser light irradiation. However, in the case of heat treatment among these, crystallization is uneven, and it is difficult to obtain the necessary crystallinity over a wide area. In the case of laser light irradiation, high crystallinity can be partially obtained, but it is difficult to obtain a good annealing effect over a wide area. In this case, the irradiation of laser light under conditions that obtain particularly good crystallinity tends to be unstable.

ところで、本発明者等は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素(例えばニッケル)を導入し、従来よりもより低い温度の加熱処理で結晶性珪素膜を得る技術を先に開発している(特開平6ー232059号、特開平7ー321339号)。これらの方法によれば、結晶化の速度を上げ、短時間で結晶化できるだけでなく、従来の加熱のみによる結晶化の方法やレーザー光の照射のみによる非晶質膜の結晶化に比較すると、広い面積にわたり、高い結晶性を均一に得ることができ、得られた結晶性珪素膜は実用に耐える結晶性を有している。   By the way, the present inventors first introduced a technique for introducing a metal element (for example, nickel) that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film and obtaining a crystalline silicon film by a heat treatment at a temperature lower than that of the prior art. (JP-A-6-232059, JP-A-7-321339). According to these methods, the crystallization speed can be increased and not only can be crystallized in a short time, but also compared to the conventional crystallization method by heating alone or crystallization of an amorphous film only by laser light irradiation, High crystallinity can be obtained uniformly over a wide area, and the obtained crystalline silicon film has crystallinity that can withstand practical use.

しかし、上記の方法で得られた結晶性珪素膜の膜中や表面には珪素の結晶化を助長するために導入した当該金属元素が含有されているため、その導入量の制御が微妙であり、再現性や安定性(得られたデバイスの電気的な安定性)に問題がある。特に、残留する当該金属元素の影響によって、例えば得られる半導体装置の特性の経時変化や、薄膜トランジスタの場合であればOFF値が大きいといった問題が存在する。即ち、珪素の結晶化を助長する金属元素は、結晶性珪素膜を得るためには貴重で有用な役割を果たすが、一端結晶性珪素膜を得た後においては、その存在が数々の問題を引き起こすマイナス要因となってしまう。   However, since the metal element introduced to promote the crystallization of silicon is contained in the surface or surface of the crystalline silicon film obtained by the above method, the control of the amount introduced is delicate. There is a problem in reproducibility and stability (electrical stability of the obtained device). In particular, due to the influence of the remaining metal element, there are problems such as a change in characteristics of the obtained semiconductor device over time and a large OFF value in the case of a thin film transistor. In other words, the metal element that promotes the crystallization of silicon plays a valuable and useful role in obtaining a crystalline silicon film. It becomes a negative factor to cause.

本発明者等は、上記のように非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素(例えばニッケル)を導入して加熱処理することにより、結晶性珪素膜を形成する場合における上記諸問題点を解決すべく、各種多方面から数多くの実験、検討を重ねたところ、該結晶性珪素膜に含まれ、残存している当該金属元素を、後述特定、特殊な手法により、極めて有効に除去ないしは減少させ得ることを見い出し、本発明に到達するに至ったものである。   As described above, the present inventors have introduced the above-mentioned various cases in the case of forming a crystalline silicon film by introducing a metal element (for example, nickel) that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film and performing heat treatment. In order to solve the problem, many experiments and examinations were made from various fields, and the metal element contained in the crystalline silicon film and remaining there was identified by a specific and special technique. It has been found that it can be removed or reduced, and the present invention has been reached.

ところで、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置は小型軽量であり、しかも微細で高速動画を表示することができることから、今後のディスプレイの主力として期待されている。しかし、液晶表示装置を構成する基板は透光性を必要とするという制約があるため、その種類は制限され、その例としてはプラスチック基板、ガラス基板、石英基板を挙げることができる。   By the way, for example, an active matrix liquid crystal display device is small and light, and can display a high-speed moving image with a small size. However, since the substrate constituting the liquid crystal display device has a restriction that it needs translucency, the type of the substrate is limited, and examples thereof include a plastic substrate, a glass substrate, and a quartz substrate.

それらのうち、プラスチック基板は耐熱性に欠けており、また石英基板は、1000℃程度、さらには約1100℃というような高温にも耐え得るが、極めて高価であり、特に大面積化した場合、ガラス基板の10倍以上の価格となり、コストパフォーマンスに欠ける。従って、耐熱性・経済性の理由から、一般的にはガラス基板が広く使用されている。   Among them, the plastic substrate lacks heat resistance, and the quartz substrate can withstand high temperatures such as about 1000 ° C., and further about 1100 ° C., but is extremely expensive, especially when the area is increased, It is more than 10 times the price of a glass substrate and lacks cost performance. Therefore, glass substrates are generally widely used for the reasons of heat resistance and economy.

現在、液晶表示装置に求められる性能は益々高くなっており、液晶表示装置のスイチッング素子として使用されている薄膜トランジスタ(以下、適宜TFTと指称する)に求められる性能・特性に対する要求も高まっている。そのため、ガラス基板上に結晶性を有する結晶性珪素膜を形成する研究が盛んに行われているが、現時点で、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成するには、まず非晶質珪素膜を形成し、これを加熱して結晶化させる方法やレーザー光を照射して結晶化させる方法が採られている。   Currently, the performance required for liquid crystal display devices is increasing, and the demand for performance and characteristics required for thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs as appropriate) used as switching elements of liquid crystal display devices is also increasing. Therefore, research for forming a crystalline silicon film having crystallinity on a glass substrate has been actively conducted. At present, in order to form a crystalline silicon film on a glass substrate, first, an amorphous silicon film is used. And a method of crystallizing by heating or a method of crystallizing by irradiating a laser beam.

すなわち、ガラス基板の耐熱温度は、その種類にもよるが、通常、600℃程度、或いはそれより僅かに高い温度であるので、結晶性珪素膜を形成する工程には、そのようなガラス基板の耐熱温度を越えるプロセスを採用することはできない。このため、従来、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成するには、プラズマCVD法又は減圧CVD法により非晶質珪素膜を形成し、上記耐熱温度以下の温度に加熱して結晶化させる方法が採用されている。また、レーザー光を照射することにより珪素膜を結晶化させる方法によれば、ガラス基板にも結晶性の優れた結晶性珪素膜を形成することが可能であり、レーザー光はガラス基板に熱的なダメージを与えないという利点を有する。   That is, although the heat-resistant temperature of the glass substrate depends on the type, it is usually about 600 ° C. or slightly higher than that. Therefore, in the step of forming the crystalline silicon film, A process that exceeds the heat-resistant temperature cannot be adopted. For this reason, conventionally, in order to form a crystalline silicon film on a glass substrate, a method of forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method or a low pressure CVD method and heating it to a temperature not higher than the above-mentioned heat-resistant temperature to crystallize it. Is adopted. Further, according to the method of crystallizing a silicon film by irradiating a laser beam, it is possible to form a crystalline silicon film having excellent crystallinity on a glass substrate, and the laser beam is thermally applied to the glass substrate. Has the advantage of not causing any significant damage.

ところが、上記レーザー光の照射により非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜には、ダングリングボンド等に由来する多数の欠陥が存在する。これらの欠陥はTFTの特性を低下させる要因であるため、このような結晶性珪素膜を利用してTFTを作製した場合には、活性層とゲイト絶縁膜との界面の欠陥や活性層の珪素の結晶粒内や結晶粒界の欠陥をパッシベーションする必要がある。特に結晶粒界の欠陥は電荷を散乱する最大の要因であるが、結晶粒界の欠陥をパッシベーションすることは非常に困難である。   However, the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film by the laser light irradiation has a large number of defects derived from dangling bonds or the like. Since these defects are factors that degrade the TFT characteristics, when a TFT is fabricated using such a crystalline silicon film, the defects at the interface between the active layer and the gate insulating film or the silicon in the active layer It is necessary to passivate defects in crystal grains and grain boundaries. In particular, the defect at the grain boundary is the largest factor that scatters the charge, but it is very difficult to passivate the defect at the grain boundary.

他方、石英基板上にTFTを作製する場合には、例えば1000℃程度、或いは1100℃程度というような高温の加熱処理が可能であるため、結晶性珪素膜の結晶粒界における欠陥を珪素で補償することが可能である。これに対して、ガラス基板にTFTを作製する場合には、高温での加熱処理が困難であり、一般に工程の最終段階において、温度300〜400℃程度の雰囲気で水素プラズマ処理をすることにより、結晶性珪素膜の結晶粒界の欠陥を水素でパッシベーションしている。   On the other hand, when a TFT is manufactured on a quartz substrate, heat treatment at a high temperature such as about 1000 ° C. or about 1100 ° C. is possible, so that defects at the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film are compensated with silicon. Is possible. On the other hand, when a TFT is produced on a glass substrate, it is difficult to perform a heat treatment at a high temperature. Defects at crystal grain boundaries of the crystalline silicon film are passivated with hydrogen.

また、Nチャネル型TFTは、水素プラズマ処理を実施することによって実用可能な電界効果移動度を呈する。一方、Pチャネル型TFTでは水素プラズマ処理の効果はあまり顕著ではない。これは結晶欠陥に起因する準位が伝導電子帯の下の比較的浅い領域に形成されるためと解釈される。水素プラズマ処理により、結晶性珪素膜の粒界の欠陥を補償することが可能であるが、欠陥を補償している水素は離脱し易いので、水素プラズマ処理されたTFTの、特にNチャネル型TFTの経時的な信頼性は安定ではない。例えば、Nチャネル型TFTを温度90℃の雰囲気で48時間通電すると、その移動度が半減してしまう。   Further, the N-channel TFT exhibits a practical field effect mobility by performing hydrogen plasma treatment. On the other hand, the effect of the hydrogen plasma treatment is not so remarkable in the P-channel TFT. This is interpreted because the level caused by crystal defects is formed in a relatively shallow region below the conduction electron band. Although it is possible to compensate for defects at the grain boundaries of the crystalline silicon film by hydrogen plasma treatment, the hydrogen that compensates for the defects is easily released, so that the TFT treated with hydrogen plasma, particularly an N-channel TFT. The reliability over time is not stable. For example, if an N-channel TFT is energized for 48 hours in an atmosphere at a temperature of 90 ° C., the mobility will be halved.

また、レーザー光を照射して得られる結晶性珪素膜の膜質は良好であるが、その膜厚が1000オングストローム以下であると、結晶性珪素膜の表面にリッジ(凹凸)が形成されてしまう。即ち、珪素膜にレーザー光を照射すると、珪素膜は瞬間的に溶解されて、局所的に膨張し、この膨張によって生じる内部応力を緩和するために、得られる結晶性珪素膜の表面にリッジ(凹凸)が形成される。このリッジの高低差は膜厚の1/2〜1倍程度である。例えば膜厚が700オングストローム程度の非晶質珪素膜を加熱して結晶化した後にレーザーアニールを実施すると、その表面には100〜300オングストローム程度の高さを有するリッジが形成される。   Further, although the crystalline silicon film obtained by irradiating the laser beam has good film quality, when the film thickness is 1000 angstroms or less, ridges (unevenness) are formed on the surface of the crystalline silicon film. That is, when a silicon film is irradiated with a laser beam, the silicon film is instantaneously melted and locally expands, and a ridge (on the surface of the obtained crystalline silicon film is relaxed in order to relieve internal stress caused by this expansion. Unevenness) is formed. The height difference of the ridge is about 1/2 to 1 times the film thickness. For example, when laser annealing is performed after heating and crystallizing an amorphous silicon film having a thickness of about 700 angstroms, a ridge having a height of about 100 to 300 angstroms is formed on the surface.

絶縁ゲイト型の半導体装置において、結晶性珪素膜表面のリッジには、ダングリングボンドや格子の歪み等に起因するポテンシャル障壁やトラップ準位が形成されるため、活性層とゲイト絶縁膜との界面準位を高くしてしまう。また、リッジの頂上部は急峻であるために電界が集中しやすく、このためリーク電流の発生源となり、最終的には絶縁破壊を生じる慮れがある。また、結晶性珪素膜表面のリッジは、スパッタ法やCVD法により堆積されるゲイト絶縁膜の被覆性を損なうものであり、絶縁不良等の信頼性を低下させる。   In an insulated gate type semiconductor device, a potential barrier or trap level due to dangling bonds, lattice distortion, etc. is formed on the ridge on the surface of the crystalline silicon film, so that the interface between the active layer and the gate insulating film It will raise the level. In addition, since the top of the ridge is steep, the electric field tends to concentrate, so that it becomes a source of leakage current and ultimately causes breakdown. Further, the ridge on the surface of the crystalline silicon film impairs the coverage of the gate insulating film deposited by sputtering or CVD, and lowers the reliability such as insulation failure.

本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して結晶性珪素膜を形成し、これで得られた結晶性珪素膜中における金属元素を除去するか又はその金属元素濃度を減少させる新規で且つきわめて有用な手法を提供することを目的とする。   In the present invention, a crystalline silicon film is formed on an amorphous silicon film by using a metal element that promotes crystallization of silicon, and the metal element in the crystalline silicon film thus obtained is removed or the It is an object to provide a new and extremely useful technique for reducing the concentration of metal elements.

また本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られた結晶性珪素膜から、金属元素を除去するか又はその金属元素濃度を減少させて得られた高い結晶性を有する結晶性珪素膜を用いた高い特性を有する半導体装置及びその作製方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、こうして得られる半導体装置の特性や信頼性を高くすることができる半導体装置及びその作製方法を提供することを目的とする。   The present invention is also obtained by removing a metal element or reducing the concentration of the metal element from a crystalline silicon film obtained by using a metal element that promotes crystallization of silicon in an amorphous silicon film. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having high characteristics using a crystalline silicon film having high crystallinity and a manufacturing method thereof. A further object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can improve the characteristics and reliability of the semiconductor device thus obtained.

また本発明は、前述の問題点を解消して、水素プラズマ処理を使用せずに、非晶質珪素膜を結晶化された珪素膜の結晶粒界の欠陥をパッシベーションし得る半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、高信頼性、高移動度を有する半導体装置の作製方法を提供することを目的とし、特に堆積膜から成るゲイト絶縁膜を有し、ガラス基板の半導体装置の信頼性、特性を向上させた半導体装置及びその作製方法を提供することを目的とする。以上のほか、本発明は、以下に記載する構成に対応する目的を有するが、これらについては、以下の記載において適宜補足して説明する。   In addition, the present invention solves the above-described problems, and a method for manufacturing a semiconductor device capable of passivating a defect in a crystal grain boundary of a silicon film crystallized from an amorphous silicon film without using a hydrogen plasma treatment The purpose is to provide. A further object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having high reliability and high mobility. In particular, the present invention has a gate insulating film made of a deposited film, and improves the reliability and characteristics of a semiconductor device on a glass substrate. An object is to provide an improved semiconductor device and a manufacturing method thereof. In addition to the above, the present invention has an object corresponding to the configuration described below, and these will be appropriately supplemented and described in the following description.

(1)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (1) In the present invention, a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film, and a step of removing the thermal oxide film formed in the step And a step of forming a thermal oxide film on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by re-thermal oxidation.

(2)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行って該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜に当該金属元素をゲッタリングさせることにより該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去または減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (2) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment, thereby forming a crystalline silicon film. And a second thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and gettering the metal element into the thermal oxide film. Removing or reducing the metal element present in the silicon film; removing the thermal oxide film formed in the process; and re-thermally oxidizing the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation. And a step of forming an oxide film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(3)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、パターニングを施し薄膜トランジスタの活性層を形成する工程と、熱酸化によりゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する熱酸化膜を該活性層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (3) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of performing a second heat oxidation treatment in an oxidizing atmosphere to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film, and a step of removing the thermal oxide film formed in the step And a step of forming an active layer of the thin film transistor by patterning, and a step of forming a thermal oxide film constituting at least a part of the gate insulating film on the surface of the active layer by thermal oxidation A method for manufacturing a device is provided.

(4)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、第1の加熱処理により該金属元素が選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行なわす工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い該結晶成長が行われた領域の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (4) The present invention includes a step of selectively introducing a metal element for promoting crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and a film from a region where the metal element is selectively introduced by the first heat treatment. A step of performing crystal growth in a direction parallel to the step, a step of performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the region where the crystal growth has been performed, There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing; and a step of forming an active layer of the semiconductor device using a region from which the thermal oxide film has been removed.

(5)本発明は、第1及び第2の酸化膜に挟まれた結晶性珪素膜を有し、該結晶性珪素膜は珪素の結晶化を助長する金属元素を含有しており、該結晶性珪素膜中において、該金属元素は該第1及び/又は第2の酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置を提供する。   (5) The present invention includes a crystalline silicon film sandwiched between first and second oxide films, and the crystalline silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon, and the crystal In the conductive silicon film, the metal element has a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the first and / or second oxide film.

(6)本発明は、酸化膜からなる下地膜と、該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、該結晶性珪素膜上に形成された熱酸化膜とを有し、該結晶性珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元素が含まれ、該珪素の結晶化を助長する金属元素は下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、該熱酸化膜は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成することを特徴とする半導体装置を提供する。   (6) The present invention includes a base film made of an oxide film, a crystalline silicon film formed on the base film, and a thermal oxide film formed on the crystalline silicon film. The silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon, and the metal element that promotes crystallization of silicon has a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the base and / or the thermal oxide film. Provided is a semiconductor device in which an oxide film forms at least a part of a gate insulating film of a thin film transistor.

(7)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (7) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment, thereby forming a crystalline silicon film. A step of performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film, and a heat formed in the step There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing an oxide film; and a step of forming a thermal oxide film by thermal oxidation again on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed.

(8)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行い、該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜に当該金属元素をゲッタリングさせることにより該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (8) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Performing a second heat oxidation treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, forming a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and gettering the metal element to the thermal oxide film The step of removing or reducing the metal element present in the crystalline silicon film, the step of removing the thermal oxide film formed in the step, and the surface of the region where the thermal oxide film has been removed are performed again. And a method of forming a thermal oxide film by thermal oxidation.

(9)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行い該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、パターニングを施し薄膜トランジスタの活性層を形成する工程と、熱酸化によりゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する熱酸化膜を該活性層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (9) In the present invention, a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of performing a second heat oxidation treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film, and a thermal oxide film formed in the step A step of removing, forming a thin film transistor active layer by patterning, and forming a thermal oxide film constituting at least a part of the gate insulating film on the surface of the active layer by thermal oxidation. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(10)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する工程と、第1の加熱処理により該金属元素が選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って、該結晶成長が行われた領域の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (10) The present invention includes a step of selectively introducing a metal element for promoting crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and a film from a region where the metal element is selectively introduced by the first heat treatment. And a step of forming a thermal oxide film on the surface of the region where the crystal growth is performed by performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. And a step of removing the thermal oxide film, and a step of forming an active layer of the semiconductor device using the region from which the thermal oxide film has been removed.

(11)本発明は、第1及び第2の酸化膜に挟まれた結晶性珪素膜を有し、該結晶性珪素膜は水素及びハロゲン元素を含み、かつ珪素の結晶化を助長する金属元素を含有しており、該結晶性珪素膜中において、該金属元素は該第1及び/又は第2の酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有していることを特徴とする半導体装置を提供する。   (11) The present invention includes a crystalline silicon film sandwiched between first and second oxide films, and the crystalline silicon film contains hydrogen and a halogen element and promotes crystallization of silicon A semiconductor device characterized in that, in the crystalline silicon film, the metal element has a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the first and / or second oxide film. provide.

(12)本発明は、酸化膜からなる下地膜と、該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、該結晶性珪素膜上に形成された熱酸化膜とを有し、該結晶性珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元素及び水素及びハロゲン元素が含まれ、該珪素の結晶化を助長する金属元素は下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、該ハロゲン元素は下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、該熱酸化膜は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成することを特徴とする半導体装置を提供する。   (12) The present invention includes a base film made of an oxide film, a crystalline silicon film formed on the base film, and a thermal oxide film formed on the crystalline silicon film. The silicon film contains metal elements that promote crystallization of silicon and hydrogen and halogen elements. The metal elements that promote crystallization of silicon have a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the base and / or the thermal oxide film. And the halogen element has a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the base and / or the thermal oxide film, and the thermal oxide film forms at least part of the gate insulating film of the thin film transistor. I will provide a.

(13)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行う工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (13) In the present invention, a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or strong light, and a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to be present in the crystalline silicon film. Removing or reducing the metal element, removing the thermal oxide film formed in the process, and forming a thermal oxide film on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(14)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を該結晶性珪素膜中において拡散させる工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を形成される熱酸化膜中にゲッタリングする工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (14) In the present invention, a metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or intense light to diffuse the metal element present in the crystalline silicon film in the crystalline silicon film, and a halogen element Performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere to getter the metal element present in the crystalline silicon film into the thermal oxide film to be formed; and the thermal oxide film formed in the step There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of removing, and a step of forming a thermal oxide film again by thermal oxidation on a surface of a region where the thermal oxide film is removed.

(15)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的且つ選択的に導入する工程と、該非晶質珪素膜に対して第1の加熱処理を施し、該意図的かつ選択的に金属元素が導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、レーザー光又は強光の照射を行って該結晶成長した領域中に存在する当該金属元素を拡散させる工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶成長した領域に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中にゲッタリングする工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (15) The present invention intentionally and selectively introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and performs a first heat treatment on the amorphous silicon film, A step of crystal growth in a direction parallel to the film from the region where the metal element is intentionally and selectively introduced, and the metal present in the crystal growth region by irradiation with laser light or strong light A step of diffusing the element, and a step of performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to getter the metal element present in the crystal-grown region into the thermal oxide film to be formed And a step of removing the thermal oxide film formed in the step, and a step of forming a thermal oxide film on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by re-thermal oxidation. A method for manufacturing a device is provided.

(16)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングし半導体装置の活性層を形成する工程と、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (16) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device, a step of irradiating the active layer with laser light or strong light, and an oxidizing atmosphere containing a halogen element Performing a second heat treatment to remove or reduce the metal element present in the active layer, removing the thermal oxide film formed in the step, and applying heat again to the surface of the active layer. And a step of forming a thermal oxide film by oxidation. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(17)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する工程と、該活性層に対しレーザー光又は強光の照射を行う工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有し、該活性層は側面が下地面とのなす角が20°〜50°を有する傾斜した形状を有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (17) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment, thereby forming a crystalline silicon film. A step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device, a step of irradiating the active layer with laser light or strong light, and an oxidizing atmosphere containing a halogen element. And a step of removing or reducing the metal element present in the active layer by performing a second heat treatment, a step of removing the thermal oxide film formed in the step, Forming a thermal oxide film by thermal oxidation, wherein the active layer has a slanted shape with an angle formed between the side surface and the base surface of 20 ° to 50 °. I will provide a.

(18)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜に対しレーザー光又は強光の照射を行う工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (18) In the present invention, a crystalline silicon film is obtained by intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film and crystallizing the amorphous silicon film by a first heat treatment. A step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or strong light, and a second heat treatment in an oxidizing atmosphere to remove the metal element present in the crystalline silicon film or A step of reducing, a step of removing the thermal oxide film formed in the step, and a step of forming a thermal oxide film on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(19)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜に対しレーザー光又は強光の照射を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を該結晶性珪素膜中において拡散させる工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中にゲッタリングする工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (19) In the present invention, a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or strong light to diffuse the metal element present in the crystalline silicon film in the crystalline silicon film; and in an oxidizing atmosphere. Performing a second heat treatment to getter the metal element present in the crystalline silicon film into the thermal oxide film to be formed; and removing the thermal oxide film formed in the process; And a step of forming a thermal oxide film on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by re-thermal oxidation.

(20)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的且つ選択的に導入する工程と、該非晶質珪素膜に対して第1の加熱処理を施し、該意図的かつ選択的に金属元素が導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、レーザー光又は強光の照射を行って該結晶成長した領域中に存在する当該金属元素を拡散させる工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶成長した領域に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中にゲッタリングする工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (20) The present invention intentionally and selectively introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film, and performs a first heat treatment on the amorphous silicon film, A step of crystal growth in a direction parallel to the film from the region where the metal element is intentionally and selectively introduced, and the metal present in the crystal growth region by irradiation with laser light or strong light A step of diffusing the element, a second heat treatment in an oxidizing atmosphere, and a step of gettering the metal element present in the crystal-grown region in the thermal oxide film to be formed; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing a formed thermal oxide film; and a step of forming a thermal oxide film by re-thermal oxidation on a surface of a region from which the thermal oxide film has been removed. provide.

(21)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する工程と、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (21) The present invention intentionally introduces a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, and crystallizes the amorphous silicon film by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. A step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device, a step of irradiating the active layer with laser light or strong light, and a second heating in an oxidizing atmosphere. Performing a treatment to remove or reduce the metal element present in the active layer, removing a thermal oxide film formed in the step, and thermally oxidizing the surface of the active layer by thermal oxidation again. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film.

(22)本発明は、非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する工程と、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う工程と、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有し、該活性層は側面が下地面とのなす角が20°〜50°を有する傾斜した形状を有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (22) In the present invention, a crystalline silicon film is obtained by intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film and crystallizing the amorphous silicon film by a first heat treatment. A step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device, a step of irradiating the active layer with laser light or strong light, and a second heating in an oxidizing atmosphere. Performing a treatment to remove or reduce the metal element present in the active layer, removing a thermal oxide film formed in the step, and thermally oxidizing the surface of the active layer by thermal oxidation again. And providing a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the active layer has an inclined shape whose side surface makes an angle of 20 ° to 50 ° with the base surface.

(23)本発明は絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する工程と、温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した後に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有し、該第2の加熱処理の温度は該第1の加熱処理の温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (23) The present invention includes a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, a step of intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film, and a temperature. A step of crystallizing the amorphous silicon film by a first heat treatment at 750 ° C. to 1100 ° C. to obtain a crystalline silicon film, and a step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device; A step of removing or reducing the metal element present in the active layer by performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, and a step of removing the thermal oxide film formed in the step And a step of forming a thermal oxide film by thermal oxidation again after removing the thermal oxide film, wherein the temperature of the second heat treatment is higher than the temperature of the first heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(24)本発明は絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する工程と、温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って、該活性層中に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中にゲッタリングさせる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した後に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有し、該第2の加熱処理の温度は該第1の加熱処理の温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (24) The present invention includes a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, a step of intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film, and a temperature. A step of crystallizing the amorphous silicon film by a first heat treatment at 750 ° C. to 1100 ° C. to obtain a crystalline silicon film, and a step of patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device; A step of performing a second heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to getter the metal element present in the active layer into a thermal oxide film to be formed; And removing the thermal oxide film, and forming the thermal oxide film by thermal oxidation again after removing the thermal oxide film, and the temperature of the second heat treatment is the first heating temperature. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being higher than a processing temperature. Subjected to.

(25)本発明は絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的且つ選択的に導入する工程と、温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により該非晶質珪素膜の当該金属元素が意図的且つ選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる工程と、パターニングを行って該膜に平行な方向に結晶成長した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する工程と、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中にゲッタリングさせる工程と、該工程で形成された熱酸化膜を除去する工程と、該熱酸化膜を除去した後に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを有し、該第2の加熱処理の温度は該第1の加熱処理の温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (25) The present invention includes a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of intentionally and selectively introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film. And a step of crystal growth in a direction parallel to the film from a region where the metal element of the amorphous silicon film is intentionally and selectively introduced by a first heat treatment at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C. A step of forming an active layer of a semiconductor device using a region that has been crystallized in a direction parallel to the film by patterning, and a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. A step of gettering the metal element present in the thermal oxide film to be formed; a step of removing the thermal oxide film formed in the step; and thermal oxidation again after removing the thermal oxide film And a step of forming a thermal oxide film by Temperature of the second heat treatment to provide a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the higher than the temperature of the first heat treatment.

(26)本発明は、非晶質珪素膜を形成する工程と、該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を接して保持させる工程と、第1の加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、酸素と水素とフッ素とを含む雰囲気中において温度500℃〜700℃での第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (26) The present invention performs a step of forming an amorphous silicon film, a step of holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film, and a first heat treatment Crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and performing a second heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. in an atmosphere containing oxygen, hydrogen and fluorine Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a thermal oxide film on a surface of a film and a step of removing the thermal oxide film.

(27)本発明は、非晶質珪素膜を形成する工程と、該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を接して保持させる工程と、第1の加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、酸素と水素とフッ素と塩素とを含む雰囲気中において温度500℃〜700℃での第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (27) The present invention performs a step of forming an amorphous silicon film, a step of holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film, and a first heat treatment Crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and performing a second heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. in an atmosphere containing oxygen, hydrogen, fluorine and chlorine There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, characterized by comprising a step of forming a thermal oxide film on the surface of a conductive silicon film and a step of removing the thermal oxide film.

(28)本発明は、非晶質珪素膜を形成する工程と、該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を接して保持させる工程と、加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程と、フッ素及び/又は塩素を含む雰囲気中においてウエット酸化膜を前記結晶性珪素膜の表面に形成する工程と、該酸化膜を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (28) The present invention includes a step of forming an amorphous silicon film, a step of holding a metal element for promoting crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film, and a heat treatment to perform the amorphous process. A step of crystallizing a crystalline silicon film to obtain a crystalline silicon film, a step of forming a wet oxide film on the surface of the crystalline silicon film in an atmosphere containing fluorine and / or chlorine, and a step of removing the oxide film A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(29)本発明は、結晶性を有する珪素膜を有する半導体装置であって、該珪素膜には珪素の結晶化を助長する金属元素が1×1016cm-3〜5×1018cm-3の濃度で含まれ、フッ素原子が1×1015cm-3〜1×1020cm-3の濃度で含まれ、水素原子が1×1017cm-3〜1×1021cm-3の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置を提供する。なお、濃度単位「・・・cm-3」は1立方センチメートル当たりの原子数(atoms/cm3) の意味であり、この点、本明細書中同じである。 (29) The present invention is a semiconductor device having a silicon film having crystallinity, and a metal element that promotes crystallization of silicon is 1 × 10 16 cm −3 to 5 × 10 18 cm − in the silicon film. 3 with a concentration of fluorine atoms of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 and hydrogen atoms of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . Provided is a semiconductor device characterized by being contained in a concentration. The concentration unit “... Cm −3 ” means the number of atoms per cubic centimeter (atoms / cm 3 ), and this is the same in this specification.

(30)本発明は、非晶質珪素膜を形成する工程と、該非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する工程と、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工程と、該結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、該結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (30) The present invention includes a step of forming an amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, and heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added. Then, a step of growing a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, a step of removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and a step of depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

(31)本発明は、非晶質珪素膜を形成する工程と、レーザー光を照射して該非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する工程と、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工程と、該結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、該結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (31) In the present invention, a step of forming an amorphous silicon film, a step of irradiating a laser beam to crystallize the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, and a fluorine compound gas are added. Heating in an oxidizing atmosphere to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and insulating the surface of the crystalline silicon film A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a film.

(32)本発明は、絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジスタを作製する方法において、非晶質珪素膜を形成する工程と、該非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する工程と、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工程と、該結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、該結晶性珪素膜を整形して薄膜トランジスタの活性層を形成する工程と、該活性層の表面に絶縁膜を堆積して、少なくともチャネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成する工程と、該ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成する工程と、該ゲイト電極をマスクにして該活性層に導電型を付与する不純物イオンを注入して、ソース、ドレインを自己整合的に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。   (32) The present invention relates to a method of forming a thin film transistor over a substrate having an insulating surface, a step of forming an amorphous silicon film, and a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film. Heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; Shaping the crystalline silicon film to form an active layer of the thin film transistor; depositing an insulating film on the surface of the active layer to form a gate insulating film on at least the surface of the channel region; and Forming a gate electrode on the surface of the film, and implanting impurity ions imparting a conductivity type into the active layer using the gate electrode as a mask to form a source and a drain in a self-aligned manner. Features To provide a method for manufacturing a semiconductor device to be.

(33)本発明は、絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジスタを作製する方法において、非晶質珪素膜を形成する工程と、該非晶質珪素膜を結晶化し結晶性珪素膜を形成する工程と、該結晶性珪素膜にレーザー光を照射する工程と、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工程と、該結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、該結晶性珪素膜を整形して、薄膜トランジスタの活性層を形成する工程と、該活性層の表面に絶縁膜を堆積して少なくともチャネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成する工程と、該ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成する工程と、該ゲイト電極をマスクにして該活性層に導電型を付与する不純物イオンを注入して、ソース、ドレインを自己整合的に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供するものである。   (33) The present invention provides a method for forming a thin film transistor over a substrate having an insulating surface, a step of forming an amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, Irradiating the crystalline silicon film with laser light, heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added, and growing a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; and Removing the thermal oxide film on the surface of the film, shaping the crystalline silicon film to form an active layer of the thin film transistor, and depositing an insulating film on the surface of the active layer to form at least the surface of the channel region A step of forming a gate insulating film; a step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film; and implanting impurity ions imparting conductivity type to the active layer using the gate electrode as a mask, The self There is provided a method for manufacturing a semiconductor device characterized by comprising the step of coupling formed.

以上のとおり、本発明によれば、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られた結晶性珪素膜における当該金属を除去し、またその濃度を減少させることができ、酸素等を含む酸化性雰囲気、特にハロゲンが添加された酸化性雰囲気で当該金属をケッタリングすることにより、優れた結晶性を有する珪素膜が得られる。また、これらの結晶性珪素膜を用いて、より信頼性が高く、優れた性能を備えた薄膜半導体装置が得られる。   As described above, according to the present invention, the metal in the crystalline silicon film obtained by using the metal element that promotes the crystallization of silicon can be removed, and the concentration thereof can be reduced. A silicon film having excellent crystallinity can be obtained by kettering the metal in an oxidizing atmosphere, particularly an oxidizing atmosphere to which halogen is added. Further, a thin film semiconductor device having higher reliability and superior performance can be obtained by using these crystalline silicon films.

また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、フッ素が添加された酸化性雰囲気中で熱酸化膜を成長させるようにすることにより、ガラス基板の歪み点以下の温度で、数時間〜10数時間加熱することで、数100オングストロームの膜厚に熱酸化膜を成長させることが可能である。また、熱酸化膜を成長させることにより、余剰のSiが生成され、結晶性珪素膜の結晶粒界の欠陥をSiでパッシベーションすることができるため、水素プラズマ処理を不要にすることが可能になる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a thermal oxide film is grown in an oxidizing atmosphere to which fluorine is added, so that the temperature is below the strain point of the glass substrate for several hours to several tens. By heating for a period of time, it is possible to grow a thermal oxide film to a film thickness of several hundred angstroms. Further, by growing the thermal oxide film, surplus Si is generated, and defects in the crystal grain boundary of the crystalline silicon film can be passivated with Si, so that hydrogen plasma treatment can be eliminated. .

さらに、熱酸化工程により、結晶性珪素膜の表面を平坦化することが可能であるため、レーザー光を照射して結晶性珪素膜を得る工程を採用しても、堆積膜から成るゲイト絶縁膜とを被覆性良く成膜することが可能である。このため、ゲイト絶縁膜と活性層との界面準位を低くすることができる。またレーザー光を照射して得られた結晶性珪素膜は結晶性に優れるため、半導体装置の移動度をより向上させることもできる。従って、ガラス基板のように、例えば1000℃程度というような高温での処理が困難な基板上に、高移動度、高信頼性のTFT等の絶縁ゲイト型の半導体装置を作製することができる。   Furthermore, since the surface of the crystalline silicon film can be flattened by a thermal oxidation process, the gate insulating film made of a deposited film can be used even if a process of obtaining a crystalline silicon film by irradiating a laser beam is adopted. Can be formed with good coverage. For this reason, the interface state between the gate insulating film and the active layer can be lowered. Further, since the crystalline silicon film obtained by laser irradiation is excellent in crystallinity, the mobility of the semiconductor device can be further improved. Therefore, an insulating gate type semiconductor device such as a high mobility and high reliability TFT can be manufactured on a substrate that is difficult to process at a high temperature such as about 1000 ° C., such as a glass substrate.

本発明の典型的な一態様においては、まず、予め形成した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を導入し、当該金属元素を利用して結晶性珪素膜を形成する。次いでこの結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成することにより、当該金属元素を該熱酸化膜中へ移行ないしはゲッタリングさせ、該結晶性珪素膜中における当該金属元素の濃度を低下させ又は当該金属元素を除去する。   In a typical embodiment of the present invention, first, a metal element that promotes crystallization of silicon is introduced into the surface of a previously formed amorphous silicon film, and a crystalline silicon film is formed using the metal element. To do. Next, by forming a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, the metal element is transferred or gettered into the thermal oxide film, and the concentration of the metal element in the crystalline silicon film is reduced or The metal element is removed.

上記非晶質珪素膜の形成は、プラズマCVD法や減圧熱CVD法、その他適宜の手法により行うことができる。該非晶質珪素膜は適宜の固体の面上に形成するが、半導体装置として構成する場合には基板上に形成される。基板としては特に限定はなく、ガラス基板や石英基板のほか、セラミックス基板その他の基板が使用される。また、該非晶質珪素膜は、それらの基板の表面上に形成された、例えば酸化珪素膜等の膜上にも形成されるが、本明細書中基板とは、これらの場合をも含めた意味である。   The amorphous silicon film can be formed by a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, or any other appropriate method. The amorphous silicon film is formed on an appropriate solid surface, but is formed on a substrate when configured as a semiconductor device. The substrate is not particularly limited, and a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, and other substrates are used. The amorphous silicon film is also formed on a film such as a silicon oxide film formed on the surface of the substrate, but the substrate in this specification includes these cases. Meaning.

次いで、上記のように予め形成した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を導入する。この珪素の結晶化を助長する金属元素としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスニウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)及び金(Au)から選ばれた一種又は複数種類の金属元素が用いられる。これら金属元素については、本明細書に記載する何れの発明においても珪素の結晶化を助長する金属元素として使用される金属元素であり、本明細書中、これらを含めて、適宜「ニッケルで代表される珪素の結晶化を助長する金属元素」と指称している。   Next, a metal element for promoting crystallization of silicon is introduced into the surface of the amorphous silicon film formed in advance as described above. The metal elements that promote the crystallization of silicon include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir ), Platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au), or one or more kinds of metal elements. These metal elements are metal elements that are used as metal elements that promote crystallization of silicon in any of the inventions described in this specification. The metal element that promotes the crystallization of silicon.

これら金属元素を導入する箇所としては、(ア)非晶質珪素膜の全面、(イ)非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面(この態様では、好ましくは非晶質珪素膜の面上にスリット状の開口部が設けられる)、(ウ)非晶質珪素膜の面の端部(例えば非晶質珪素膜の膜面が矩形の面であるとすれば、その一方の端部、二方の端部、三方の端部又は四方の端部、また非晶質珪素膜の膜面が円形の面であれば、その周縁部分、等)、(エ)非晶質珪素膜の膜面中央部、(オ)点状(すなわち、非晶質珪素膜の膜面に所定間隔を置いた点状)等、特に限定はないが、好ましくは上記(ア)〜(イ)の態様で導入される。   The locations where these metal elements are introduced include (a) the entire surface of the amorphous silicon film, and (b) a slit-like surface at an appropriate location on the film surface of the amorphous silicon film (in this embodiment, preferably amorphous) A slit-like opening is provided on the surface of the silicon film), and (c) an end of the surface of the amorphous silicon film (for example, if the film surface of the amorphous silicon film is a rectangular surface) One end, two ends, three ends or four ends, or the peripheral portion of the amorphous silicon film if the film surface is a circular surface, etc.), (d) amorphous There is no particular limitation such as the center of the surface of the porous silicon film, (e) dots (that is, dots with a predetermined interval on the film surface of the amorphous silicon film), and preferably (a) to ( It is introduced in the form of b).

上記(イ)の態様におけるスリット状の面に導入する態様における、スリット状の開口部の寸法としては、特に限定はないが、例えばその導入の仕方として、下記のとおり金属塩の溶液を塗布する態様では、該溶液の濡れ性や流動性等の如何にもよるが、その幅は例えば20μm以上とすることができる。またその長手方向の長さは任意に決めればよく、例えば数十μm〜30cm程度の範囲とすることができる。また、当該金属元素を非晶質珪素膜の裏面に導入する態様も採られ、その表裏両面に導入することもできる。   There is no particular limitation on the size of the slit-shaped opening in the mode of introducing the slit-shaped surface in the mode of (A) above. For example, as a method of introduction, a metal salt solution is applied as follows. In the embodiment, depending on the wettability and fluidity of the solution, the width can be, for example, 20 μm or more. Further, the length in the longitudinal direction may be arbitrarily determined, and for example, it may be in the range of about several tens of μm to 30 cm. Moreover, the aspect which introduce | transduces the said metal element into the back surface of an amorphous silicon film | membrane is also taken, and it can also introduce | transduce into the front and back both surfaces.

また、非晶質珪素膜への、それら金属元素の導入の仕方としては、当該金属元素を非晶質珪素膜の表面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタ法、CVD法、プラズマ処理法(含:プラズマCVD法)、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃度調整が容易であるという点で有用である。金属塩としては各種塩を用いることができ、溶媒としては水のほか、アルコール類、アルデヒド類、エーテル類その他の有機溶媒、或いは水と有機溶媒の混合溶媒を用いることができ、また、それら金属塩が完全に溶解した溶液とは限らず、金属塩の一部又は全部が懸濁状態で存在する溶液であってもよい。   Further, the method for introducing these metal elements into the amorphous silicon film is not particularly limited as long as it is a technique capable of allowing the metal elements to exist on the surface of the amorphous silicon film or inside thereof, for example, a sputtering method. The CVD method, the plasma treatment method (including the plasma CVD method), the adsorption method, and the method of applying a metal salt solution can be used. Among these, the method using a solution is simple and useful in that the concentration of the metal element can be easily adjusted. As the metal salt, various salts can be used, and as the solvent, water, alcohols, aldehydes, ethers and other organic solvents, or a mixed solvent of water and an organic solvent can be used. The solution is not necessarily a solution in which the salt is completely dissolved, and may be a solution in which a part or all of the metal salt is present in a suspended state.

金属塩の種類については、上記のように溶液又は懸濁液として存在し得る塩であれば有機塩や無機塩を問わず何れも使用できる。例えば、鉄塩としては臭化第1鉄、臭化第2鉄、酢酸第2鉄、塩化第1鉄、塩化第1鉄、フッ化塩化第2鉄、硝酸第2鉄、リン酸第1鉄、リン酸第2鉄等が挙げられ、コバルト塩としては、臭化コバルト、酢酸コバルト、塩化コバルト、フッ化コバルト、硝酸コバルト等が挙げられる。   As for the type of metal salt, any organic salt or inorganic salt can be used as long as it can exist as a solution or suspension as described above. For example, ferrous bromide, ferric bromide, ferric acetate, ferrous chloride, ferrous chloride, ferric fluoride, ferric nitrate, ferrous phosphate And ferric phosphate, and cobalt salts include cobalt bromide, cobalt acetate, cobalt chloride, cobalt fluoride, and cobalt nitrate.

また、ニッケル塩としては、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、ヨウ化ニッケル、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テート、4ーシクロヘキシル酪酸ニッケル、2ーエチルヘキサン酸ニッケル等を挙げることができる。また、ルテニウム塩の例としては塩化ルテニウム等が、ロジウム塩の例としては塩化ロジウム等が、パラジウム塩の例としては塩化パラジウム等が、オスミウム塩の例としては塩化オスミウム等が、イリジウム塩の例としては3塩化イリジウムや4塩化イリジウム等が、白金塩の例としては塩化第2白金等が、銅塩の例としては酢酸第2銅、塩化第2銅、硝酸第2銅が、金塩の例としては3塩化金、塩化金等が挙げられる。   Nickel salts include nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel oxide, nickel hydroxide, nickel acetyl acetate, 4-cyclohexyl Examples thereof include nickel butyrate and nickel 2-ethylhexanoate. Examples of ruthenium salts include ruthenium chloride, examples of rhodium salts include rhodium chloride, examples of palladium salts include palladium chloride and the like, examples of osmium salts include osmium chloride, and examples of iridium salts. Examples of platinum salts include iridium trichloride and iridium tetrachloride. Examples of platinum salts include cupric chloride. Examples of copper salts include cupric acetate, cupric chloride, and cupric nitrate. Examples include gold trichloride, gold chloride and the like.

以上のようにして金属元素を非晶質珪素膜へ導入した後、当該金属元素を利用して結晶性珪素膜を形成する。この結晶化は加熱処理(熱結晶化:Solid Phase Crystalization)、レーザー光又は紫外線、赤外線等の強光の照射によって行うが、好ましくは加熱処理が用いられる。また加熱処理で行う場合には、その後にレーザー光の照射又は強光の照射を行ってもよい。この熱結晶化は加熱雰囲気として水素或いは酸素を含む雰囲気でも進行するが、好ましくは窒素やアルゴン等の不活性雰囲気が用いられる。なお、この加熱処理又はこの加熱処理温度を、本明細書中、適宜「第1の加熱処理」又は「第1の加熱処理温度」と指称している。   After introducing a metal element into the amorphous silicon film as described above, a crystalline silicon film is formed using the metal element. This crystallization is performed by heat treatment (thermal crystallization: Solid Phase Crystallization), irradiation with intense light such as laser light, ultraviolet light, infrared light, or the like, and heat treatment is preferably used. In the case of heat treatment, laser light irradiation or strong light irradiation may be performed thereafter. This thermal crystallization proceeds even in an atmosphere containing hydrogen or oxygen as a heating atmosphere, but an inert atmosphere such as nitrogen or argon is preferably used. In addition, this heat treatment or this heat treatment temperature is appropriately referred to as “first heat treatment” or “first heat treatment temperature” in this specification.

上記第1の加熱処理は、温度約450〜1100℃の範囲で行うことができ、好ましくは約550〜1050℃の範囲で行うことができる。結晶化は温度400℃程度でも進行するが、この場合には結晶化速度が遅く、長時間を要することから、その温度は、約450℃以上、好ましくは550℃程度以上である。基板として石英基板等の耐熱性基板を用いる場合には、その温度は、好ましくは700℃以上、さらに好ましくは750℃以上である。その加熱処理温度がより高ければ、より良質の結晶が得られ、また結晶化速度を上げることができる。   The first heat treatment can be performed in a temperature range of about 450 to 1100 ° C., and preferably in a range of about 550 to 1050 ° C. Crystallization proceeds even at a temperature of about 400 ° C. However, in this case, since the crystallization rate is slow and a long time is required, the temperature is about 450 ° C. or higher, preferably about 550 ° C. or higher. When a heat resistant substrate such as a quartz substrate is used as the substrate, the temperature is preferably 700 ° C. or higher, more preferably 750 ° C. or higher. If the heat treatment temperature is higher, higher quality crystals can be obtained, and the crystallization rate can be increased.

基板として、例えば歪点667℃のガラス基板を用いる場合には、その歪点との関係で第1の加熱温度は600〜650℃程度が限度であるが、耐熱性がより高いガラス基板であれば、その以上の温度でもよいことはもちろんである。石英基板の場合には約1100℃まで適用することができるが、1050℃程度以下であるのが好ましい。約1050℃を越えると、石英で形成された治具が歪んでしまったり、装置に負担がかかるからである。この意味では980℃以下とすることが好ましいが、より耐熱性の治具を用いる場合等では1100℃程度でも実施することができる。また、この加熱処理の後に、レーザー光の照射又は赤外線や紫外線等の強光の照射を行うこともできる。   For example, when a glass substrate having a strain point of 667 ° C. is used as the substrate, the first heating temperature is limited to about 600 to 650 ° C. in relation to the strain point, but may be a glass substrate with higher heat resistance. Of course, the temperature may be higher. In the case of a quartz substrate, it can be applied up to about 1100 ° C., but is preferably about 1050 ° C. or less. This is because if the temperature exceeds about 1050 ° C., the jig made of quartz is distorted or a burden is imposed on the apparatus. In this sense, the temperature is preferably 980 ° C. or lower. However, when a more heat-resistant jig is used, it can be performed even at about 1100 ° C. Further, after this heat treatment, irradiation with laser light or irradiation with strong light such as infrared rays or ultraviolet rays can be performed.

次いで、この結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する。本発明においては、これによって、当該金属元素を該熱酸化膜中へ移行、或いはゲッタリングさせ、結晶性珪素膜中における当該金属元素の濃度を低下させ又は当該金属元素を除去することができる。熱酸化膜の形成には酸化性雰囲気を用いるが、その好ましい態様としては、(カ)酸素雰囲気、(キ)酸素を含む雰囲気、(ク)熱酸化膜形成時の温度で酸素を放出する化合物を含む雰囲気、(ケ)ハロゲンを含む雰囲気、(コ)、(カ)〜(ク)の酸素とハロゲンを含む雰囲気等が用いられる。   Next, a thermal oxide film is formed on the surface of the crystalline silicon film. In the present invention, this makes it possible to transfer or getter the metal element into the thermal oxide film, to reduce the concentration of the metal element in the crystalline silicon film, or to remove the metal element. An oxidizing atmosphere is used to form the thermal oxide film, and preferred embodiments thereof include (f) an oxygen atmosphere, (g) an oxygen-containing atmosphere, and (g) a compound that releases oxygen at the temperature at which the thermal oxide film is formed. , An atmosphere containing (halogen), an atmosphere containing oxygen and halogen of (v) and (f) to (c), and the like.

この熱酸化膜の形成は、前記熱結晶化で適用した温度と同様の範囲、すなわち約450〜1100℃の範囲で行うことができ、好ましくは約700〜1050℃の範囲、さらに好ましくは約800〜1050℃の範囲で行うことができる。この温度は、熱結晶化で適用した温度(第1の加熱処理温度)と同程度でも行えるが、熱結晶化で適用した温度よりも高い温度であるのがより好ましい。これによって熱酸化膜を形成するとともに、第1の加熱処理温度と同程度の温度で行った場合に比べて、熱結晶化をさらに進めることができる。   The thermal oxide film can be formed in the same range as the temperature applied in the thermal crystallization, that is, in the range of about 450 to 1100 ° C., preferably in the range of about 700 to 1050 ° C., more preferably about 800. It can carry out in the range of -1050 degreeC. This temperature can be about the same as the temperature applied in the thermal crystallization (first heat treatment temperature), but is preferably higher than the temperature applied in the thermal crystallization. As a result, a thermal oxide film is formed, and thermal crystallization can be further advanced as compared with the case where the thermal oxide film is formed at a temperature similar to the first heat treatment temperature.

こうして結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成するが、この時、酸化性雰囲気中の酸素の作用、ハロゲンの作用又は酸素とハロゲンの作用により、熱酸化膜中に、当該金属元素がゲッタリングされ、結晶性珪素膜中の当該金属元素の濃度が低下するか又は当該金属元素が除去される。さらに熱酸化膜の形成に従い、結晶性珪素膜の結晶性の改善が行われる。なお、この熱酸化膜の形成のための加熱処理又はその温度を、本明細書中、適宜「第2の加熱処理」又は「第2の加熱処理温度」と指称している。   Thus, a thermal oxide film is formed on the surface of the crystalline silicon film. At this time, the metal element is gettered in the thermal oxide film by the action of oxygen in the oxidizing atmosphere, the action of halogen, or the action of oxygen and halogen. The concentration of the metal element in the crystalline silicon film is lowered or the metal element is removed. Further, the crystallinity of the crystalline silicon film is improved in accordance with the formation of the thermal oxide film. Note that the heat treatment for forming the thermal oxide film or the temperature thereof is appropriately referred to as “second heat treatment temperature” or “second heat treatment temperature” in this specification.

次いで、当該金属元素をゲッタリングした該熱酸化膜を除去する。この熱酸化膜を除去する手法としては、該熱酸化膜を除去できる手法であれば特に限定はないが、例えばバッファーフッ酸、その他フッ酸系のエッチャントを用いて行うことができる。こうして、高い結晶性を有し、且つ、当該金属元素が除去され又は当該金属元素の濃度が低い結晶性珪素膜が得られる。この結晶性珪素膜は、半導体装置における各種素子として優れた特性を有し、特にその活性層として極めて優れた特性を有する。   Next, the thermal oxide film gettered with the metal element is removed. The method for removing the thermal oxide film is not particularly limited as long as it is a method capable of removing the thermal oxide film. For example, it can be performed using buffer hydrofluoric acid or other hydrofluoric acid-based etchants. Thus, a crystalline silicon film having high crystallinity and from which the metal element is removed or the concentration of the metal element is low can be obtained. This crystalline silicon film has excellent characteristics as various elements in a semiconductor device, and particularly has extremely excellent characteristics as an active layer thereof.

図1〜図4は、本発明によって得られた結晶性珪素膜の数例についての顕微鏡写真である。図1〜図2は光学顕微鏡による倍率450倍の拡大写真、図3は透過型電子顕微鏡(TEM)による倍率50000倍(5万倍)の拡大写真、図4は、同じく透過型電子顕微鏡による倍率250000倍(25万倍)の拡大写真である。   1 to 4 are photomicrographs of several examples of crystalline silicon films obtained by the present invention. 1 to 2 are magnified photographs at a magnification of 450 times with an optical microscope, FIG. 3 is a magnified photograph at a magnification of 50000 times (50,000 times) with a transmission electron microscope (TEM), and FIG. 4 is a magnification with a transmission electron microscope. It is an enlarged photograph of 250,000 times (250,000 times).

このうち図1は、ニッケル元素を長方形の非晶質珪素膜の一端部に導入、適用して結晶化させて得た結晶性珪素膜であり、図2は、ニッケル元素を非晶質珪素膜の全面に導入、適用して結晶化させて得た結晶性珪素膜である。図1の写真から明らかなとおり、結晶が一端から他の端に向けて平行又はほぼ平行に成長していることが分かる。またニッケル元素を非晶質珪素膜の全面に適用して成長させた場合である、図2の写真では、星状の濃淡が見られ、結晶が多数の点を中心として放射状に成長していることが分かる。   Among these, FIG. 1 shows a crystalline silicon film obtained by introducing and applying nickel element to one end of a rectangular amorphous silicon film, and crystallizing it. FIG. 2 shows the nickel element in an amorphous silicon film. Is a crystalline silicon film obtained by being introduced and applied to the entire surface of the film and crystallized. As is apparent from the photograph of FIG. 1, it can be seen that the crystal grows in parallel or almost in parallel from one end to the other end. Further, in the photograph of FIG. 2, which is a case where nickel element is grown on the entire surface of the amorphous silicon film, star-like shading is seen, and the crystal grows radially around many points. I understand that.

次に、図3〜図4は透過型電子顕微鏡による拡大写真であるが、これら図3〜図4に示す結晶性珪素膜は、概略、以下(A)〜(G)の工程で得たものである(なお、これらの工程は後述実施例21の工程と類似の工程である)。これら(A)〜(G)の工程を模式的に図5として示している。   Next, FIGS. 3 to 4 are enlarged photographs taken with a transmission electron microscope. The crystalline silicon films shown in FIGS. 3 to 4 are generally obtained in the following steps (A) to (G). (These steps are similar to those of Example 21 described later). These steps (A) to (G) are schematically shown in FIG.

(A)充分平滑な平面を有する石英基板を洗浄し、その表面に減圧熱CVD法(LPCVD法)により、非晶質珪素膜を500オングストロームの厚さに成膜した。(B)次に、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD法により酸化珪素膜を700オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより開口を形成した。ここではその開口の幅を30μm、長さを3cmとした。この開口の底部では非晶質珪素が露呈した状態となる。   (A) A quartz substrate having a sufficiently smooth plane was washed, and an amorphous silicon film was formed on its surface to a thickness of 500 angstroms by low pressure thermal CVD (LPCVD). (B) Next, a silicon oxide film having a thickness of 700 angstroms was formed by a CVD method using TEOS (tetraethoxysilane), and an opening was formed by patterning the silicon oxide film. Here, the width of the opening was 30 μm and the length was 3 cm. Amorphous silicon is exposed at the bottom of the opening.

(C)ニッケルが100ppmの濃度(重量換算)のニッケル酢酸塩水溶液をスピンコーターにより、図5中(C)として示すように塗布した。(D)ニッケル酢酸塩水溶液は付着した状態で、窒素雰囲気中、温度600℃(第1の加熱処理温度に相当する)、8時間の加熱処理を行った。(E)酸化珪素膜のマスクを除去し、横成長した領域を有する結晶性珪素膜を得た。   (C) A nickel acetate aqueous solution having a nickel concentration of 100 ppm (weight conversion) was applied by a spin coater as shown in FIG. (D) With the nickel acetate aqueous solution attached, a heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. (corresponding to the first heat treatment temperature) for 8 hours. (E) The mask of the silicon oxide film was removed to obtain a crystalline silicon film having a laterally grown region.

(F)HClを3体積%含有した酸素雰囲気(常圧)中で、温度950℃(第2の加熱処理温度に相当する)、20分の加熱処理を行った。この結果200オングストロームの酸化膜が形成され、珪素膜の膜厚は400オングストロームとなった。なお、この熱酸化膜の形成時における、結晶性珪素膜の膜厚の減少に従い、未結晶状態、或いは完全には結晶化していない珪素が、熱酸化膜の形成に消費され、結晶性の改善、結晶粒界の不活性化が進行すると推認される。次いで、(G)、(F)で形成された酸化膜をバッファーフッ酸を用いて除去した。   (F) Heat treatment was performed for 20 minutes at a temperature of 950 ° C. (corresponding to the second heat treatment temperature) in an oxygen atmosphere (normal pressure) containing 3% by volume of HCl. As a result, an oxide film of 200 angstroms was formed, and the film thickness of the silicon film was 400 angstroms. As the film thickness of the crystalline silicon film decreases during the formation of the thermal oxide film, silicon that has not been crystallized or is not completely crystallized is consumed for the formation of the thermal oxide film, thereby improving the crystallinity. It is presumed that the inactivation of grain boundaries proceeds. Next, the oxide film formed in (G) and (F) was removed using buffered hydrofluoric acid.

図3〜図4から明らかなとおり、本発明に係る結晶性珪素膜中の結晶は、下記(サ)〜(ス)の特徴を有していることが分かる。(サ)結晶格子の構造がほぼ特定方向に連続的に連なっている。(シ)細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶に成長している。(ス)複数の細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶に成長し、且つ、それらが間隔を置いて平行又はほぼ平行に成長している。また、図4の写真を見ると、例えば左下から右上への斜め方向に0.15μm程度の幅の細い棒状結晶が延びており、両幅端縁には明確な境界(結晶粒界)があることが分かる。なお、図3〜図4の写真に線状等の濃淡が観られるのは、各棒状結晶間の結晶面の向きの違いによるものである。   As is apparent from FIGS. 3 to 4, it can be seen that the crystal in the crystalline silicon film according to the present invention has the following characteristics (S) to (S). (C) The structure of the crystal lattice is continuously continuous in a specific direction. (F) Grows into thin rod-like crystals or thin flat rod-like crystals. (S) Grows into a plurality of thin rod-like crystals or thin flat rod-like crystals, and they grow in parallel or almost in parallel with a gap. Further, when viewing the photograph in FIG. 4, for example, a thin rod-like crystal having a width of about 0.15 μm extends in a diagonal direction from the lower left to the upper right, and there is a clear boundary (crystal grain boundary) at both width edges. I understand that. In addition, it is due to the difference in the orientation of the crystal plane between the rod-like crystals that the lines in the photographs of FIGS.

この点、後述各実施例で得られた結晶性珪素膜についても、光学顕微鏡及び透過型電子顕微鏡により個々に観察したが、結晶径(幅)には相違が観られるが、何れも上記(サ)〜(ス)のような特徴を有していた〔なお、各結晶棒の径(幅)には、0.1〜1μm程度というように、ある程度の相違が観られた〕。   In this regard, the crystalline silicon films obtained in each of the examples described later were also individually observed with an optical microscope and a transmission electron microscope, but there were differences in the crystal diameter (width). The diameter (width) of each crystal rod had a certain difference such as about 0.1 to 1 μm].

このように、本発明に係る結晶性珪素膜中の結晶は、巨視的に観ても、微視的に観ても、平行又はほぼ平行に成長し、上記(サ)〜(ス)の特徴を有している。そしてその見方を変えると、それら各結晶のそれぞれは単結晶であるが、それらの集合体としてみれば、一種の多結晶(Polyーcrystal)状態であると云うこともできる。   As described above, the crystal in the crystalline silicon film according to the present invention grows in parallel or substantially in parallel regardless of whether it is viewed macroscopically or microscopically. have. From a different perspective, each of these crystals is a single crystal, but when viewed as an aggregate thereof, it can be said that it is a kind of poly-crystal state.

図7(a)〜(b)は、本発明で得られた結晶性珪素膜について、上記図1〜図4で代表される数多くの顕微鏡写真から観察された結果を基に想定される結晶成長の形態を模式的に図示したものである。まず、図7(a)は、一例として非晶質珪素膜面の一端に珪素の結晶化を助長する金属元素を存在させて成長させた場合である。この場合、珪素の結晶は、金属の添加領域から結晶格子が連続的に連なり、線状に、しかも平行又はほぼ平行に成長する。   FIGS. 7A to 7B show crystal growth assumed based on the results observed from a number of micrographs represented by FIGS. 1 to 4 for the crystalline silicon film obtained in the present invention. Is schematically illustrated. First, FIG. 7A shows a case where a metal element that promotes crystallization of silicon is present at one end of the amorphous silicon film surface and grown. In this case, the crystal of silicon grows linearly and in parallel or substantially in parallel with the crystal lattice continuously from the metal addition region.

次に、図7(b)は、珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜面の全面に存在させて成長させた場合である。この場合には、珪素の結晶は、非晶質珪素膜面の全面において無数の点中心から放射状に成長し、放射状の各結晶は結晶格子が連続的に連なって棒状に成長している。また各点中心から延びる相隣る放射状結晶棒の位置関係をみると、各結晶棒が相互に平行又はほぼ平行に成長する(全体として観れば放射状、即ち末広がりになっているが、結晶成長方向の一部分をカットして観ると、各結晶棒は相互に平行又はほぼ平行になっている)。   Next, FIG. 7B shows a case where a metal element that promotes crystallization of silicon is grown on the entire surface of the amorphous silicon film. In this case, the silicon crystal grows radially from the center of an infinite number of points on the entire surface of the amorphous silicon film, and each of the radial crystals grows in a rod shape with continuous crystal lattices. Moreover, when the positional relationship between adjacent radial crystal rods extending from the center of each point is seen, the crystal rods grow in parallel or almost in parallel to each other (when viewed as a whole, they are radial, that is, spread toward the end, but the crystal growth direction The crystal rods are parallel or nearly parallel to each other).

ところで、例えばTFT(一般のMOS型トランジスタも同じであるが、ここではTFTを例にし、これを中心に記載する)の動作速度を高くするには、チャネル長を短かくすることが有効である。しかしチャネル長を1μm以下というように短かくすると、短チャネル効果と呼ばれる不都合が生じる。具体的にはサブスレッシュルド特性の悪化、しきい値の減少といった問題が発生する。   By the way, it is effective to shorten the channel length in order to increase the operation speed of, for example, a TFT (the same applies to a general MOS transistor, but here the TFT is taken as an example, and this will be described mainly). . However, if the channel length is shortened to 1 μm or less, a disadvantage called a short channel effect occurs. Specifically, problems such as deterioration of subthreshold characteristics and a decrease in threshold value occur.

ここで、サブスレッショルド特性(S値とも指称される)とは、図8に模式的に示すように、TFTのスイッチをONとした時点における立ち上がり特性を意味する。具体的には立ち上がりが急峻ならば、サブスレッショルド特性は良く、そのTFTは高速動作をさせることができる。他方、サブスレッショルド特性が悪いTFTは立ち上がり曲線の傾きが小さく(=曲線が寝ている)、高速動作には向かないものとなる。   Here, the subthreshold characteristic (also referred to as S value) means the rising characteristic at the time when the TFT switch is turned on, as schematically shown in FIG. Specifically, if the rising edge is steep, the subthreshold characteristic is good, and the TFT can operate at high speed. On the other hand, a TFT with poor subthreshold characteristics has a small rising curve slope (= curved curve) and is not suitable for high-speed operation.

短チャネル効果におけるサブスレッショルド特性の悪化は、現時点での技術的知識(現時点での技術的知識ないしは従来の理論)からすると、以下のように説明することができる。まずチャネルが短かくなるということは、ソース領域とドレイン領域の距離が短かくなることを意味する。一般にチャネルは真性(I型半導体)であり、ソース領域、ドレイン領域はN型又はP型である。例えば真性半導体とN型半導体とが接すれば、N型半導体の半導体としての性質が真性半導体の内部へ影響を及ぼすが、このことはPN接合モデルの例からも理解される。   The deterioration of the subthreshold characteristic due to the short channel effect can be explained as follows based on the current technical knowledge (current technical knowledge or conventional theory). First, a shorter channel means a shorter distance between the source region and the drain region. In general, the channel is intrinsic (I-type semiconductor), and the source region and the drain region are N-type or P-type. For example, if an intrinsic semiconductor and an N-type semiconductor are in contact with each other, the properties of the N-type semiconductor as a semiconductor affect the inside of the intrinsic semiconductor. This can also be understood from an example of a PN junction model.

TFTの場合、上記の影響はチャネルの内部へと及ぼされることになる。すなわち、ソース領域、ドレイン領域からチャネル内部へとN型又はP型の影響が及ぶことになる。この影響の具合い、すなわち該影響が及ぶ距離はチャネルが短かくなっても変わらない。   In the case of TFT, the above effect will be exerted inside the channel. That is, an N-type or P-type influence is exerted from the source region and drain region to the inside of the channel. The extent of this effect, i.e., the distance over which it affects, does not change as the channel becomes shorter.

チャネル長がどんどん短かくなってゆくと、チャネル長の寸法に対する上記ソース領域、ドレイン領域からチャネルへ及ぼされる影響が無視できなくなる。極端な場合には、ソース領域、ドレイン領域からチャネル内部へと及ぼされる影響の距離がチャネル長よりも長くなる場合もあり得る。このような状態においてはゲイト電極からの電界の印加によって、チャネルの導電型の変化が制御され、ソース領域、ドレイン間の導電率が変化するというTFT(MOS型トランジスタについても同じ)の動作に障害が出てくる。そして、この結果、サブスレッショルド特性の悪化という状態が生じる。   As the channel length becomes shorter and shorter, the influence on the channel length from the source region and drain region to the channel cannot be ignored. In an extreme case, the distance of the influence exerted from the source region and the drain region to the inside of the channel may be longer than the channel length. In such a state, the change in the conductivity type of the channel is controlled by the application of the electric field from the gate electrode, and the operation of the TFT (the same applies to the MOS type transistor) in which the conductivity between the source region and the drain changes is an obstacle. Comes out. As a result, a state in which the subthreshold characteristic is deteriorated occurs.

従って、以上のような技術認識(現時点での技術的知識ないしは従来の理論)からすると、本発明により得られる結晶性珪素膜を使用したTFTにおいても、当然、短チャネル効果が現われることが予想される。ところが、本発明により得られる結晶性珪素膜を使用したTFTでは、1μm以下のチャネル長であっても短チャネル効果が現われず、そのような障害や悪化がないことが分かった。   Accordingly, based on the above technical recognition (current technical knowledge or conventional theory), it is naturally expected that the short channel effect appears in the TFT using the crystalline silicon film obtained by the present invention. The However, in the TFT using the crystalline silicon film obtained by the present invention, it has been found that even if the channel length is 1 μm or less, the short channel effect does not appear and there is no such obstacle or deterioration.

本発明で得られる、前述(サ)〜(ス)の特徴を有する結晶性珪素膜の結晶、即ち、(サ)結晶格子構造が概略特定方向において連続的に連なっている、(シ)細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶に成長している、或いは(ス)複数の細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶に成長し、且つ、それらが間隔を置いて平行又はほぼ平行に成長している、結晶においては、短チャネル効果がみられないばかりか、従来の技術認識では説明の付かないきわめて良好なサブスレッショルド特性を示し、そしてこれに見合った高速動作をすることが分かった。   Crystals of the crystalline silicon film obtained in the present invention having the above-mentioned features (sa) to (su), that is, (sa) crystal lattice structures are continuously connected in a substantially specific direction. In a crystal that grows into a crystal or thin flat rod-like crystal, or (su) grows into a plurality of thin rod-like crystals or thin flat rod-like crystals, and they grow in parallel or nearly parallel at intervals In addition to the fact that the short channel effect is not observed, it has been shown that it exhibits a very good subthreshold characteristic that cannot be explained by conventional technical recognition, and operates at a high speed corresponding to this.

表1〜表2及び図9はその一例を示すものである。ここで使用した半導体装置は、前述図5に示す工程に続き、概略、以下の(H)〜(L)の工程で作製したものである。これらの工程を図6として図示している。なお、図6中(G)の工程については図5に示す工程中の(G)工程に相当している。   Tables 1 and 2 and FIG. 9 show an example. The semiconductor device used here is generally manufactured by the following processes (H) to (L) following the process shown in FIG. These steps are illustrated as FIG. Note that step (G) in FIG. 6 corresponds to step (G) in the step shown in FIG.

(H)、(A)〜(F)までの工程で形成された結晶性珪素膜をパターニングし、薄膜トランジスタの活性層を形成した。(I)次いで、GI膜(ゲイトインシュレイター膜)として、酸化珪素膜を、成膜ガスとしてSiH4+N2Oの混合ガスを用いてプラズマCVD法により成膜した。 The crystalline silicon film formed in the steps (H) and (A) to (F) was patterned to form an active layer of the thin film transistor. (I) Next, a silicon oxide film was formed as a GI film (gate insulator film) by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 + N 2 O as a film forming gas.

(J)HClを3体積%含有した酸素雰囲気(常圧)中で、温度950℃、28分の加熱処理を行った。この結果、300オングストロームの熱酸化膜が形成され、結晶性珪素膜の膜厚は250オングストロームであった。なお、この熱酸化膜の形成時における、結晶性珪素膜の膜厚の減少に従い、未結晶状態、或いは完全には結晶化していない珪素が、熱酸化膜の形成に消費され、結晶性の改善、結晶粒界の不活性化が進行すると推認される。また、ここで形成された熱酸化膜は、GI膜中に活性化された酸素分子が侵入する関係から、活性層の表面に形成されている。   (J) Heat treatment was performed at 950 ° C. for 28 minutes in an oxygen atmosphere (normal pressure) containing 3% by volume of HCl. As a result, a 300 angstrom thermal oxide film was formed, and the thickness of the crystalline silicon film was 250 angstrom. As the film thickness of the crystalline silicon film decreases during the formation of the thermal oxide film, silicon that has not been crystallized or is not completely crystallized is consumed for the formation of the thermal oxide film, thereby improving the crystallinity. It is presumed that the inactivation of grain boundaries proceeds. Further, the thermal oxide film formed here is formed on the surface of the active layer because activated oxygen molecules enter the GI film.

(K)スパッタ法により、4000オングストローム厚のアルミニウム膜を形成し、また、このアルミニウムにはスカンジウムを0.18重量%含有させた。さらにアルミニウム膜の表面に約100オングストロームの陽極酸化膜を形成した。(L)次いで、レジストマスクを配置し、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極の原型を作製した。   (K) An aluminum film having a thickness of 4000 angstroms was formed by sputtering, and 0.18% by weight of scandium was contained in the aluminum. Further, an anodic oxide film of about 100 Å was formed on the surface of the aluminum film. (L) Next, a resist mask was placed and the aluminum film was patterned to produce a prototype gate electrode.

表1はNチャネル型のTFT、表2はPチャネル型のTFTとして構成したものについての実測値である。表1〜表2中、測定点1〜20とは、上記のとおり作製した一バッチの結晶性珪素膜の膜面の各箇所を用いて作製したものという意味である。まず表1から明らかなとおり、Nチャネル型TFTとして構成した場合、そのうち特にS値(Sーvalue)についてみると、その値は非常に小さく、ほぼ80mV/decade前後、全体としても70〜90mV/decadeの範囲におさまり、特に測定点13の場合には72.53mV/decadeという小さな値を示している。   Table 1 shows measured values for an N-channel TFT, and Table 2 shows a configuration for a P-channel TFT. In Tables 1 and 2, the measurement points 1 to 20 mean that the measurement points 1 to 20 were prepared using each part of the film surface of one batch of crystalline silicon film prepared as described above. First, as is apparent from Table 1, when an N-channel TFT is configured, the S value (S-value) is particularly small, and the value is very small, approximately 80 mV / decade, and 70 to 90 mV / total as a whole. It falls within the range of decade, and particularly in the case of the measurement point 13, a small value of 72.53 mV / decade is shown.

S値(サブスレッショルド係数)は、図8に示すようなIDーVGカーブの立ち上がり部分における最大傾きの逆数として定義され、換言すれば、ドレイン電流を1桁増加させるのに必要なゲイト電圧の増加分と把握される。即ち、S値が小さいほど、立ち上がり部分の傾きが急峻となり、スイッチング素子としての応答性が優れ、高速動作をさせることができる。 S value (sub-threshold coefficient) is defined as the inverse of the maximum gradient in the I D over V G rising part of the curve as shown in FIG. 8, in other words, required gate voltage to increase the drain current by one digit It is grasped as an increase of. That is, as the S value is smaller, the slope of the rising portion becomes steeper, the response as a switching element is excellent, and high-speed operation can be performed.

理論式から導かれるS値の理想値は60mV/decadeであり、これまで単結晶ウェハーを用いたトランジスタではこれに近い値が得られているが、従来の一般的な低温ポリシリコンを用いたTFTでは300〜500mV/dacade程度が限界である。このことからして、上記本発明に係る結晶性珪素膜を用いたTFTにおける80mV/decade前後というS値は、極めて優れた特性であり、驚異的な特性と云える。   The ideal value of the S value derived from the theoretical formula is 60 mV / decade. A transistor using a single crystal wafer has been obtained so far, but a TFT using a conventional general low-temperature polysilicon is used. Then, the limit is about 300 to 500 mV / dcade. From this, the S value of around 80 mV / decade in the TFT using the crystalline silicon film according to the present invention is an extremely excellent characteristic and can be said to be an amazing characteristic.

また、表2は本発明に係る結晶性珪素膜を用いてPチャネル型のTFTとして構成した場合についての実測値である。この場合のS値(Sーvalue)についてみると、Nチャネル型TFTの場合と同じく、この場合にも、そのS値は非常に小さく、ほぼ80mV/decade前後、全体としても70〜100mV/dcadeの範囲におさまり、特に測定点4では72.41mV/decadeという小さな値を示している。これらの値の意味は、プラス(+)、マイナス(−)を逆に見るだけで、上記Nチャネル型TFTの場合と同じである。   Table 2 shows actual measurement values when the crystalline silicon film according to the present invention is used to form a P-channel TFT. As for the S value (S-value) in this case, as in the case of the N-channel TFT, in this case, the S value is very small, approximately 80 mV / decade, and 70 to 100 mV / dcade as a whole. In particular, the measurement point 4 shows a small value of 72.41 mV / decade. The meaning of these values is the same as in the case of the N-channel TFT only by looking at the plus (+) and minus (−) in reverse.

以上のほか、表1〜表2中の各特性(符号)の意味は以下のとおりである。表1〜表2から明らかなとおり、これら何れの特性についても実用上充分に耐え得る値を示している。Ionとは、TFTがON状態にある時に流れるドレイン電流であり、VD=1V(1ボルト)の時をIonー1(なお、Ionー1における横棒「ー」については、通常、表1のとおり文字中心より下に記載されるが、ここでは文字中心に引いている。この点、横棒「ー」を持つ以下の各符号についても同じである)、VD=5Vの時をIonー2としている。Ionの大きいTFTほど、短時間に多くの電流を流すことができる。   In addition to the above, the meaning of each characteristic (symbol) in Tables 1 and 2 is as follows. As is clear from Tables 1 and 2, these characteristics are values that can be sufficiently practically used. Ion is a drain current that flows when the TFT is in the ON state. When VD = 1V (1 volt), Ion-1 (note that the horizontal bar “-” in Ion-1 is normally Although it is described below the center of the character as shown, it is drawn at the center of the character.This is the same for the following symbols having a horizontal bar “-”), and when VD = 5 V, Ion-2 It is said. A TFT having a larger Ion can pass a larger amount of current in a shorter time.

Ioffとは、TFTがOFF状態にある時に流れるドレイン電流であり、VD=1V(1ボルト)の時をIoffー1、VD=5Vの時をIoffー2としている。OFF状態の時に電流が流れると、その分だけ電力を消費するので、Ioffを小さくすることは極めて重要であり、またIoffが大きいと、例えば液晶に保持した電荷がIoffによって流出するといった問題も生じる。   Ioff is a drain current that flows when the TFT is in an OFF state. Ioff-1 is set when VD = 1V (1 volt), and Ioff-2 is set when VD = 5V. When current flows in the OFF state, power is consumed correspondingly. Therefore, it is extremely important to reduce Ioff. When Ioff is large, there is a problem that, for example, charge held in the liquid crystal flows out due to Ioff. .

Ion/Ioffー1、Ion/Ioffー2については、例えばIon/Ioffー1とは、Ionー1とIoffー1との比をとったもので、ON電流とOFF電流がどれだけの桁数だけ異なるかを表わしている。Ion/Ioffの比が大きいほど、スイッチング特性に優れており、パネルのコントラストを高める上でも重要である。   For Ion / Ioff-1 and Ion / Ioff-2, for example, Ion / Ioff-1 is the ratio of Ion-1 and Ioff-1 and how many digits the ON current and OFF current are. Only the difference. The larger the ratio of Ion / Ioff, the better the switching characteristics, and it is also important for increasing the contrast of the panel.

Vthとは、一般にしきい値電圧と呼ばれるパラメータであり、例えばTFTがON状態に切り替わる電圧と定義される。表中の値は、VD=5の時を評価対象とし、ルートID外挿法で得た値である。Vthが大きいと、ゲイト電極に印加する電圧を高く設定しなければならないので、駆動電圧の増加、さらには消費電力の増加を招くことになる。   Vth is a parameter generally called a threshold voltage, and is defined as a voltage at which a TFT is switched to an ON state, for example. The values in the table are values obtained by the route ID extrapolation method with VD = 5 as an evaluation target. If Vth is large, the voltage applied to the gate electrode must be set high, leading to an increase in drive voltage and further power consumption.

μFEとは、電界効果移動度であり、モビリティとも呼ばれる。μFEはキャリアの移動し易さを示すパラメータであり、μFEが大きいTFTは高速動作に適していると云える。表1〜表2から明らかなとおり、これらの何れの特性についても実用上充分に耐え得る値を示している。   μFE is field effect mobility and is also called mobility. μFE is a parameter indicating the ease of carrier movement, and a TFT having a large μFE is suitable for high-speed operation. As is clear from Tables 1 and 2, these characteristics are values that can be sufficiently practically used.

図9(a)〜(b)は、以上の実測データから代表的な値のものを選んで、IDーVG特性を実測してグラフ化した図である。このうち図9(a)はNチャネル型TFTの場合、図9(b)はPチャネル型TFTの場合であり、何れもVD=1V(1ボルト)の場合について示している。図9(a)〜(b)における横軸はゲイト電圧(V)、縦軸はドレイン電流(A)を示し、縦軸の目盛は「1Eー13」〜「1Eー01」の範囲、即ち1×10-13〜1×10-1 A(アンペア)の範囲である。 Figure 9 (a) ~ (b) may choose one from the above measured data representative values is a diagram showing a graph of actually measured the I D over V G characteristics. Of these, FIG. 9A shows the case of an N-channel type TFT, and FIG. 9B shows the case of a P-channel type TFT. In both cases, VD = 1V (1 volt) is shown. 9A to 9B, the horizontal axis indicates the gate voltage (V), the vertical axis indicates the drain current (A), and the vertical axis indicates the range of “1E-13” to “1E-01”, that is, It is in the range of 1 × 10 −13 to 1 × 10 −1 A (ampere).

まず、図9(a)のNチャネル型TFTの場合につていみると、IDーVGカーブの立ち上がり部分の傾き、即ち線形領域のカーブが極めて急峻に出ていることが分かる。これは、前述S値が小さいことに対応した特性がそのまま現われたもので、完全にON状態となる時間が非常に短かく、スイッチング素子としての応答性に優れ、高速動作をさせ得ることを示している。また図9(a)中、ゲイト電圧−6〜−0.5Vの範囲が前記表1中のIoffに対応する部分であるが、OFF状態にある時に流れるドレイン電流は極めて小さく、この点でも優れた性質を有することが分かる。 First, when we have the case of the N-channel type TFT Nitsu in FIG. 9 (a), the slope of the rising portion of the I D over V G curve, i.e. it can be seen that the curve in the linear region is out extremely steep. This indicates that the characteristic corresponding to the small S value appears as it is, and the time to be completely turned on is very short, the response as a switching element is excellent, and it can be operated at high speed. ing. In FIG. 9A, the gate voltage range of −6 to −0.5 V corresponds to Ioff in Table 1, but the drain current that flows when in the OFF state is extremely small, which is also excellent in this respect. It turns out that it has the property.

次に、図9(b)についてみると、Pチャネル型TFTの場合にも、線形領域のカーブが極めて急峻であり、OFF状態にある時に流れるドレイン電流は極めて小さく、上記Nチャネル型TFTの場合と同様、優れた特性を示している。なお、これらの技術的意味については、Nチャネル型TFTの場合に比して、プラス(+)、マイナス(−)の符号が逆になるだけである。   Next, regarding FIG. 9B, even in the case of the P-channel TFT, the curve in the linear region is extremely steep, and the drain current that flows when it is in the OFF state is extremely small. As well as excellent properties. In addition, as for these technical meanings, the signs of plus (+) and minus (-) are only reversed compared to the case of an N-channel TFT.

表3〜表4及び図10は、非晶質珪素膜へのニッケル酢酸塩溶液塗布後の結晶化に際して、以上に述べた場合に比べて、第2の加熱処理温度をより低温とし(700℃)、併わせてレーザー光の照射を行って作製した結晶性珪素膜の場合を示すものである。ここでの結晶性珪素膜は、下記(1)〜(3)のとおり、後述実施例28における製造工程に準じて作製し、また、ここで使用した半導体装置は、前記(H)〜(L)と同様の工程で作製したものである。   Tables 3 to 4 and FIG. 10 show that the second heat treatment temperature is set to a lower temperature (700 ° C.) than that described above in the crystallization after the application of the nickel acetate solution to the amorphous silicon film. ), And a crystalline silicon film produced by irradiating with laser light. The crystalline silicon film here is manufactured according to the manufacturing process in Example 28, which will be described later, as described in (1) to (3) below, and the semiconductor device used here is the above (H) to (L ).

すなわち、(1)基板として石英基板を用い、その面への非晶質珪素膜の作製にプラズマCVD法を用い、(2)100ppm濃度のニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜の全面に塗布し(結晶成長の方向は膜面に垂直な方向、即ち縦方向の成長となっている)、(3)これを窒素雰囲気中で温度600℃、4時間加熱処理し、第2の加熱温度を700℃とした点以外は、レーザー光を照射した(該照射時に、基板は加熱せず)点その他の工程については実施例28の場合と同様にして作製した。   (1) A quartz substrate is used as a substrate, and a plasma CVD method is used to produce an amorphous silicon film on the surface. (2) A 100 ppm concentration nickel acetate aqueous solution is applied to the entire surface of the amorphous silicon film. (The crystal growth direction is perpendicular to the film surface, that is, the vertical growth), (3) This is heated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 4 hours, and the second heating temperature is set. Except for the point set to 700 degreeC, it irradiated with laser light (a substrate is not heated at the time of this irradiation), and it produced similarly to the case of Example 28 about other processes.

表3〜表4から明らかなとおり、前記表1〜表2のデータに比べればある程度の差異はあるが、この場合にも、S値を含めて優れた特性を示しており、また図10(a)〜(b)から明らかなとおり、IDーVGカーブの立ち上がり部分の傾き、即ち線形領域のカーブは、図9(a)〜(b)に比べれば、ある程度寝てはいるが、それでも相当に急峻に出ていることが分かる。 As is apparent from Tables 3 and 4, there are some differences compared to the data in Tables 1 and 2, but in this case as well, excellent characteristics including S values are shown, and FIG. a) as is clear from ~ (b), the slope of the rising portion of the I D over V G curve, i.e. the curve in the linear region is compared in FIG. 9 (a) ~ (b) , although the sleeping some extent, Nevertheless, it can be seen that it appears quite steep.

次に、図11(a)は、Nチャネル型TFTについて、図9(a)及び図10(a)に示す曲線を纏めてグラフ化したものである。ここで図中11(a)中符号Kで示す曲線は図9(a)の曲線に相当し、符号Tで示す曲線は図10(a)の曲線に相当している。図11(a)から明らかなとおり、何れも線形領域の傾きは急峻であるが、K曲線の場合は、T曲線に比べてより急峻であり、これは線形領域におけるS値がより小さいことに対応している。   Next, FIG. 11A is a graph summarizing the curves shown in FIG. 9A and FIG. 10A for the N-channel TFT. Here, the curve indicated by the symbol K in FIG. 11A corresponds to the curve of FIG. 9A, and the curve indicated by the symbol T corresponds to the curve of FIG. As is clear from FIG. 11 (a), the slope of the linear region is steep in all cases, but the K curve is steeper than the T curve, and this is because the S value in the linear region is smaller. It corresponds.

さらに、飽和領域におけるON電流〔図11(a)中、横軸におけるゲイト電圧値0.5V(V=0.5)近辺から右側の領域:Ion〕についてみると、K曲線の場合は、T曲線に比べて、より大きい。さらにOFF領域〔図11(a)中、横軸におけるゲイト電圧値−0.3V近辺から左側の領域:Ioff〕における電流については、K曲線の場合は、T曲線に比べてより小さい。   Further, in the case of the K curve, the ON current in the saturation region [the region on the right side from the gate voltage value of 0.5 V (V = 0.5) on the horizontal axis: Ion] in FIG. Bigger than the curve. Further, the current in the OFF region [region in the left side from the gate voltage value of −0.3 V in the horizontal axis: Ioff in FIG. 11A] is smaller in the case of the K curve than in the T curve.

また、図11(b)は、非晶質(アモルファス)珪素膜を用いたTFTの代表的な特性であり、これは、現時点においては、恐らく非晶質珪素膜を用いたTFTにおける理想的な特性と解される。これを図11(a)と対比すると、図11(b)の曲線に対して、曲線Kの場合には、線形領域のカーブ(S値)についても、OFF領域の電流値についても格段の差異があり、また曲線Tの場合には、図11(b)の曲線に対して、OFF領域の電流値についてはほぼ同等又は僅かに下回るが、線形領域のカーブ(S値)については、より急峻であり、より優れた特性を示している。   FIG. 11B shows typical characteristics of a TFT using an amorphous silicon film, which is probably the ideal characteristic of a TFT using an amorphous silicon film at the present time. It is understood as a characteristic. When this is compared with FIG. 11 (a), with respect to the curve of FIG. 11 (b), in the case of curve K, there is a marked difference between the curve (S value) in the linear region and the current value in the OFF region. In the case of the curve T, the current value in the OFF region is almost equal to or slightly lower than the curve in FIG. 11B, but the curve (S value) in the linear region is steeper. It shows more excellent characteristics.

表1〜表2及び図9は、表3〜表4及び図10の場合の第2加熱温度(700℃)よりも、第2の加熱温度(950℃)を高くして作製した結晶性珪素膜の場合である。そして、表1〜表2及び図9の場合が、表3〜表4及び図10の場合よりも、S値を含めて、より優れた特性が得られることを示している。しかし、上記のとおり、表3〜表4及び図10の場合にも、従来の非晶質珪素膜のうちでも最も優れた非晶質珪素膜を用いたとみられるTFTに比べて、相当に優れており、有効な特性を示すことが明らかである。   Tables 1 and 2 and FIG. 9 show crystalline silicon produced by setting the second heating temperature (950 ° C.) higher than the second heating temperature (700 ° C.) in the case of Tables 3 to 4 and FIG. This is the case with a membrane. And the case of Table 1-Table 2 and FIG. 9 has shown that the characteristic more excellent including the S value is obtained rather than the case of Table 3-Table 4 and FIG. However, as described above, in the case of Tables 3 to 4 and FIG. 10 as well, it is considerably superior to the TFT that seems to use the most excellent amorphous silicon film among the conventional amorphous silicon films. It is clear that it exhibits effective characteristics.

さらに、図13(a)〜(b)は、上記図9に示す特性を有するNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを組合せた回路を組んで9段リングオシレータを作製し、これを作動させて得たオシロスコープ(発振波形)である。この回路はNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとが同時に互いにその動作を補うように働き、一方のTFTが電荷を吐き出す場合には、他方のTFTが電荷を吸い込むように作動する。   Further, FIGS. 13A to 13B show that a nine-stage ring oscillator is manufactured by assembling a circuit combining the N-channel TFT and the P-channel TFT having the characteristics shown in FIG. This is an oscilloscope (oscillation waveform). This circuit works so that the N-channel TFT and the P-channel TFT simultaneously complement each other's operation, and when one TFT discharges electric charge, the other TFT operates to absorb electric charge.

図12は、図13の説明用の模式図であるが、図12を全体として見た場合、発振波形の+側の波形は主にNチャネル型の動作が関係し、−側の波形は主にPチャネル型の動作が関係する。従って、例えば152.0MHzとか、252.9MHzとかという周波数で発振を行っている場合に、その発振波形が+側と−側とにおいて対称性を保っていれば、その周波数において、Nチャネル型のTFTとPチャネル型のTFTとが対称動作をし、同様な特性で正常に動作していることになる。   FIG. 12 is a schematic diagram for explanation of FIG. 13. When FIG. 12 is viewed as a whole, the + side waveform of the oscillation waveform mainly relates to N-channel operation, and the − side waveform is the main waveform. Are related to P-channel operation. Therefore, for example, when oscillating at a frequency of 152.0 MHz or 252.9 MHz, if the oscillation waveform maintains symmetry on the + side and the − side, the N-channel type is used at that frequency. The TFT and the P-channel TFT operate symmetrically and operate normally with similar characteristics.

そこで、図13(a)〜(b)のオシロスコープを見ると、発振波形は正に正弦波で、しかも線形に歪みは見られず、上下、左右ともに対称である。このように、本発明に係る結晶性珪素膜によれば、これをNチャネル型として適用した場合にも、Pチャネル型として適用した場合にも優れた特性を示し、しかも両者間に、実質上、特性上の差異がないことが分かる。   Accordingly, when the oscilloscopes shown in FIGS. 13A to 13B are viewed, the oscillation waveform is a positive sine wave, and no distortion is linearly observed. Thus, the crystalline silicon film according to the present invention exhibits excellent characteristics both when applied as an N-channel type and when applied as a P-channel type, and substantially between them. It can be seen that there is no difference in characteristics.

以上の現象、特性を説明し得るモデルとしては以下のように考えられる。まず図3〜図4で代表される電子顕微鏡写真にも示されるように、本発明において得られた結晶性珪素膜で構成したTFTを構成する珪素半導体薄膜は、前述のとおり、特定の方向に結晶の連続性を有した構造となっており、数多くのサンプルについての電子顕微鏡による詳細な観察により、特定方向へ結晶格子の構造が連続していることが確認された。   A model that can explain the above phenomena and characteristics is considered as follows. First, as shown in the electron micrographs represented by FIGS. 3 to 4, the silicon semiconductor thin film constituting the TFT composed of the crystalline silicon film obtained in the present invention has a specific direction as described above. It has a structure with crystal continuity, and detailed observation by an electron microscope on many samples confirmed that the structure of the crystal lattice is continuous in a specific direction.

そして、同じく上記観察結果によれば、その状態は特定方向へ単結晶状態が所定の間隔を置いて連続している状態と解される。これは、当然、この格子構造が連続している方向へとキャリアが移動し易いものと理解される。すなわち、本発明により得られる結晶性珪素膜を用いたTFTにおいては細長いチャネルが無数に集まってチャネル領域が構成されているものと考えられる。   Similarly, according to the observation result, the state is interpreted as a state in which the single crystal state continues in a specific direction at a predetermined interval. Naturally, it is understood that carriers easily move in a direction in which the lattice structure is continuous. That is, it is considered that in the TFT using the crystalline silicon film obtained by the present invention, a channel region is constituted by an infinite number of elongated channels.

ここで、微小なチャネルとチャネルとを仕切るのが、図3〜図4で代表される透過型電子顕微鏡写真によって観察される、線状に見える結晶粒界(grain boundary)であるが、この結晶粒界には特に不純物が偏析している様子は観察されていない。   Here, it is a grain boundary that looks like a line, which is observed by transmission electron micrographs represented by FIGS. 3 to 4. No particular segregation of impurities has been observed at the grain boundaries.

この結晶粒界は、電気的に活性度の低い不活性な粒界であり、深いギャップ内準位が存在しないか、または殆んど存在しない構造を有している。しかし、不均一性や非連続性に起因してエネルギー的には他の領域よりも高いものと考えられる。従って、キャリアの移動を結晶構造が連続した方向へと規制する機能を有しているものと推認される。またこのように狭い微小なチャネルが形成されると、この微小なチャネルの内部へと及ぼされるソース領域及びドレイン領域からの影響の浸透距離は、その狭さに対応して、それなりに小さくなる考えられる。   This crystal grain boundary is an inactive grain boundary having a low electrical activity, and has a structure in which no deep gap level exists or almost does not exist. However, it is considered that the energy is higher than other regions due to non-uniformity and discontinuity. Therefore, it is presumed that the carrier has a function of regulating the movement of the carrier in the direction in which the crystal structure is continuous. In addition, when such a narrow minute channel is formed, the permeation distance of the influence from the source region and the drain region exerted on the inside of the minute channel is considered to be reduced correspondingly. It is done.

上記のような電気的な影響は、例えば障害物のない場所での電磁波の広がり方から類推されるように、理想的には2次元的或いは3次元的に等方性をもって広がることから類推される。そう考えると、本発明で得られる結晶性珪素膜を用いたTFTでは、微小な幅の狭いチャネルが多数形成されている状態が実現されているため、個々のチャネルにおいてはソース領域及びドレイン領域からのチャネルへの影響が抑制され、それが全体として短チャネル効果の抑制になっていると理解することができる。   The electrical effects as described above can be inferred from ideally spreading two-dimensionally or three-dimensionally isotropically, for example, as inferred from the manner in which electromagnetic waves spread in a place free of obstacles. The In view of this, in the TFT using the crystalline silicon film obtained in the present invention, a state in which a large number of minute narrow channels are formed is realized. Therefore, in each channel, from the source region and the drain region, It can be understood that the influence on the channel is suppressed and that the short channel effect is suppressed as a whole.

さらに、図14及び図15に示す図は、本発明に至るまでに実施した数多くの研究、試験の過程において、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して形成した結晶性珪素膜中の該金属元素の濃度を低下させた結晶性珪素膜を用いて、本発明者らが試作したプレーナ型の薄膜トランジスタのゲイト電流の値の計測値である。図14と図15との違いは、ゲイト絶縁膜の形成方法に熱酸化法を用いたのかプラズマCVD法を用いたのかの違いによる。   14 and 15 show a crystalline silicon film formed by utilizing a metal element that promotes crystallization of silicon in the process of many studies and tests conducted up to the present invention. This is a measured value of the gate current value of a planar type thin film transistor that was prototyped by the present inventors using a crystalline silicon film having a reduced concentration of the metal element. The difference between FIG. 14 and FIG. 15 depends on whether a thermal oxidation method or a plasma CVD method is used as a method for forming the gate insulating film.

即ち、図14が熱酸化膜によってゲイト絶縁膜を形成した場合の計測値、図15がプラズマCVD法によりゲイト絶縁膜を形成した場合の計測値である。図14及び図15において、横軸はゲイト電流を示し、縦軸は計測サンプル数を示している。ここでの基板としては石英基板を用いた。また活性層の形成は、非晶質珪素膜の表面にニッケル元素を接触して保持させ、温度640℃、4時間の加熱処理により結晶化させる方法を用いた。さらに熱酸化膜の形成は温度950℃の酸素雰囲気中で実施した。   That is, FIG. 14 shows measured values when the gate insulating film is formed by the thermal oxide film, and FIG. 15 shows measured values when the gate insulating film is formed by the plasma CVD method. 14 and 15, the horizontal axis represents the gate current, and the vertical axis represents the number of measurement samples. A quartz substrate was used as the substrate here. The active layer was formed by a method in which nickel element was brought into contact with the surface of the amorphous silicon film and crystallized by a heat treatment at a temperature of 640 ° C. for 4 hours. Further, the thermal oxide film was formed in an oxygen atmosphere at a temperature of 950 ° C.

図14からは、サンプルによってゲイト電流値が大きくばらついていることが分かる。これはゲイト絶縁膜の膜質にばらつきがあることを示している。一方、図15に示すゲイト絶縁膜をプラズマCVD法で形成した薄膜トランジスタにおいては、ゲイト電流のばらつきが少なく、またその値も極めて小さい。図14と図15に示される計測値の違いは以下のような理由として説明される。   From FIG. 14, it can be seen that the gate current value varies greatly depending on the sample. This indicates that the film quality of the gate insulating film varies. On the other hand, in the thin film transistor in which the gate insulating film shown in FIG. 15 is formed by the plasma CVD method, the variation in the gate current is small and the value is extremely small. The difference between the measurement values shown in FIGS. 14 and 15 is explained as the following reason.

即ち、熱酸化膜でもってゲイト絶縁膜を形成したサンプルは、熱酸化膜の形成時にニッケル元素が活性層中から熱酸化膜中に吸い上げられる。その結果、熱酸化膜中にその絶縁性を阻害するニッケル元素が存在することになる。このニッケル元素の存在によって、ゲイト絶縁膜中をリークする電流値が増え、またその値がバラツクことになる。   That is, in the sample in which the gate insulating film is formed with the thermal oxide film, the nickel element is sucked from the active layer into the thermal oxide film when the thermal oxide film is formed. As a result, nickel elements that impede the insulation are present in the thermal oxide film. Due to the presence of this nickel element, the current value leaking through the gate insulating film increases and the value varies.

このことは、SIMS(2次イオン分析方法)によって、図14及び図15の計測値が得られたサンプルのゲイト絶縁膜中のニッケル元素の濃度を計測することによっても裏付けられた。即ち、熱酸化法で形成されたゲイト絶縁膜中には、1017cm-3台以上のニッケル元素が計測されるが、プラズマCVD法で形成されたゲイト絶縁膜中においては、ニッケル元素の濃度は1016cm-3台以下であることが確認された。なお、本明細書に記載している不純物濃度は、SIMS(2次イオン分析法)で計測された計測値の最小値として定義される。 This was also supported by measuring the concentration of nickel element in the gate insulating film of the sample from which the measured values in FIGS. 14 and 15 were obtained by SIMS (secondary ion analysis method). That is, 10 17 cm −3 or more of nickel element is measured in the gate insulating film formed by the thermal oxidation method, but the concentration of nickel element is measured in the gate insulating film formed by the plasma CVD method. Was confirmed to be 10 16 cm −3 or less. In addition, the impurity concentration described in this specification is defined as the minimum value of the measured value measured by SIMS (secondary ion analysis method).

以上は、本発明に至るまでに実施し、またその特性、効果等を確認する上で実施した数多くの実験、検討の過程において、本発明者らが得た知見のうちの数例であるが、本発明はこのような知見にも基づくものである。そして、以上の事実は、本発明における各種態様に共通するものである。   The above are several examples of the findings obtained by the present inventors in the course of numerous experiments and examinations carried out until the present invention and confirming the characteristics, effects, etc. The present invention is also based on such knowledge. And the above fact is common to the various aspects in this invention.

非晶質珪素膜であると、結晶性珪素膜であるとを問わず、珪素膜を使用した薄膜トランジスタ(TFT等)からなる半導体装置においては、上記金属元素は、通常有害物質であり、このため当該金属元素は珪素膜から可及的に除去する必要がある。本発明によれば、それら珪素の結晶化を助長する金属元素を、結晶性珪素膜の形成に使用した後に、極めて有効に除去又は減少させることができる。   Regardless of whether it is an amorphous silicon film or a crystalline silicon film, in a semiconductor device comprising a thin film transistor (TFT or the like) using a silicon film, the metal element is usually a harmful substance. The metal element needs to be removed from the silicon film as much as possible. According to the present invention, these metal elements that promote the crystallization of silicon can be removed or reduced very effectively after being used for forming a crystalline silicon film.

本発明においては、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られた結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成することにより、この熱酸化膜中に当該金属元素をゲッタリングさせ、結果として結晶性珪素膜中における当該金属元素の濃度を低下させ又は当該金属元素を除去する。そして、本発明は、これによって優れた特性を備えた半導体装置を得ることができたものである。   In the present invention, a thermal oxide film is formed on the surface of a crystalline silicon film obtained by using a metal element that promotes crystallization of silicon, so that the metal element is gettered in the thermal oxide film. As a result, the concentration of the metal element in the crystalline silicon film is reduced or the metal element is removed. Thus, according to the present invention, a semiconductor device having excellent characteristics can be obtained.

前記(1)〜(6)の発明の主な態様については以下のとおりである。(1)〜(2)の発明においては、まず非晶質珪素膜を成膜する。次いで、この非晶質珪素膜をニッケルで代表される珪素の結晶化を助長する金属元素の作用により結晶化させて結晶性珪素膜を得る。この結晶化は加熱処理によって行う。この加熱処理後の状態では結晶性珪素膜中には意図的に導入された当該金属元素がある程度高い濃度で含まれている。   The main aspects of the inventions (1) to (6) are as follows. In the inventions (1) to (2), an amorphous silicon film is first formed. Next, this amorphous silicon film is crystallized by the action of a metal element that promotes crystallization of silicon typified by nickel to obtain a crystalline silicon film. This crystallization is performed by heat treatment. In this state after the heat treatment, the crystalline silicon film contains the metal element intentionally introduced at a certain high concentration.

上記状態の結晶性珪素膜に対して酸化性雰囲気中において加熱処理を行い、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する。この時、酸化性雰囲気中の酸素の作用によって、熱酸化膜中に、当該金属元素がゲッタリングされ、結晶性珪素膜中の当該金属元素の濃度が低下するか又は当該金属元素が除去される。次いで当該金属元素をゲッタリングした熱酸化膜を除去する。   The crystalline silicon film in the above state is subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film. At this time, the metal element is gettered in the thermal oxide film by the action of oxygen in the oxidizing atmosphere, and the concentration of the metal element in the crystalline silicon film is reduced or the metal element is removed. . Next, the thermal oxide film gettered with the metal element is removed.

これらの処理により高い結晶性を有し、且つ、当該金属元素が除去された結晶性珪素膜又は当該金属元素の濃度が低い結晶性珪素膜が得られる。上記熱酸化膜の除去は、例えばバッファーフッ酸、その他フッ酸系のエッチャントを用いて行うことができる。この熱酸化膜の除去処理については、以下に述べる各発明における熱酸化膜の除去処理についても同様である。   By these treatments, a crystalline silicon film having high crystallinity and from which the metal element is removed or a crystalline silicon film having a low concentration of the metal element can be obtained. The thermal oxide film can be removed using, for example, buffer hydrofluoric acid or other hydrofluoric acid-based etchants. The removal process of the thermal oxide film is the same as the removal process of the thermal oxide film in each invention described below.

(3)の発明においては、以上の工程に続き、パターニングを施し薄膜トランジスタの活性層を形成する。この活性層は、上記当該金属元素が除去された結晶性珪素膜又は当該金属元素の濃度が低い結晶性珪素膜で構成される。次いで、熱酸化によりゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する熱酸化膜を該活性層の表面に形成することにより半導体装置を構成する。   In the invention of (3), following the above steps, patterning is performed to form an active layer of the thin film transistor. The active layer is composed of a crystalline silicon film from which the metal element is removed or a crystalline silicon film having a low concentration of the metal element. Next, a semiconductor device is formed by forming a thermal oxide film constituting at least a part of the gate insulating film on the surface of the active layer by thermal oxidation.

(4)の発明では、まず非晶質珪素膜を成膜した後、この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する。この金属元素を選択的に導入する態様としては、該非晶質珪素膜中で珪素を膜面に平行に結晶化させ得る態様であれば、(a)非晶質珪素膜の一端部に導入する、(b)非晶質珪素膜の一端部に間隔を置いて導入する、(c)非晶質珪素膜の全面に間隔を置いて点状に導入する等、特に限定はないが、好ましくは前記(ア)〜(オ)の態様のうちの(イ)、即ち非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面から導入する。この後、第1の加熱処理により、該金属元素が選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる。   In the invention of (4), after an amorphous silicon film is first formed, a metal element that promotes crystallization of silicon is selectively introduced into the amorphous silicon film. As a mode for selectively introducing the metal element, (a) it is introduced into one end of the amorphous silicon film as long as silicon can be crystallized parallel to the film surface in the amorphous silicon film. (B) Introducing at one end of the amorphous silicon film at intervals, (c) Introducing into the whole surface of the amorphous silicon film at intervals, there is no particular limitation, but preferably Introducing from (a) of the above-mentioned aspects (a) to (e), that is, from a slit-like surface at an appropriate place on the film surface of the amorphous silicon film. Thereafter, crystal growth is performed in a direction parallel to the film from a region where the metal element is selectively introduced by a first heat treatment.

次いで、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶成長が行われた領域の表面に熱酸化膜を形成する。この時、酸化性雰囲気中の酸素の作用によって、熱酸化膜中に、当該金属元素がゲッタリングされ、結晶性珪素膜中の当該金属元素の濃度が低下するか又は当該金属元素が除去される。さらに該熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する。   Next, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the region where the crystal growth has been performed. At this time, the metal element is gettered in the thermal oxide film by the action of oxygen in the oxidizing atmosphere, and the concentration of the metal element in the crystalline silicon film is reduced or the metal element is removed. . Further, the thermal oxide film is removed, and an active layer of the semiconductor device is formed using the region from which the thermal oxide film has been removed.

また、これらの何れの形態の場合においても、第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高い方が好ましく、また熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気によるアニールを行うことが好ましい。さらに非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であるのが好ましい。 In any of these forms, the second heat treatment temperature is preferably higher than the first heat treatment temperature, and depends on the plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen after the removal of the thermal oxide film. It is preferable to perform annealing. Further, the oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is preferably in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

さらに、(5)の発明では、まずガラス基板又は石英基板上に酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、以上と同様にして、第1及び第2の酸化膜に挟まれた結晶性珪素膜を有し、該結晶性珪素膜は珪素の結晶化を助長する金属元素を含有しており、該結晶性珪素膜中において、該金属元素は該第1及び/又は第2の酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有した半導体装置が得られる。この半導体装置の態様としては、第1の酸化膜はガラス基板又は石英基板上に形成された酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜であり、結晶性珪素膜は薄膜トランジスタの活性層を構成し、第2の酸化膜は、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜として構成することができる。   In the invention of (5), first, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed on a glass substrate or a quartz substrate. Next, in the same manner as described above, a crystalline silicon film is sandwiched between the first and second oxide films, and the crystalline silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon, In the crystalline silicon film, a semiconductor device having a high concentration distribution of the metal element in the vicinity of the interface with the first and / or second oxide film is obtained. As an aspect of this semiconductor device, the first oxide film is a silicon oxide film or a silicon oxynitride film formed on a glass substrate or a quartz substrate, the crystalline silicon film constitutes an active layer of the thin film transistor, and the second The oxide film can be formed as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film constituting the gate insulating film.

また、(6)の発明では、上記と同様にして、酸化膜でなる下地膜と、該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、該結晶性珪素膜上に形成された熱酸化膜とを有し、該結晶性珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元素が含まれ、該珪素の結晶化を助長する金属元素が下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、該熱酸化膜が薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する半導体装置が得られる。   In the invention of (6), in the same manner as described above, a base film made of an oxide film, a crystalline silicon film formed on the base film, and a thermal oxide film formed on the crystalline silicon film The crystalline silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon, and the metal element that promotes crystallization of silicon is high in the vicinity of the interface with the base and / or the thermal oxide film. A semiconductor device having a concentration distribution and in which the thermal oxide film forms at least a part of the gate insulating film of the thin film transistor can be obtained.

前記(7)〜(12)の発明の主な態様については以下のとおりである。(7)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。これに珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る。この結晶化は加熱処理によって行う。この加熱処理後の状態においては、結晶性珪素膜中に当該金属元素が含まれている。次いでハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、熱酸化膜を形成する。   The main aspects of the inventions (7) to (12) are as follows. In the invention of (7), an amorphous silicon film is first formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into this, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. This crystallization is performed by heat treatment. In the state after this heat treatment, the metal element is contained in the crystalline silicon film. Next, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to form a thermal oxide film.

この時、酸素の作用、ハロゲンの作用、並びに、ハロゲン及び酸素の作用によって、当該金属元素が該熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングされ、その際、同時に、塩素等のハロゲンの作用によりニッケル元素が外部に気化除去される。結晶性珪素膜中の当該金属元素の濃度が低下し又は当該金属元素が除去される。次いで、そこで形成された熱酸化膜を除去した後、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   At this time, the metal element is transferred or gettered into the thermal oxide film by the action of oxygen, the action of halogen, and the action of halogen and oxygen. At the same time, the nickel element is caused by the action of halogen such as chlorine. Is vaporized and removed to the outside. The concentration of the metal element in the crystalline silicon film is reduced or the metal element is removed. Next, after removing the thermal oxide film formed there, a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(8)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。これに非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入した後、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行い、該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜に当該金属元素を移行ないしはゲッタリングさせ、その際、同時に、塩素等のハロゲンの作用によりニッケル元素が外部に気化除去される。これにより該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。その後、そこで形成された熱酸化膜を除去した後、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   In the invention of (8), an amorphous silicon film is first formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and then the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, a second heat oxidation treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, a thermal oxide film is formed on the surface of the crystalline silicon film, and the metal element is transferred or gettered to the thermal oxide film. At the same time, the nickel element is vaporized and removed to the outside by the action of a halogen such as chlorine. This removes or reduces the metal element present in the crystalline silicon film. Then, after removing the thermal oxide film formed there, a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(9)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。これに非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入した後、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る。次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱酸化処理を行い、この時形成される熱酸化膜に当該金属元素を移行ないしはゲッタリングさせ、その際、同時に、塩素等のハロゲンの作用によりニッケル元素が外部に気化除去される。   In the invention of (9), an amorphous silicon film is first formed. A metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and then the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, a second heat oxidation treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, and the metal element is transferred or gettered to the thermal oxide film formed at this time. The nickel element is vaporized and removed by the action.

これにより該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。ここで形成された熱酸化膜を除去した後、パターニングを施し、薄膜トランジスタの活性層を形成し、さらに熱酸化によりゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する熱酸化膜を該活性層の表面に形成する。   This removes or reduces the metal element present in the crystalline silicon film. After removing the thermal oxide film formed here, patterning is performed to form an active layer of the thin film transistor, and a thermal oxide film constituting at least part of the gate insulating film is formed on the surface of the active layer by thermal oxidation To do.

(10)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。これに非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入する。この金属元素を選択的に導入する態様としては、該非晶質珪素膜中で珪素を膜面に平行に結晶化させ得る態様であれば、(a)非晶質珪素膜の一端部に導入する、(b)非晶質珪素膜の一端部に間隔を置いて導入する、(c)非晶質珪素膜の全面に間隔を置いて点状に導入する等特に限定はないが、好ましくは前記(ア)〜(オ)の態様のうちの(イ)、即ち非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面から導入する。この後、第1の加熱処理により、該金属元素が選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる。   In the invention of (10), first, an amorphous silicon film is formed. A metal element for promoting crystallization of silicon is selectively introduced into the amorphous silicon film. As a mode for selectively introducing the metal element, (a) it is introduced into one end of the amorphous silicon film as long as silicon can be crystallized parallel to the film surface in the amorphous silicon film. (B) Introducing at one end of the amorphous silicon film at intervals, (c) Introducing into the whole surface of the amorphous silicon film at intervals, there is no particular limitation, but preferably Introducing from (a) to (e) of the embodiments (a) to (i), that is, from slit-like surfaces at appropriate locations on the surface of the amorphous silicon film. Thereafter, crystal growth is performed in a direction parallel to the film from a region where the metal element is selectively introduced by a first heat treatment.

次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶成長が行われた領域の表面に熱酸化膜を形成すし、該熱酸化膜に当該金属元素を移行ないしはゲッタリングさせ、同時に、塩素等のハロゲンの作用によりニッケル元素が外部に気化除去される。これにより該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。次に、該熱酸化膜を除去した後、該熱酸化膜を除去した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する。この活性層は、上記当該金属元素が除去された結晶性珪素膜又は当該金属元素の濃度が低い結晶性珪素膜結晶性珪素膜で構成される。   Next, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to form a thermal oxide film on the surface of the region where the crystal growth has been performed, and the metal element is transferred or gettered to the thermal oxide film. At the same time, nickel element is vaporized and removed by the action of halogen such as chlorine. This removes or reduces the metal element present in the crystalline silicon film. Next, after removing the thermal oxide film, an active layer of the semiconductor device is formed using the region from which the thermal oxide film has been removed. The active layer is composed of a crystalline silicon film from which the metal element is removed or a crystalline silicon film having a low concentration of the metal element.

以上(7)〜(10)の半導体装置の作製方法でのハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気としては、O2 雰囲気中に、HCl、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又は複数種類のガスが添加された雰囲気を用いることができる。各加熱温度としては、第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高いことが好ましく、また熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことが好ましい。さらに、非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であるのが好ましい。 The oxidizing atmosphere containing the halogen element in the semiconductor device manufacturing methods (7) to (10) above is selected from HCl, HF, HBr, Cl 2 , F 2 and Br 2 in the O 2 atmosphere. An atmosphere to which one or more kinds of gases are added can be used. As each heating temperature, the second heat treatment temperature is preferably higher than the first heat treatment temperature, and annealing in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen is performed after removal of the thermal oxide film. preferable. Furthermore, the oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is preferably in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

(11)の発明では、まずガラス基板又は石英基板上に酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、以上と同様にして、第1及び第2の酸化膜に挟まれた結晶性珪素膜を有し、該結晶性珪素膜は珪素の結晶化を助長する金属元素を含有しており、該結晶性珪素膜中において、該金属元素は該第1及び/又は第2の酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有した半導体装置が得られる。   In the invention of (11), first, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed on a glass substrate or a quartz substrate. Next, in the same manner as described above, a crystalline silicon film is sandwiched between the first and second oxide films, and the crystalline silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon, In the crystalline silicon film, a semiconductor device having a high concentration distribution of the metal element in the vicinity of the interface with the first and / or second oxide film is obtained.

この半導体装置においては、第1の酸化膜中及び/又は第1の酸化膜と結晶性珪素膜との界面近傍には高い濃度分布でハロゲン元素が含有されており、また結晶性珪素膜中における第2の酸化膜との界面近傍には、高い濃度分布でハロゲン元素が含有されている。そして、この場合には、第1の酸化膜はガラス基板又は石英基板上に形成された酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜であって、結晶性珪素膜は薄膜トランジスタの活性層を構成し、第2の酸化膜はゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で構成される。   In this semiconductor device, a halogen element is contained in a high concentration distribution in the first oxide film and / or in the vicinity of the interface between the first oxide film and the crystalline silicon film, and in the crystalline silicon film. In the vicinity of the interface with the second oxide film, a halogen element is contained with a high concentration distribution. In this case, the first oxide film is a silicon oxide film or a silicon oxynitride film formed on a glass substrate or a quartz substrate, and the crystalline silicon film constitutes an active layer of the thin film transistor, and the second The oxide film is composed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film constituting a gate insulating film.

(12)の発明では、上記と同様にして、酸化膜からなる下地膜と、該下地膜上に形成された結晶性珪素膜と、該結晶性珪素膜上に形成された熱酸化膜とを有し、該結晶性珪素膜中には珪素の結晶化を助長する金属元素及び水素及びハロゲン元素が含まれ、該珪素の結晶化を助長する金属元素が下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、また該ハロゲン元素は下地及び/又は熱酸化膜との界面近傍において高い濃度分布を有し、該熱酸化膜は薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜の少なくとも一部を構成する半導体装置が構成される。   In the invention of (12), a base film made of an oxide film, a crystalline silicon film formed on the base film, and a thermal oxide film formed on the crystalline silicon film are formed in the same manner as described above. The crystalline silicon film contains a metal element that promotes crystallization of silicon and hydrogen and a halogen element, and the metal element that promotes crystallization of silicon is an interface with the base and / or the thermal oxide film. The halogen element has a high concentration distribution in the vicinity, and the halogen element has a high concentration distribution in the vicinity of the interface with the base and / or the thermal oxide film, and the thermal oxide film forms at least a part of the gate insulating film of the thin film transistor. A semiconductor device is configured.

前記(13)〜(17)の発明の主な態様については以下のとおりである。(13)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。これに珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。その後、該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行う。次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。さらに、ここで形成された熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   The main aspects of the inventions (13) to (17) are as follows. In the invention of (13), first, an amorphous silicon film is formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into this, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Thereafter, the crystalline silicon film is irradiated with laser light or strong light. Next, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film. Further, the thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(14)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行って該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を該結晶性珪素膜中において拡散させる。   In the invention of (14), an amorphous silicon film is first formed. A metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. The crystalline silicon film is irradiated with laser light or strong light to diffuse the metal element present in the crystalline silicon film in the crystalline silicon film.

次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングする。ここで形成された熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   Next, second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, so that the metal element present in the crystalline silicon film is transferred or gettered into the thermal oxide film. The thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(15)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的かつ選択的に導入する。この金属元素を選択的に導入する態様としては、該非晶質珪素膜中で珪素を膜面に平行に結晶化させ得る態様であれば、(a)非晶質珪素膜の一端部に導入する、(b)非晶質珪素膜の一端部に間隔を置いて導入する、(c)非晶質珪素膜の全面に間隔を置いて点状に導入する等、特に限定はないが、好ましくは前記(ア)〜(オ)の態様のうちの(イ)、即ち非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面から導入する。   In the invention of (15), an amorphous silicon film is first formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally and selectively introduced into the amorphous silicon film. As a mode for selectively introducing the metal element, (a) it is introduced into one end of the amorphous silicon film as long as silicon can be crystallized parallel to the film surface in the amorphous silicon film. (B) Introducing at one end of the amorphous silicon film at intervals, (c) Introducing into the whole surface of the amorphous silicon film at intervals, there is no particular limitation, but preferably Introducing from (a) of the above-mentioned aspects (a) to (e), that is, from a slit-like surface at an appropriate place on the film surface of the amorphous silicon film.

その後、該非晶質珪素膜に対して、第1の加熱処理を施し、該金属元素が選択的に導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる。次いで、レーザー光又は強光の照射を行って該結晶成長した領域中に存在する当該金属元素を拡散させる。さらに、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶成長した領域に存在する当該金属元素を、当該第2の加熱処理により形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングする。次に、ここで形成された熱酸化膜を除去した後、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   Thereafter, the amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment, and crystal growth is performed in a direction parallel to the film from a region where the metal element is selectively introduced. Next, laser light or intense light is irradiated to diffuse the metal element present in the crystal grown region. Further, the second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, and the metal element present in the crystal-grown region is transferred to the thermal oxide film formed by the second heat treatment. Gettering. Next, after removing the thermal oxide film formed here, a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

上記(13)〜(15)の発明においては、第2の処理温度が600℃を超えて750℃以下の温度で行われるのが好ましく、また再度の熱酸化膜を利用してゲイト絶縁膜を形成するのが好ましい。また、これらの発明において、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気は、O2 雰囲気中にHCl、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又は複数種類のガスが添加された雰囲気が使用される。 In the inventions of the above (13) to (15), it is preferable that the second processing temperature is higher than 600 ° C. and 750 ° C. or lower, and the gate insulating film is formed using the thermal oxide film again. Preferably formed. In these inventions, the oxidizing atmosphere containing the halogen element is one or plural kinds of gases selected from HCl, HF, HBr, Cl 2 , F 2 , and Br 2 in the O 2 atmosphere. An atmosphere is used.

さらに、これら(13)〜(15)の発明においては、第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高いことが好ましく、また熱酸化膜を除去した後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことができる。またこれら発明においては、非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度は5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であるのが好ましい。 Furthermore, in these inventions (13) to (15), it is preferable that the second heat treatment temperature is higher than the first heat treatment temperature, and oxygen and hydrogen are removed after the thermal oxide film is removed. Annealing can be performed in a plasma atmosphere. In these inventions, the oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is preferably in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

前記(16)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入した後、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成し、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う。その後、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。続いて、ここで形成された熱酸化膜を除去し、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   In the invention of (16), an amorphous silicon film is first formed. After intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into this amorphous silicon film, the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is patterned to form an active layer of a semiconductor device, and the active layer is irradiated with laser light or strong light. Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the active layer. Subsequently, the thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the active layer by thermal oxidation again.

前記(17)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る。該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成し、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う。次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。その後、ここで形成された熱酸化膜を除去し、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。この時、該活性層はその側面が下地面とのなす角が20°〜50°を有する傾斜した形状を有するように構成する。   In the invention of (17), an amorphous silicon film is first formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. The crystalline silicon film is patterned to form an active layer of a semiconductor device, and the active layer is irradiated with laser light or strong light. Next, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the active layer. Thereafter, the thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the active layer by thermal oxidation again. At this time, the active layer is configured to have an inclined shape whose side surface forms an angle of 20 ° to 50 ° with the base surface.

上記(16)〜(17)の発明においては、再度の熱酸化膜を利用してゲイト絶縁膜を構成することができる。また、第1の加熱処理温度と第2の加熱処理温度の上限は750℃以下であることが好ましく、またハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気としては、好ましくはO2 雰囲気中にHCl、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又は複数種類のガスが添加された雰囲気が使用される。 In the inventions of the above (16) to (17), the gate insulating film can be constituted by using the thermal oxide film again. It is preferable that the first heat treatment temperature and the upper limit of the second heat treatment temperature is 750 ° C. or less, and as the oxidizing atmosphere containing a halogen element, HCl preferably in an O 2 atmosphere, HF, An atmosphere to which one or plural kinds of gases selected from HBr, Cl 2 , F 2 and Br 2 are added is used.

さらに、これらの発明においては、第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高いことが好ましく、また熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことができる。また非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度は5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であるのが好ましい。 Furthermore, in these inventions, the second heat treatment temperature is preferably higher than the first heat treatment temperature, and annealing is performed in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen after the removal of the thermal oxide film. be able to. The oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is preferably in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

前記(18)〜(22)の発明の主な態様については以下のとおりである。(18)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで、該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行い、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。その後、該工程で形成された熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   The main aspects of the inventions (18) to (22) are as follows. In the invention of (18), an amorphous silicon film is first formed. A metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is irradiated with laser light or strong light, and a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to remove or reduce the metal element present in the crystalline silicon film. . Thereafter, the thermal oxide film formed in the step is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(19)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入した後、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで該結晶性珪素膜に対してレーザー光又は強光の照射を行うことにより、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を該結晶性珪素膜中において拡散させる。その後、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶性珪素膜中に存在する当該金属元素を、形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングする。さらに、ここで形成された熱酸化膜を除去した後、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   In the invention of (19), an amorphous silicon film is first formed. After intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into this amorphous silicon film, the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, the metal element present in the crystalline silicon film is diffused in the crystalline silicon film by irradiating the crystalline silicon film with laser light or strong light. Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, and the metal element present in the crystalline silicon film is transferred or gettered into the thermal oxide film to be formed. Further, after the thermal oxide film formed here is removed, a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

(20)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的且つ選択的に導入する。この金属元素を選択的に導入する態様としては、該非晶質珪素膜中で珪素を膜面に平行に結晶化させ得る態様であれば、(a)非晶質珪素膜の一端部に導入する、(b)非晶質珪素膜の一端部に間隔を置いて導入する、(c)非晶質珪素膜の全面に間隔を置いて点状に導入する等、特に限定はないが、好ましくは前記(ア)〜(オ)の態様のうちの(イ)、即ち非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面から導入する。   In the invention (20), first, an amorphous silicon film is formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally and selectively introduced into the amorphous silicon film. As a mode for selectively introducing the metal element, (a) it is introduced into one end of the amorphous silicon film as long as silicon can be crystallized parallel to the film surface in the amorphous silicon film. (B) Introducing at one end of the amorphous silicon film at intervals, (c) Introducing into the whole surface of the amorphous silicon film at intervals, there is no particular limitation, but preferably Introducing from (a) of the above-mentioned aspects (a) to (e), that is, from a slit-like surface at an appropriate place on the film surface of the amorphous silicon film.

次に、該非晶質珪素膜に対して第1の加熱処理を施し、該意図的かつ選択的に金属元素が導入された領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる。その後、レーザー光又は強光の照射を行って該結晶成長した領域中に存在する当該金属元素を拡散させる。次いで、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該結晶成長した領域に存在する当該金属元素を、当該第2の加熱処理で形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングする。さらに、ここで形成された熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した領域の表面上に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   Next, a first heat treatment is performed on the amorphous silicon film, and crystal growth is performed in a direction parallel to the film from the region where the metal element is intentionally and selectively introduced. Thereafter, laser light or intense light is irradiated to diffuse the metal element present in the crystal-grown region. Next, second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere, and the metal element present in the crystal-grown region is transferred or gettered into the thermal oxide film formed by the second heat treatment. Further, the thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the region from which the thermal oxide film has been removed by thermal oxidation again.

上記(18)〜(20)の発明においては、第2の加熱処理温度は600℃を超えて750℃以下の温度で行われることが好ましく、また再度の熱酸化膜を利用してゲイト絶縁膜が形成することができる。またこれら発明においては第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高いことが好ましい。さらに、これら発明において、熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことができる。また非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であるのが好ましい。 In the above inventions (18) to (20), the second heat treatment temperature is preferably performed at a temperature exceeding 600 ° C. and 750 ° C. or less, and using the thermal oxide film again, the gate insulating film Can be formed. In these inventions, the second heat treatment temperature is preferably higher than the first heat treatment temperature. Furthermore, in these inventions, annealing in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen can be performed after removing the thermal oxide film. The oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is preferably in the range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

(21)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入して第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る。次いで該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成し、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う。その後、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。次いでここで形成された熱酸化膜を除去し、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。   In the invention (21), an amorphous silicon film is first formed. A metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is patterned to form an active layer of a semiconductor device, and the active layer is irradiated with laser light or strong light. Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to remove or reduce the metal element present in the active layer. Next, the thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the active layer by thermal oxidation again.

(22)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。この非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入した後、第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成し、該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行う。その後、酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。ここで形成された熱酸化膜を除去し、該活性層の表面に再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。この時、該活性層における、その側面が下地面とのなす角を、好ましく20°〜50°を有する傾斜した形状となるように構成する。   In the invention of (22), an amorphous silicon film is first formed. After intentionally introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into this amorphous silicon film, the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment to obtain a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is patterned to form an active layer of a semiconductor device, and the active layer is irradiated with laser light or strong light. Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to remove or reduce the metal element present in the active layer. The thermal oxide film formed here is removed, and a thermal oxide film is formed on the surface of the active layer by thermal oxidation again. At this time, the active layer is configured to have an inclined shape in which an angle between the side surface and the base surface is preferably 20 ° to 50 °.

上記(21)〜(22)の発明においては、再度の熱酸化膜を利用してゲイト絶縁膜を構成することができる。また第2の処理温度は600℃を超えて750℃以下の温度で行うのが好ましく、また第1の加熱処理温度よりも第2の加熱処理温度の方が高いことが好ましい。さらに、これらの発明においては、熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことが好ましく、また非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であることが好ましい。 In the above inventions (21) to (22), the gate insulating film can be formed by using the thermal oxide film again. The second treatment temperature is preferably higher than 600 ° C. and 750 ° C. or less, and the second heat treatment temperature is preferably higher than the first heat treatment temperature. Further, in these inventions, it is preferable to perform annealing in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen after removing the thermal oxide film, and the oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is 5 × 10 17 cm −. The range is preferably 3 to 2 × 10 19 cm −3 .

前記(23)〜(25)の発明の主な態様については以下のとおりである。(23)の発明においては、まず絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜し、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する。次いで温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得た後、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成する。   The main aspects of the inventions (23) to (25) are as follows. In the invention of (23), first, an amorphous silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, and a metal element for promoting crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film. Next, the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C. to obtain a crystalline silicon film, and then the crystalline silicon film is patterned to form an active layer of the semiconductor device. .

その後、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させる。ここで形成された熱酸化膜を除去し、該熱酸化膜を除去した後に、再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。この時、好ましくは、該第2の加熱処理の温度を該第1の加熱処理の温度よりも高い条件で実施する。   Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to remove or reduce the metal element present in the active layer. After removing the thermal oxide film formed here and removing the thermal oxide film, a thermal oxide film is formed by thermal oxidation again. At this time, it is preferable that the temperature of the second heat treatment be higher than that of the first heat treatment.

(24)の発明においては、まず絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜した後、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入する。次いで、温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により、該非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る。その後、該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成した後、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該活性層中に存在する当該金属元素を、当該第2の加熱処理で形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングさせる。次いで該工程で形成された熱酸化膜を除去した後、再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。この時、好ましくは、該第2の加熱処理の温度を、該第1の加熱処理の温度よりも高い条件とする。   In the invention of (24), after an amorphous silicon film is first formed on a substrate having an insulating surface, a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film. Next, the amorphous silicon film is crystallized by a first heat treatment at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C. to obtain a crystalline silicon film. Thereafter, after patterning the crystalline silicon film to form an active layer of the semiconductor device, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, and the metal element present in the active layer is removed. Then, migration or gettering is performed in the thermal oxide film formed by the second heat treatment. Next, after removing the thermal oxide film formed in this step, a thermal oxide film is formed by thermal oxidation again. At this time, preferably, the temperature of the second heat treatment is set higher than the temperature of the first heat treatment.

(25)の発明においては、まず絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を成膜し、該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的且つ選択的に導入する。この金属元素を選択的に導入する態様としては、該非晶質珪素膜中で珪素を膜面に平行に結晶化させ得る態様であれば、(a)非晶質珪素膜の一端部に導入する、(b)非晶質珪素膜の一端部に間隔を置いて導入する、(c)非晶質珪素膜の全面に間隔を置いて点状に導入する等、特に限定はないが、好ましくは前記(ア)〜(オ)の態様のうちの(イ)、即ち非晶質珪素膜の膜面における適宜箇所のスリット状の面から導入する。   In the invention of (25), an amorphous silicon film is first formed on a substrate having an insulating surface, and a metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally and selectively introduced into the amorphous silicon film. . As a mode for selectively introducing the metal element, (a) it is introduced into one end of the amorphous silicon film as long as silicon can be crystallized parallel to the film surface in the amorphous silicon film. (B) Introducing at one end of the amorphous silicon film at intervals, (c) Introducing into the whole surface of the amorphous silicon film at intervals, there is no particular limitation, but preferably Introducing from (a) of the above-mentioned aspects (a) to (e), that is, from a slit-like surface at an appropriate place on the film surface of the amorphous silicon film.

次いで、温度750℃〜1100℃の第1の加熱処理により、該非晶質珪素膜の当該金属元素が意図的且つ選択的に導入した領域から膜に平行な方向に結晶成長を行わせる。次に、パターニングを行って該膜に平行な方向に結晶成長した領域を用いて半導体装置の活性層を形成する。その後、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行い、該活性層中に存在する当該金属元素を、当該第2の加熱処理で形成される熱酸化膜中に移行ないしはゲッタリングさせる。さらに、該熱酸化膜を除去した後、再度の熱酸化により熱酸化膜を形成する。この時、好ましくは、該第2の加熱処理の温度を該第1の加熱処理の温度よりも高い条件とする。   Next, by a first heat treatment at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C., crystal growth is performed in a direction parallel to the film from a region where the metal element of the amorphous silicon film is intentionally and selectively introduced. Next, patterning is performed to form an active layer of the semiconductor device using a region where the crystal has grown in a direction parallel to the film. Thereafter, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element, and the metal element present in the active layer is transferred or gettered into the thermal oxide film formed by the second heat treatment. Ring. Further, after removing the thermal oxide film, a thermal oxide film is formed by thermal oxidation again. At this time, preferably, the temperature of the second heat treatment is set higher than the temperature of the first heat treatment.

以上、(23)〜(25)の発明においては、非晶質珪素膜を形成する基板として好ましくは石英基板が用いられ、また再度の熱酸化膜を利用してゲイト絶縁膜が形成される。さらに、これら(23)〜(25)の発明においては、熱酸化膜の除去後に酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気においてアニールを行うことができ、また非晶質珪素膜中に含まれる酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3の範囲であることが好ましい。 As described above, in the inventions of (23) to (25), a quartz substrate is preferably used as a substrate on which an amorphous silicon film is formed, and a gate insulating film is formed using a second thermal oxide film. Further, in the inventions of (23) to (25), annealing can be performed in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen after the removal of the thermal oxide film, and the oxygen concentration contained in the amorphous silicon film is reduced. A range of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 is preferable.

前記(26)〜(29)の発明の主な態様については以下のとおりである。(26)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。該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を接して保持させた後、第1の加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで、酸素と水素とフッ素とを含む雰囲気中において、温度500℃〜700℃での第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜を除去する。   The main aspects of the inventions (26) to (29) are as follows. In the invention of (26), an amorphous silicon film is first formed. After the surface of the amorphous silicon film is held in contact with a metal element that promotes crystallization of silicon, a first heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film. Next, after performing a second heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. in an atmosphere containing oxygen, hydrogen, and fluorine to form a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, the thermal oxide film Remove.

(27)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。該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を接して保持させた後、第1の加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。次いで、酸素と水素とフッ素と塩素とを含む雰囲気中において温度500℃〜700℃での第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜を除去する。   In the invention of (27), an amorphous silicon film is first formed. After the surface of the amorphous silicon film is held in contact with a metal element that promotes crystallization of silicon, a first heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film. Next, after performing a second heat treatment at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. in an atmosphere containing oxygen, hydrogen, fluorine, and chlorine to form a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, the thermal oxidation is performed. Remove the membrane.

(28)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成する。該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を接して保持させた後、加熱処理を行って該非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る。次いで、フッ素及び/又は塩素を含む雰囲気中において、ウエット酸化膜を前記結晶性珪素膜の表面に形成した後、該酸化膜を除去する。   In the invention of (28), an amorphous silicon film is first formed. A metal element that promotes crystallization of silicon is held in contact with the surface of the amorphous silicon film, and then heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film. Next, after forming a wet oxide film on the surface of the crystalline silicon film in an atmosphere containing fluorine and / or chlorine, the oxide film is removed.

以上、(26)〜(28)の発明においては、酸化膜中における当該金属元素の濃度は、結晶性珪素膜中における当該金属元素の濃度よりも高いことが好ましい。また、第2の加熱処理を行う雰囲気中には、水素が1容量%以上、爆発限界以下の濃度で含まれていることが好ましい。さらに、第1の加熱処理を還元雰囲気で行うことが好ましく、また第1の加熱処理の後に結晶性珪素膜に対してレーザー光の照射を行うことができる。   As described above, in the inventions (26) to (28), the concentration of the metal element in the oxide film is preferably higher than the concentration of the metal element in the crystalline silicon film. The atmosphere in which the second heat treatment is performed preferably contains hydrogen at a concentration of 1% by volume or more and the explosion limit or less. Further, the first heat treatment is preferably performed in a reducing atmosphere, and laser light can be irradiated to the crystalline silicon film after the first heat treatment.

(29)の発明は、結晶性を有する珪素膜を有する半導体装置であって、該珪素膜には珪素の結晶化を助長する金属元素が1×1016cm-3〜5×1018cm-3の濃度で含まれ、フッ素原子が1×1015cm-3〜1×1020cm-3の濃度で含まれ、水素原子が1×1017cm-3〜1×1021cm-3の濃度で含まれていることを特徴とする半導体装置である。この半導体装置は上記(26)〜(28)の作製方法により作製することができる。また、半導体装置における珪素膜は、好ましくは絶縁膜上に形成され、該絶縁膜と該珪素膜との界面近傍においてフッ素原子が高い濃度分布で存在していることが好ましい。 The invention of (29) is a semiconductor device having a crystalline silicon film, wherein a metal element that promotes crystallization of silicon is 1 × 10 16 cm −3 to 5 × 10 18 cm −. 3 with a concentration of fluorine atoms of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 and hydrogen atoms of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . It is a semiconductor device characterized in that it is contained in a concentration. This semiconductor device can be manufactured by the manufacturing methods (26) to (28). In addition, the silicon film in the semiconductor device is preferably formed on an insulating film, and fluorine atoms are preferably present in a high concentration distribution in the vicinity of the interface between the insulating film and the silicon film.

前記(30)〜(33)の発明の主な態様については以下のとおりである。(30)の発明においては、まず非晶質珪素膜を形成し、この非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する。次いで、この結晶性珪素膜をフッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させた後、結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する。その後、結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積することにより半導体装置を作製する。   The main aspects of the inventions (30) to (33) are as follows. In the invention (30), an amorphous silicon film is first formed, and the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is heated in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and then the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film is formed. Remove. Then, a semiconductor device is manufactured by depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film.

(31)の発明においては、非晶質珪素膜を形成し、これにレーザー光を照射して結晶化して結晶性珪素膜を形成する。次いで、この結晶性珪素膜をフッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させた後、結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する。その後、結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積することにより半導体装置を作製する。   In the invention of (31), an amorphous silicon film is formed and crystallized by irradiating it with a laser beam to form a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film is heated in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and then the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film is formed. Remove. Then, a semiconductor device is manufactured by depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film.

(32)の発明は、絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジスタを作製する方法である。まず非晶質珪素膜を形成し、該非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する。その後、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、該結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させた後、該結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する。   The invention (32) is a method for manufacturing a thin film transistor over a substrate having an insulating surface. First, an amorphous silicon film is formed, and the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film. Thereafter, heating is performed in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and then the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film is removed.

次いで、該結晶性珪素膜を整形して薄膜トランジスタの活性層を形成した後、該活性層の表面に絶縁膜を堆積して、少なくともチャネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成する。さらに、該ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成し、該ゲイト電極をマスクにして該活性層に導電型を付与する不純物イオンを注入し、ソース、ドレインを自己整合的に形成することにより半導体装置を作製する。   Next, after forming the active layer of the thin film transistor by shaping the crystalline silicon film, an insulating film is deposited on the surface of the active layer, and a gate insulating film is formed at least on the surface of the channel region. Further, a gate electrode is formed on the surface of the gate insulating film, impurity ions imparting a conductivity type are implanted into the active layer using the gate electrode as a mask, and a source and a drain are formed in a self-aligned manner. Make the device.

(33)の発明は、絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジスタを作製する方法であって、まず非晶質珪素膜を形成し、非晶質珪素膜を結晶化して結晶性珪素膜を形成する。次いで、結晶性珪素膜にレーザー光を照射した後、フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させた後、結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する。   The invention of (33) is a method for manufacturing a thin film transistor over a substrate having an insulating surface. First, an amorphous silicon film is formed, and the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film. Next, after irradiating the crystalline silicon film with laser light, heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas has been added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, the crystalline silicon film The thermal oxide film on the surface is removed.

次に、上記結晶性珪素膜を整形して薄膜トランジスタの活性層を形成し、該活性層の表面に絶縁膜を堆積して少なくともチャネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成し、また該ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成する。さらに、該ゲイト電極をマスクにして該活性層に導電型を付与する不純物イオンを注入して、ソース、ドレインを自己整合的に形成することにより半導体装置を作製する。   Next, the crystalline silicon film is shaped to form an active layer of the thin film transistor, an insulating film is deposited on the surface of the active layer to form a gate insulating film on at least the surface of the channel region, and the gate insulating film A gate electrode is formed on the surface of the substrate. Further, impurity ions imparting a conductivity type are implanted into the active layer using the gate electrode as a mask, and a source and a drain are formed in a self-aligned manner to manufacture a semiconductor device.

以上(30)〜(33)の発明においては、該熱酸化膜の膜厚は好ましくは200〜500オングストロームであり、また該非晶質珪素膜を形成する工程の後に非晶質珪素膜に金属元素を1×1016〜5×1019原子(atoms)/cm3 の濃度で添加するのが好ましい。また、結晶性珪素膜の形成に際して好ましくは金属元素を使用するが、金属元素としては、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Cu、Auから選ばれた少なくとも1種類以上の元素を用いることができる。そしてこの点は、前述発明の場合についても同じである。 In the above inventions (30) to (33), the thickness of the thermal oxide film is preferably 200 to 500 angstroms, and a metal element is added to the amorphous silicon film after the step of forming the amorphous silicon film. Is preferably added at a concentration of 1 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm 3 . Further, a metal element is preferably used for forming the crystalline silicon film, and the metal element is at least one selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Cu, and Au. These elements can be used. This also applies to the case of the aforementioned invention.

以下、実施例を基に本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことは勿論である。まず、実施例1〜実施例3として、当該金属元素を使用し、当該金属元素の作用によって結晶化させた結晶性珪素膜中の当該金属元素の除去又は減少効果やハロゲン濃度を示す実施例を示し、続いて上記(1)〜(33)の発明に対応する実施例を順次記載している。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, of course, this invention is not limited to these Examples. First, as Examples 1 to 3, Examples using the metal element and showing the effect of removing or reducing the metal element in the crystalline silicon film crystallized by the action of the metal element and the halogen concentration In the following, examples corresponding to the inventions (1) to (33) are sequentially described.

《実施例1》
図16は、非晶質珪素膜を当該金属元素としてニッケルを利用して結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点で、膜断面方向におけるニッケル元素の濃度分布を計測した結果である。この計測はSIMS(2次イオン分析方法)によって行った。この計測値を得た試料の作製工程は、その概略、以下のとおりである。
Example 1
FIG. 16 shows the result of measuring the concentration distribution of nickel element in the film cross-sectional direction at the time when the thermal oxide film was formed after the amorphous silicon film was crystallized using nickel as the metal element. This measurement was performed by SIMS (secondary ion analysis method). The preparation process of the sample from which this measured value was obtained is as outlined below.

石英基板上に下地膜として酸化珪素膜を4000オングストロームの厚さに成膜した後、減圧熱CVD法により非晶質珪素膜を500オングストロームの厚さに成膜した。次いで、この非晶質珪素膜に対してニッケル酢酸塩の水溶液を用いてニッケル元素を導入した。さらに温度650℃、4時間の加熱処理により結晶化させ、結晶性珪素膜を得た。その後、温度950℃の酸素雰囲気中において加熱処理を行い、700オングストローム厚の熱酸化膜を形成した。   A silicon oxide film having a thickness of 4000 angstroms was formed as a base film on a quartz substrate, and then an amorphous silicon film having a thickness of 500 angstroms was formed by low pressure thermal CVD. Next, nickel element was introduced into the amorphous silicon film using an aqueous solution of nickel acetate. Furthermore, it was crystallized by heat treatment at a temperature of 650 ° C. for 4 hours to obtain a crystalline silicon film. Thereafter, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 950 ° C. to form a 700 Å thick thermal oxide film.

図16から明らかなとおり、ニッケル元素は、結晶性珪素膜(PolyーSi膜)から酸化珪素膜(熱酸化膜)へ移行して、熱酸化膜に含まれている。また、ニッケル元素は、結晶性珪素膜中の方が熱酸化膜中より相対的に多いが、これは熱酸化膜中にSiO2 としてOが大量に取り込まれた結果と解される。なお、熱酸化膜の表面においてニッケル元素の濃度が高くなっているのは、表面の凹凸や吸着物等による表面状態の影響を受けた計測誤差と解されるものであるため、有意なものではない。また同様な理由で界面付近のデータについても多少の誤差が含まれている。 As is apparent from FIG. 16, the nickel element is transferred from the crystalline silicon film (Poly-Si film) to the silicon oxide film (thermal oxide film) and is contained in the thermal oxide film. Further, the nickel element is relatively more in the crystalline silicon film than in the thermal oxide film, which is interpreted as a result of a large amount of O being incorporated into the thermal oxide film as SiO 2 . In addition, the concentration of nickel element on the surface of the thermal oxide film is considered to be a measurement error affected by the surface condition due to surface irregularities or adsorbate, so it is not significant. Absent. For the same reason, some errors are included in the data near the interface.

《実施例2》
次に、熱酸化膜の形成方法として、温度950℃、3容量%のHClを含んだ酸素雰囲気中において加熱処理を行い、その他の工程は実施例1の工程と同様にして、500オングストローム厚の熱酸化膜を形成した。図17は、この場合のサンプルについての測定データである。図17から明らかなように、結晶性珪素膜中におけるニッケル濃度はさらに低下し、代わりに熱酸化膜中におけるニッケル濃度が相対的に増加している。これは形成した熱酸化膜中にニッケル元素がさらに吸い出された(即ち、ゲッタリングされた)ことを意味している。
Example 2
Next, as a method of forming the thermal oxide film, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere containing 950 ° C. and 3% by volume of HCl, and the other processes are performed in the same manner as in the first embodiment with a thickness of 500 Å. A thermal oxide film was formed. FIG. 17 shows measurement data for the sample in this case. As is apparent from FIG. 17, the nickel concentration in the crystalline silicon film is further lowered, and instead the nickel concentration in the thermal oxide film is relatively increased. This means that nickel element was further sucked out (that is, gettered) into the formed thermal oxide film.

図16と図17の違いは、酸化膜の形成の際に雰囲気中にHClを含有させたか否かの点のみである。従って、上記のゲッタリングの効果は、酸素のほか、HClが大幅に関与しているものと結論することができる。また、HClの成分であるH(水素)によるゲッタリング効果は確認されていないから、より正確にはCl(塩素)の作用によって、図16と図17の違いに示されるようなゲッタリング効果が得られることが分かる。   The difference between FIG. 16 and FIG. 17 is only whether or not HCl is contained in the atmosphere when forming the oxide film. Therefore, it can be concluded that the above-described gettering effect is greatly related to HCl in addition to oxygen. Further, since the gettering effect due to H (hydrogen) which is a component of HCl has not been confirmed, the gettering effect as shown in the difference between FIG. 16 and FIG. 17 is more accurately caused by the action of Cl (chlorine). You can see that

このニッケル元素をゲッタリングした熱酸化膜を除去することにより、ニッケル濃度を低くした結晶性珪素膜を得ることができる。さらに、図18は、図17のデータが得られた試料と同じ条件で作製した試料におけるCl元素の濃度分布を示すグラフである。図18から明らかなとおり、Cl元素は結晶性珪素膜と熱酸化膜の界面近傍に集中して存在している。   By removing the thermal oxide film gettered with the nickel element, a crystalline silicon film having a low nickel concentration can be obtained. Further, FIG. 18 is a graph showing the concentration distribution of Cl element in a sample manufactured under the same conditions as the sample from which the data of FIG. 17 was obtained. As apparent from FIG. 18, the Cl element is concentrated near the interface between the crystalline silicon film and the thermal oxide film.

《実施例3》
本実施例3は、実施例1〜実施例2に記載したデータが得られた結晶性珪素膜の出発膜である非晶質珪素膜に代えて、プラズマCVD法で成膜した非晶質珪素膜を利用した場合の例であり、他の作製条件は実施例1の場合と同じくしたものである。プラズマCVD法で成膜された非晶質珪素膜は、減圧熱CVD法で成膜された非晶質珪素膜とはその膜質が異なるので、結晶性珪素膜とした後のゲッタリングの作用も異なるものとなる。
Example 3
In this third embodiment, an amorphous silicon film formed by a plasma CVD method is used instead of the amorphous silicon film which is the starting film of the crystalline silicon film from which the data described in the first to second embodiments is obtained. This is an example in the case where a film is used, and other manufacturing conditions are the same as those in Example 1. The amorphous silicon film formed by the plasma CVD method is different in film quality from the amorphous silicon film formed by the low pressure thermal CVD method. It will be different.

まず、図19に示すのは、熱酸化膜を温度950℃の酸素雰囲気中で形成した場合のサンプルの測定データである。図19から明らかなように、ニッケル元素は熱酸化膜へも移行しているが、結晶性珪素膜中には比較的高濃度にニッケル元素が存在している。なお、ニッケルの導入条件は同じであるのに、図16と比較すると結晶性珪素膜中におけるニッケル濃度が高い。これは、プラズマCVD法で成膜された非晶質珪素膜の膜質が緻密でなく、欠陥が多いために、ニッケル元素がより膜中に拡散し易いためであると推認される。   First, FIG. 19 shows sample measurement data when the thermal oxide film is formed in an oxygen atmosphere at a temperature of 950.degree. As can be seen from FIG. 19, the nickel element has also moved to the thermal oxide film, but the nickel element is present at a relatively high concentration in the crystalline silicon film. Although the introduction conditions of nickel are the same, the nickel concentration in the crystalline silicon film is higher than that in FIG. This is presumably because the amorphous silicon film formed by the plasma CVD method is not dense and has many defects, so that nickel element is more easily diffused into the film.

上記事実を別の観点から見ると、次のような別の見方をすることができる。即ち、ニッケル酢酸水溶液を塗布する前に、濡れ性を改善するために、非晶質珪素膜の表面にUV(紫外線)酸化法によって極めて薄い酸化膜を形成したが、この酸化膜の膜厚が下地の非晶質珪素膜の膜質の違いの影響を受けて異なっている可能性がある。この場合、その膜厚の違いによって、珪素膜中に拡散するニッケル元素の量が異なるので、その影響が図16と図19の違いに現れたものと見ることもできる。   Looking at the above facts from another point of view, we can take another view as follows. That is, before applying the nickel acetic acid aqueous solution, in order to improve wettability, an extremely thin oxide film was formed on the surface of the amorphous silicon film by a UV (ultraviolet) oxidation method. There is a possibility that the difference is influenced by the difference in film quality of the underlying amorphous silicon film. In this case, since the amount of nickel element diffusing in the silicon film differs depending on the difference in film thickness, it can be considered that the influence appears in the difference between FIG. 16 and FIG.

さらに、図20は、熱酸化膜の形成に際し、その雰囲気として酸素に対してHClを1容量%含有させた場合のデータである。図20から明らかように、結晶性珪素膜中におけるニッケル濃度は、図19に示すデータに比較してさらに低下している。これに対応して熱酸化膜中のニッケル濃度が高くなっている。   Further, FIG. 20 shows data when HCl is contained in an amount of 1% by volume with respect to oxygen as the atmosphere in forming the thermal oxide film. As is clear from FIG. 20, the nickel concentration in the crystalline silicon film is further reduced as compared with the data shown in FIG. Correspondingly, the nickel concentration in the thermal oxide film is increased.

この事実は、ニッケル元素が、熱酸化膜中に塩素の作用によってゲッタリングされたことを意味している。このように、塩素を含んだ酸化性雰囲気中において熱酸化膜を形成することにより、その熱酸化膜中に結晶性珪素膜中に存在するニッケル元素をより効果的にゲッタリングさせることができる。そして、ニッケル元素をゲッタリングした該熱酸化膜を除去することにより、ニッケル濃度を低くした結晶性珪素膜を得ることができる。   This fact means that the nickel element was gettered by the action of chlorine in the thermal oxide film. Thus, by forming a thermal oxide film in an oxidizing atmosphere containing chlorine, nickel elements present in the crystalline silicon film can be more effectively gettered in the thermal oxide film. Then, by removing the thermal oxide film gettered with nickel element, a crystalline silicon film with a low nickel concentration can be obtained.

また、図21に示すグラフは、図20に示したデータが得られた試料と同じ作製条件によって得た試料における塩素濃度を調べた結果である。図21から明らかなとおり、塩素は、下地膜と結晶性珪素膜との界面近傍及び結晶性珪素膜と熱酸化膜の界面近傍に高濃度に存在している。図21は図18に対応するものであるが、塩素濃度の分布が図21のように形成されるのは、出発膜である非晶質珪素膜がプラズマCVD法によるものであり、その膜質が緻密でないことによるものと推認される。   Further, the graph shown in FIG. 21 is a result of examining the chlorine concentration in a sample obtained under the same manufacturing conditions as the sample from which the data shown in FIG. 20 was obtained. As is clear from FIG. 21, chlorine is present in high concentration in the vicinity of the interface between the base film and the crystalline silicon film and in the vicinity of the interface between the crystalline silicon film and the thermal oxide film. FIG. 21 corresponds to FIG. 18, but the distribution of chlorine concentration is formed as shown in FIG. 21 because the amorphous silicon film as the starting film is formed by the plasma CVD method, and the film quality is It is presumed to be due to being not precise.

さらに、図20から明らかなとおり、この場合には、下地膜と結晶性珪素膜との界面近傍においてもニッケル濃度が高くなっている傾向が認められる。これは下地膜との界面近傍(または下地膜中)に存在する塩素の作用によって、下地膜に向かってニッケルのゲッタリングが行われた結果であると理解される。そしてこのような現象は、下地膜にハロゲン元素を添加した場合にも得られるものと考えられる。   Further, as is apparent from FIG. 20, in this case, it is recognized that the nickel concentration tends to be high near the interface between the base film and the crystalline silicon film. This is understood as a result of gettering of nickel toward the base film by the action of chlorine existing in the vicinity of the interface with the base film (or in the base film). Such a phenomenon is considered to be obtained even when a halogen element is added to the base film.

以上、実施例1〜実施例3で実証された効果については、本発明に係る金属元素の熱酸化膜への移行、ゲッタリング条件等の如何により、さらに有効に行うことができるものである。以下、前記(1)〜(33)の発明に対応する各実施例を、変形態様等を適宜含めて、記載している。   As described above, the effects demonstrated in the first to third embodiments can be more effectively performed depending on the transition of the metal element to the thermal oxide film, the gettering conditions, and the like according to the present invention. Hereinafter, each Example corresponding to the inventions (1) to (33) will be described, including modifications and the like as appropriate.

《実施例4》
本実施例4は、ガラス基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得た実施例である。まずニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得た。次いで、熱酸化法によってこの結晶性珪素膜上に形成した。この時、結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素が熱酸化膜中にゲッタリングされている。次いで、そのゲッタリングの結果、高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、ガラス基板上に高い結晶性を有するとともに、ニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜が得られた。
Example 4
Example 4 is an example in which a crystalline silicon film is obtained on a glass substrate using nickel element. First, a crystalline silicon film having high crystallinity was obtained by the action of nickel element. Subsequently, it was formed on this crystalline silicon film by a thermal oxidation method. At this time, the nickel element remaining in the crystalline silicon film is gettered in the thermal oxide film. Next, as a result of the gettering, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed. By doing so, a crystalline silicon film having high crystallinity and a low nickel element concentration was obtained on the glass substrate.

図22は、本実施例4における作製工程を示す図である。まず、コーニング1737ガラス基板(歪点:667℃)1上に下地膜として酸化窒化珪素膜2を3000オングストロームの厚さに成膜した。酸化窒化珪素膜の成膜は、例えば原料ガスとしてシランとN2O ガスと酸素とを用いたプラズマCVD法、或いはTEOSガスとN2O ガスとを用いたプラズマCVD法等を用いて形成されるが、ここでは前者を使用した。 FIG. 22 is a diagram showing manufacturing steps in the fourth embodiment. First, a silicon oxynitride film 2 having a thickness of 3000 angstroms was formed on a Corning 1737 glass substrate (strain point: 667 ° C.) 1 as a base film. The silicon oxynitride film is formed using, for example, a plasma CVD method using silane, N 2 O gas, and oxygen as source gases, or a plasma CVD method using TEOS gas and N 2 O gas. However, the former was used here.

この酸化窒化珪素膜は、後の工程においてガラス基板からの不純物(ガラス基板中には半導体の作製レベルで見て、多量の不純物が含まれている)の拡散を抑制する機能を有している。また、下地膜としては、酸化窒化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いることもできる。なお、該不純物の拡散を抑制する機能を最大限に得るためには窒化珪素膜が最適であるが、窒化珪素膜は応力の関係でガラス基板からはがれてしまうので、ガラス基板の場合は実用的ではない。   This silicon oxynitride film has a function of suppressing diffusion of impurities from a glass substrate (a large amount of impurities are contained in the glass substrate as viewed at the semiconductor manufacturing level) in a later step. . Further, as the base film, a silicon oxide film can be used instead of the silicon oxynitride film. Note that a silicon nitride film is optimal for obtaining the maximum function of suppressing the diffusion of the impurities. However, the silicon nitride film is peeled off from the glass substrate due to stress, so that it is practical for a glass substrate. is not.

また、この下地膜2は、可能な限りなるべく高い硬度とすることが重要なポイントとなる。これは、最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験において、下地膜の硬さが硬い方が(即ち、そのエッチングレートが小さい方が)信頼性が高いことから結論される。その理由については、詳細には不明であるが、恐らく薄膜トランジスタの作製工程中におけるガラス基板からの不純物の遮蔽効果によるものと推認される。   Further, it is an important point that the base film 2 has a hardness as high as possible. This is concluded from the fact that in the durability test of the finally obtained thin film transistor, the harder the base film is harder (that is, the lower the etching rate), the higher the reliability. Although the reason is unknown in detail, it is presumably due to the effect of shielding impurities from the glass substrate during the manufacturing process of the thin film transistor.

また、この下地膜2中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲン元素によってゲッタリングすることができる。また下地膜を成膜した後に水素プラズマ処理を加えることは有効であり、また酸素と水素とを混合した雰囲気でプラズマ処理を行うことは有効である。これらの処理は下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。   It is also effective to add a trace amount of a halogen element typified by chlorine in the base film 2. In this manner, a metal element that promotes crystallization of silicon present in the semiconductor layer can be gettered with a halogen element in a later step. In addition, it is effective to apply a hydrogen plasma treatment after forming the base film, and it is effective to perform the plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed. These treatments are effective in removing carbon components adsorbed on the surface of the base film and improving interface characteristics with a semiconductor film to be formed later.

次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜3を500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法で成膜した。ここで減圧熱CVD法を用いたのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからであり、具体的には膜質が緻密であるからである。また、上記減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法等を用いることができる。ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。これは、後の工程である珪素の結晶化を助長する金属元素のゲッタリング工程において、酸素が重要な役割を果たすからである。 Next, an amorphous silicon film 3 to be a crystalline silicon film later was formed to a thickness of 500 angstrom by a low pressure thermal CVD method. The reason why the low pressure CVD method is used here is that the crystalline silicon film obtained later is superior in film quality, specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method or the like can be used. The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . This is because oxygen plays an important role in a metal element gettering process that promotes crystallization of silicon, which is a subsequent process.

ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。また、他の不純物の濃度、例えば、窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、2×1019cm-3以下の濃度とすることが必要である。ここでの非晶質珪素膜3の膜厚は1600オングストロームとした。この非晶質膜の膜厚は、最終的に必要とするされる膜厚より厚くすることが必要である。 However, when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, care must be taken because crystallization of the amorphous silicon film is inhibited. Further, the concentration of other impurities, for example, the concentration of nitrogen or carbon is preferably as low as possible. Specifically, the concentration needs to be 2 × 10 19 cm −3 or less. The thickness of the amorphous silicon film 3 here is 1600 angstroms. The film thickness of this amorphous film needs to be larger than the final required film thickness.

この非晶質珪素膜3を加熱のみよって結晶化させる場合は、この出発膜(非晶質珪素膜)3の膜厚を800オングストローム〜5000μm、好ましく1500〜3000オングストロームとする。この膜厚範囲より厚い場合は、成膜時間が長くなるので生産コストの点から不経済となる。またこの膜厚範囲よりも薄い場合は、結晶化が不均一になったり、工程の再現性が悪くなる。こうして図20(A)に示す状態が得られた。次に、非晶質珪素膜3を結晶化させるためにニッケル元素を導入する。ここでは、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜3の表面に塗布することによってニッケル元素を導入した。   When the amorphous silicon film 3 is crystallized only by heating, the film thickness of the starting film (amorphous silicon film) 3 is set to 800 Å to 5000 μm, preferably 1500 to 3000 Å. If it is thicker than this film thickness range, the film formation time becomes longer, which is uneconomical in terms of production cost. On the other hand, when the thickness is smaller than this range, the crystallization becomes non-uniform or the reproducibility of the process deteriorates. In this way, the state shown in FIG. Next, nickel element is introduced to crystallize the amorphous silicon film 3. Here, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm (in weight) of nickel to the surface of the amorphous silicon film 3.

ニッケル元素の導入方法としては、上記のようにニッケル塩の溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらにプラズマ処理法や吸着法を用いることができる。これらのうち溶液を用いる方法は簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点でも有用である。ニッケル塩としては各種ニッケル塩を用いることができ、溶媒としては水のほか、アルコール類その他の有機溶媒、或いは水と有機溶媒の混合溶媒を用いることができる。   As a method for introducing nickel element, in addition to the method using a nickel salt solution as described above, a sputtering method, a CVD method, a plasma processing method, and an adsorption method can be used. Among these, the method using a solution is simple and useful in that the concentration of the metal element can be easily adjusted. Various nickel salts can be used as the nickel salt, and as the solvent, water, alcohols and other organic solvents, or a mixed solvent of water and an organic solvent can be used.

本実施例では、上記のようにニッケル酢酸塩溶液を塗布することにより、図22(B)に示すように水膜4を形成した。この状態において、図示しないスピンコーターを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。このようにしてニッケル元素が非晶質珪素膜3の表面に接して保持された状態とする。なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩溶液を用いる代わりに炭素を含まないニッケル塩を含む溶液、例えば硫酸ニッケル溶液を用いることが好ましい。この理由は、酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留することが懸念されるからである。ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル塩の濃度を調整することにより行うことができる。   In this example, the water film 4 was formed as shown in FIG. 22B by applying the nickel acetate solution as described above. In this state, excess solution was blown off using a spin coater (not shown). In this way, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 3. In consideration of residual impurities in the subsequent heating step, it is preferable to use a solution containing a nickel salt that does not contain carbon, such as a nickel sulfate solution, instead of using a nickel acetate salt solution. This is because the nickel acetate salt solution contains carbon, which is feared to carbonize and remain in the film in the subsequent heating step. The amount of nickel element introduced can be adjusted by adjusting the concentration of nickel salt in the solution.

次いで、図22(C)に示す状態において、450℃〜650℃の温度での加熱処理を行い、非晶質珪素膜3を結晶化させ、結晶性珪素膜5を得た。この加熱処理は還元雰囲気中で行う。ここでは水素を3容量%含んだ窒素雰囲気中で温度620℃、4時間の加熱処理を行った。このようにして図22(C)に示すように結晶性珪素膜5を得た。この加熱処理による結晶化の工程において雰囲気を還元雰囲気とするのは、加熱処理工程中において酸化物が形成されてしまうことを防止するためであり、より具体的には、ニッケルと酸素とが反応してNiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。 Next, in the state shown in FIG. 22C, heat treatment was performed at a temperature of 450 ° C. to 650 ° C. to crystallize the amorphous silicon film 3 to obtain a crystalline silicon film 5. This heat treatment is performed in a reducing atmosphere. Here, heat treatment was performed at a temperature of 620 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen. In this way, a crystalline silicon film 5 was obtained as shown in FIG. The reason why the atmosphere in the crystallization process by heat treatment is reduced is to prevent the formation of oxide during the heat treatment process. More specifically, nickel and oxygen react with each other. NiO X is to suppress the undesirably formed on the surface of the film or within the film to.

ところで、酸素は、後のゲッタリング工程において、ニッケルと結合してニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかし、上記結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要である。この結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度はppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。   By the way, oxygen is combined with nickel in a later gettering step, and contributes greatly to the gettering of nickel. However, it has been found that the combination of oxygen and nickel in the crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization step by heating, it is important to suppress the formation of oxides as much as possible. The oxygen concentration in the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed is in the order of ppm, preferably 1 ppm or less.

また、上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素やアルゴン等の不活性ガス、それらの混合ガス等を利用することができるが、ここでは窒素を用いた。また上記の結晶化のための加熱処理温度の下限は、その効果及び再現性から見て、450℃以上とすることが好ましい。一方、その上限については使用するガラス基板の歪点以下とすることが好ましく、本実施例では歪点が667℃のコーニング1737ガラス基板を用いているので、多少の余裕をみてその上限は650℃程度とする。   In addition, as a gas occupying most of the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed, an inert gas such as nitrogen or argon, a mixed gas thereof, or the like can be used. Using. The lower limit of the heat treatment temperature for crystallization is preferably 450 ° C. or higher in view of the effect and reproducibility. On the other hand, the upper limit is preferably set to be equal to or lower than the strain point of the glass substrate to be used. In this example, a Corning 1737 glass substrate having a strain point of 667 ° C. is used. To the extent.

この点、基板として石英基板を用いれば、さらに900℃程度、或いはそれ以上の温度まで加熱温度を高くすることができる。この場合には、より高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得ることができ、しかも、より短時間で結晶性珪素膜を得ることができる。結晶性珪素膜5を得た後、再度の加熱処理を行った。この加熱処理はニッケル元素を含有した熱酸化膜を形成するために行われる。ここではこの加熱処理を酸素100%の雰囲気中で行った。   In this regard, if a quartz substrate is used as the substrate, the heating temperature can be further increased to a temperature of about 900 ° C. or higher. In this case, a crystalline silicon film having higher crystallinity can be obtained, and a crystalline silicon film can be obtained in a shorter time. After obtaining the crystalline silicon film 5, the heat treatment was performed again. This heat treatment is performed to form a thermal oxide film containing nickel element. Here, this heat treatment was performed in an atmosphere of 100% oxygen.

図22(D)はこの加熱処理工程を説明する図である。この工程は、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素(その他珪素の結晶化を助長する金属元素)を結晶性珪素膜5中から除去するための工程である。この加熱処理は、前述の結晶化を行うために行った加熱処理よりも高い温度で行う。これはニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うために重要な条件である。   FIG. 22D is a diagram illustrating this heat treatment step. This step is a step for removing from the crystalline silicon film 5 the nickel element (other metal element that promotes the crystallization of silicon) intentionally mixed in the initial stage for crystallization. This heat treatment is performed at a temperature higher than the heat treatment performed for the above-described crystallization. This is an important condition for effective gettering of nickel element.

この加熱処理は、上記の条件を満たした上で、550℃〜1050℃、好ましくは600℃〜980℃の温度で行う。これは600℃以下ではその効果が得られず、逆に1050℃を越えると、石英で形成された治具が歪んでしまったり、装置に負担がかかるからである(この意味では980℃以下とすることが好ましい)。また、この加熱処理温度の上限は、使用するガラス基板の歪点によって制限される。使用するガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変形するので注意が必要である。   This heat treatment is performed at a temperature of 550 to 1050 ° C., preferably 600 to 980 ° C. after satisfying the above conditions. This is because the effect cannot be obtained at 600 ° C. or lower, and conversely, if it exceeds 1050 ° C., the jig made of quartz is distorted or the apparatus is burdened (in this sense, it is 980 ° C. or lower). Preferably). Moreover, the upper limit of this heat processing temperature is restrict | limited by the strain point of the glass substrate to be used. When heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate to be used, care must be taken because the substrate is deformed.

本実施例では、歪点が667℃のコーニング1737ガラス基板を利用しているので、加熱温度を640℃とした。このような条件で加熱処理を行うと、図22(D)に示されるように熱酸化膜6が形成される。ここでは12時間の加熱処理を行い、200オングストロームの厚さの熱酸化膜6を成膜した。熱酸化膜6が形成されることで、結晶性珪素膜3の膜厚は約1500オングストローム程度となる。この加熱処理においては加熱温度が600℃〜750℃の場合は処理時間(加熱時間)を10時間〜48時間程度、代表的には24時間とする。なお、加熱温度が750℃〜900℃の場合は処理時間を5時間〜24時間程度、代表的には12時間とする。   In this example, since a Corning 1737 glass substrate having a strain point of 667 ° C. is used, the heating temperature is set to 640 ° C. When heat treatment is performed under such conditions, a thermal oxide film 6 is formed as shown in FIG. Here, a heat treatment for 12 hours was performed to form a thermal oxide film 6 having a thickness of 200 angstroms. By forming the thermal oxide film 6, the thickness of the crystalline silicon film 3 becomes about 1500 angstroms. In this heat treatment, when the heating temperature is 600 ° C. to 750 ° C., the treatment time (heating time) is about 10 to 48 hours, typically 24 hours. When the heating temperature is 750 ° C. to 900 ° C., the treatment time is about 5 hours to 24 hours, typically 12 hours.

また、加熱温度が900℃〜1050℃の範囲の場合は処理時間を1時間〜12時間程度、代表的には6時間とする。勿論これらの処理時間は、得ようとする酸化膜の膜厚によって適宜設定される。この工程においては、形成される熱酸化膜6中にニッケル元素がゲッタリングされる。このゲッタリングにおいては、酸素雰囲気のほか、結晶性珪素膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素とニッケルが結合することによって酸化ニッケルが形成され、この形でニッケル元素が熱酸化膜6中にゲッタリングされる。   When the heating temperature is in the range of 900 ° C. to 1050 ° C., the treatment time is about 1 hour to 12 hours, typically 6 hours. Of course, these processing times are appropriately set depending on the thickness of the oxide film to be obtained. In this step, nickel element is gettered in the thermal oxide film 6 to be formed. In this gettering, oxygen existing in the crystalline silicon film plays an important role in addition to the oxygen atmosphere. In other words, nickel oxide is formed by combining oxygen and nickel, and the nickel element is gettered into the thermal oxide film 6 in this form.

前述したように、酸素は、その濃度が多過ぎると、図22(C)に示す結晶化工程において、非晶質珪素膜3の結晶化を阻害する要素となる。しかし、上述のようにその存在はニッケルのゲッタリング過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜となる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要なものとなる。この工程を経ることにより、結晶性珪素膜5中におけるニッケル元素を除去し、或いはその濃度を初期濃度よりも低下させることができる。   As described above, when the concentration of oxygen is excessive, it becomes an element that inhibits the crystallization of the amorphous silicon film 3 in the crystallization step shown in FIG. However, as described above, its presence plays an important role in the nickel gettering process. Therefore, it is important to control the concentration of oxygen present in the amorphous silicon film as the starting film. Through this step, the nickel element in the crystalline silicon film 5 can be removed, or the concentration thereof can be lowered from the initial concentration.

また、上記の工程においては、形成される酸化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高くなる。また、珪素膜5と酸化膜6の界面における珪素膜5側の近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察された。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在、さらには有機物が要因であると考えられる。   In the above process, since nickel element is gettered in the oxide film to be formed, the nickel concentration in the oxide film is naturally higher than that in other regions. Further, a tendency for nickel element to increase near the silicon film 5 side at the interface between the silicon film 5 and the oxide film 6 was observed. This is considered to be because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the silicon film and the oxide film. The reason why gettering proceeds in the vicinity of the interface is considered to be caused by the presence of stress and defects in the vicinity of the interface, and also by organic substances.

熱酸化膜6の形成が終了した後、当該ニッケルを高濃度に含んだ熱酸化膜6を除去した。この熱酸化膜6の除去は、例えばバッファーフッ酸(その他フッ酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングやドライエッチングを用いて行うが、ここでは前者を適用した。こうして、図22(E)に示すように、含有ニッケル濃度が低減した結晶性珪素膜7が得られた。得られた結晶性珪素膜7の表面近傍には、比較的ニッケル元素が高濃度に含まれているので、上記の熱酸化膜6のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜7の表面を少しオーバーエッチングすることが有効である。   After the formation of the thermal oxide film 6, the thermal oxide film 6 containing nickel at a high concentration was removed. The removal of the thermal oxide film 6 is performed by wet etching or dry etching using, for example, buffer hydrofluoric acid (other hydrofluoric acid-based etchant), but the former is applied here. Thus, as shown in FIG. 22E, a crystalline silicon film 7 having a reduced nickel content was obtained. In the vicinity of the surface of the obtained crystalline silicon film 7, a relatively high concentration of nickel element is contained. Therefore, the etching of the thermal oxide film 6 is further advanced, and the surface of the crystalline silicon film 7 is slightly changed. It is effective to over-etch.

《実施例5》
本実施例5は、実施例4に示す構成において、図22(C)に示す加熱処理により結晶性珪素膜を得た後、さらにレーザー光の照射を行い、その結晶性を助長させた場合の例を示す。図22(C)に示す加熱処理の温度が低かったり、処理時間が短い場合、即ち、作製工程上の理由で、加熱温度が制限されたり、加熱時間が制限されてしまう場合等に、必要とする結晶性が得られないことがある。このような場合には、レーザー光の照射によるアニールを施すことにより、必要とする高い結晶性を得ることができる。
Example 5
In Example 5, the crystalline silicon film was obtained by the heat treatment shown in FIG. 22C in the structure shown in Example 4, and then further irradiated with laser light to promote the crystallinity. An example is shown. Necessary when the temperature of the heat treatment shown in FIG. 22C is low or the treatment time is short, that is, when the heating temperature is limited or the heating time is limited due to a manufacturing process. Crystallinity may not be obtained. In such a case, the required high crystallinity can be obtained by annealing by laser light irradiation.

この場合のレーザー光の照射は、非晶質珪素膜を直接結晶化させる場合に比較して、許容されるレーザー照射条件の幅が広く、また、その再現性も高いものとすることができる。レーザー光の照射は図22(C)に示す工程の後に行えばよい。また図22(A)において成膜される出発膜となる非晶質珪素膜3の膜厚を200オングストローム〜2000オングストロームとすることが重要である。これは非晶質珪素膜の膜厚が薄い方がレーーザー光の照射によるアニール効果が高いものとなるからである。   The laser light irradiation in this case can have a wider range of allowable laser irradiation conditions and higher reproducibility than the case where the amorphous silicon film is directly crystallized. Irradiation with laser light may be performed after the step shown in FIG. Further, it is important that the amorphous silicon film 3 as a starting film formed in FIG. 22A has a thickness of 200 angstroms to 2000 angstroms. This is because the thinner the amorphous silicon film, the higher the annealing effect due to laser light irradiation.

また、使用するレーザー光としては特に限定はないが、好ましくは紫外領域のレーザー光、例えば紫外領域のエキシマレーザーを使用する。具体的にはKrFエキシマレーザー(波長248nm)やXeClエキシマレーザー(波長308nm)等を用いることができるが、本実施例ではKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用いた。またレーザー光ではなく、紫外線ランプや赤外線ランプを用いた強光の照射を行ってアニールを行うこともできる。   The laser beam to be used is not particularly limited, but preferably an ultraviolet laser beam, for example, an ultraviolet excimer laser is used. Specifically, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), or the like can be used. In this example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was used. In addition, annealing can be performed by irradiating with strong light using an ultraviolet lamp or an infrared lamp instead of a laser beam.

《実施例6》
本実施例6は、実施例5におけるレーザー光に代えて赤外線ランプを利用した場合の例である。赤外線を用いた場合、ガラス基板をあまり加熱せずに珪素膜を選択的に加熱することができる。従って、ガラス基板に対して熱的ダメージを与えずに効果的な加熱処理を行うことができた。
Example 6
The sixth embodiment is an example in which an infrared lamp is used instead of the laser beam in the fifth embodiment. When infrared rays are used, the silicon film can be selectively heated without heating the glass substrate so much. Therefore, an effective heat treatment could be performed without causing thermal damage to the glass substrate.

《実施例7》
本実施例7は、実施例4に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。銅元素の場合、Cuを導入するための溶液としては、例えば酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2 O)等の溶液を用いればよいが、本実施例では酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕の水溶液を用いた。
Example 7
The seventh embodiment is an example in which Cu is used as the metal element for promoting the crystallization of silicon in the configuration shown in the fourth embodiment. In the case of copper element, as a solution for introducing Cu, for example, a solution of cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ] or cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O) may be used. In this example, an aqueous solution of cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ] was used.

《実施例8》
本実施例8は、実施例4に示す構成において、基板1として石英基板を用いた例である。本実施例においては、出発膜となる非晶質珪素膜3の膜厚を2000オングストロームとした。また、図22(C)で示す加熱処理による熱酸化膜の形成時における加熱温度を950℃とした。この場合、酸化膜の形成が速く、ゲッタリングの効果が充分に得られないので、雰囲気中の酸素濃度を低くする。具体的には、窒素雰囲気中における酸素濃度を10容量%とした。
Example 8
The eighth embodiment is an example in which a quartz substrate is used as the substrate 1 in the configuration shown in the fourth embodiment. In this embodiment, the thickness of the amorphous silicon film 3 serving as a starting film is set to 2000 angstroms. In addition, the heating temperature at the time of forming the thermal oxide film by the heat treatment shown in FIG. In this case, the formation of the oxide film is fast and the gettering effect cannot be sufficiently obtained, so the oxygen concentration in the atmosphere is lowered. Specifically, the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere was set to 10% by volume.

本実施例での上記処理時間は300分とした。このような条件とすると、約500オングストロームの膜厚を有する熱酸化膜を得ることができる。また、同時にゲッタリングに必要な時間を稼ぐことができる。なお、酸素100%の雰囲気中で950℃の加熱処理を行った場合、約30分で500オングストローム以上の厚さを有する熱酸化膜が得られてしまう。   The processing time in this example was 300 minutes. Under such conditions, a thermal oxide film having a film thickness of about 500 angstroms can be obtained. At the same time, the time required for gettering can be earned. When heat treatment at 950 ° C. is performed in an atmosphere of 100% oxygen, a thermal oxide film having a thickness of 500 Å or more is obtained in about 30 minutes.

この場合には、ニッケルのゲッタリングを充分に行うことができないので、結晶性珪素膜7内には、比較的高濃度にニッケル元素が残留してしまう。従って本実施例に示すように酸素濃度を調整し、充分なゲッタリング効果が得れる時間を稼いで、熱酸化膜を形成することが好ましい。この方法のように、熱酸化膜の厚さや形成温度を変化させた場合に、雰囲気の酸素濃度を調整することにより、金属元素のゲッタリングに必要とされる時間を設定することができる。   In this case, nickel gettering cannot be performed sufficiently, so that nickel element remains in the crystalline silicon film 7 at a relatively high concentration. Therefore, it is preferable to form the thermal oxide film by adjusting the oxygen concentration and obtaining a sufficient time for obtaining a gettering effect as shown in this embodiment. When the thickness of the thermal oxide film and the formation temperature are changed as in this method, the time required for gettering the metal element can be set by adjusting the oxygen concentration of the atmosphere.

《実施例9》
本実施例9は、実施例4とは異なる形態の結晶成長を行わせる例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。図23は本実施例9の作製工程を示す図である。まずコーニング1737ガラス基板8上に下地膜9として、減圧熱CVD法により、酸化窒化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。該ガラス基板に代えて石英基板でもよいことは勿論である。
Example 9
The ninth embodiment is an example in which crystal growth in a form different from that of the fourth embodiment is performed. This embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to the substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 23 is a view showing a manufacturing process of the ninth embodiment. First, a silicon oxynitride film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 9 on a Corning 1737 glass substrate 8 by low pressure thermal CVD. Of course, a quartz substrate may be used instead of the glass substrate.

次に、結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜10を減圧熱CVD法によって2000オングストロームの厚さに成膜した。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したように2000オングストローム以下とすることが好ましい。なお、減圧熱CVD法の代わりにプラズマCVD法等を用いてもよい。次いで、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号11で示されるマスクを形成した。このマスクは12で示される領域で開口が形成されている。この開口12が形成されている領域においては非晶質珪素膜10が露呈している。   Next, an amorphous silicon film 10 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 2000 angstroms by low pressure thermal CVD. As described above, the thickness of the amorphous silicon film is preferably 2000 angstroms or less. Note that a plasma CVD method or the like may be used instead of the low pressure thermal CVD method. Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 11. This mask has an opening formed in a region indicated by 12. In the region where the opening 12 is formed, the amorphous silicon film 10 is exposed.

開口12は、図面の奥行から手前方向への長手方向に細長い長方形を有している。この開口12の幅は20μm以上とするのが適当であり、またその長手方向の長さは任意に決めればよいが、ここではその幅を30μm、長さを5cmとした。そして実施例4で示したように、重量換算で10ppmのニッケル元素を含む酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、図示しないスピナーを用いてスピンドライを行って余分な溶液を除去した。こうしてニッケル元素が、溶液として、図23(A)の点線13で示されるように、非晶質珪素膜10の露呈した表面に接して保持された状態が実現された。   The opening 12 has a rectangular shape elongated in the longitudinal direction from the depth of the drawing to the front. The width of the opening 12 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be arbitrarily determined. Here, the width is 30 μm and the length is 5 cm. And as shown in Example 4, after apply | coating the nickel acetate aqueous solution which contains 10 ppm of nickel elements by weight conversion, spin drying was performed using the spinner which is not illustrated, and the excess solution was removed. Thus, the state in which the nickel element was held as a solution in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 10 was realized as indicated by the dotted line 13 in FIG.

次に、水素を3容量%含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度640℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図23(B)の14で示されるような、基板に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長は、ニッケル元素が導入された開口12の領域から周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結晶成長を本明細書中横成長又はラテラル成長と指称している。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 640 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth in a direction parallel to the substrate progressed as indicated by 14 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 12 into which nickel element is introduced toward the periphery. This crystal growth in a direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例9のような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する結晶性珪素膜15を得た。なお、開口12が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって、縦成長とよばれる垂直方向への結晶成長が進行する。次いで、ニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜であるマスク11を除去した。こうして図23(C)に示す状態を得た。この状態においては、珪素膜15中に縦成長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域(非晶質状態の領域)が存在している。   Under the conditions as in Example 9, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a crystalline silicon film 15 having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 12 is formed, crystal growth in the vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface. Next, the mask 11 which is a silicon oxide film for selectively introducing nickel element was removed. In this way, the state shown in FIG. In this state, the silicon film 15 includes a vertical growth region, a lateral growth region, and a region where the crystal growth does not reach (amorphous region).

この状態で、酸素雰囲気中において、温度640℃の加熱処理を12時間行った。この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜16が形成され、同時に珪素膜15中のニッケル元素濃度を相対的に減少させることができる。ここでは、熱酸化膜16が200オングストロームの厚さに成膜された。この熱酸化膜中には、ゲッタリングされたニッケル元素が高濃度に含まれている。また、熱酸化膜16が成膜されることにより、結晶性珪素膜15は当初の2000オングストロームから1900オングストローム程度の膜厚となった。   In this state, heat treatment at a temperature of 640 ° C. was performed for 12 hours in an oxygen atmosphere. In this step, the oxide film 16 containing nickel element at a high concentration is formed, and at the same time, the nickel element concentration in the silicon film 15 can be relatively reduced. Here, the thermal oxide film 16 is formed to a thickness of 200 angstroms. This thermal oxide film contains gettered nickel element at a high concentration. Further, since the thermal oxide film 16 is formed, the crystalline silicon film 15 has a thickness of about 2000 angstroms to about 1900 angstroms.

次に、前記実施例4の場合と同様にしてニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜16を除去した。この状態の結晶性珪素膜においては、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃度に存在するような濃度分布を有している。従って、熱酸化膜16を除去した後に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングすることにより、ニッケル元素が高濃度に存在している領域を除去することが有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在している結晶性珪素膜の表面をエッチングすることにより、ニッケル元素濃度がより低減した結晶性珪素膜を得ることができる。   Next, the thermal oxide film 16 containing nickel element at a high concentration was removed in the same manner as in Example 4. The crystalline silicon film in this state has a concentration distribution such that nickel element exists at a high concentration toward the surface of the crystalline silicon film. Therefore, after removing the thermal oxide film 16, it is useful to remove the region where nickel element exists at a high concentration by further etching the surface of the crystalline silicon film. That is, by etching the surface of the crystalline silicon film in which nickel element is present at a high concentration, a crystalline silicon film having a further reduced nickel element concentration can be obtained.

次に、パターニングを行うことにより、図23(E)のように、横成長領域からなるパターン17を形成した。ここで、パターン17には、縦成長領域と非晶質領域、さらに横成長の先端領域が存在しないようにすることが重要である。これは、縦成長と横成長の先端領域においては、ニッケル元素の濃度が相対的に高く、また結晶成長が及ばなかった非晶質領域はその電気的な特性が劣るからである。こうして、パターン17中に残留するニッケル元素の濃度を、実施例4で示した場合に比較してさらに低いものとすることができる。   Next, by patterning, a pattern 17 composed of a lateral growth region was formed as shown in FIG. Here, it is important that the pattern 17 does not have a vertical growth region, an amorphous region, and a lateral growth tip region. This is because the concentration of nickel element is relatively high in the tip region of the vertical growth and the horizontal growth, and the amorphous region in which the crystal growth does not reach has poor electrical characteristics. Thus, the concentration of the nickel element remaining in the pattern 17 can be made lower than that in the case shown in the fourth embodiment.

これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度がそもそも低いことにも起因している。具体的には、横成長領域からなるパターン17中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。また、横成長領域を利用して薄膜トランジスタを形成した場合、実施例4に示したような縦成長(実施例4の場合は全面が縦成長する)領域を利用した場合に比較して、より高移動度を有する半導体装置を得ることができる。 This is also due to the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Specifically, the concentration of the nickel element in the pattern 17 composed of the lateral growth region can be easily set to the order of 10 17 cm −3 or less. Further, when the thin film transistor is formed by using the lateral growth region, it is higher than that in the case of using the vertical growth region (in the case of Example 4, the entire surface grows vertically) as shown in the fourth embodiment. A semiconductor device having mobility can be obtained.

なお、図23(E)に示すパターンを形成した後に、さらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在しているニッケル元素を除去することは有用である。また、パターン17を形成した後に、ゲッタリングのために熱酸化膜を形成することは有効ではない。この場合には、熱酸化膜によるゲッタリング効果は確かに得られるが、熱酸化膜の除去時に下地膜のエッチングも進行するので、島状に形成された結晶性珪素膜の下側までえぐられるようにエッチングが進行してしまうからである。   Note that after the pattern shown in FIG. 23E is formed, it is useful to further perform an etching process to remove nickel elements present on the pattern surface. Further, it is not effective to form a thermal oxide film for gettering after the pattern 17 is formed. In this case, the gettering effect by the thermal oxide film can be surely obtained, but the etching of the base film also proceeds at the time of removing the thermal oxide film, so that the underside of the crystalline silicon film formed in the island shape can be obtained. This is because the etching proceeds.

このような状態は、後に配線の断線や素子の動作不良の要因となる。本実施例では、パターン17を形成した後に、熱酸化膜18を形成した。この熱酸化膜18は、薄膜トランジスタを構成するのであれば、後にゲイト絶縁膜の一部となる部分であり、上記ゲッタリング効果を伴うが、除去するためのものではない。   Such a state causes a disconnection of the wiring and a malfunction of the element later. In this embodiment, the thermal oxide film 18 is formed after the pattern 17 is formed. If the thermal oxide film 18 constitutes a thin film transistor, it is a part that will later become a part of the gate insulating film and is accompanied by the gettering effect, but is not intended for removal.

《実施例10》
本実施例10は、本発明に係る結晶性珪素膜を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製する例である。図24は本実施例10の作製工程を示した図である。
Example 10
Embodiment 10 is an example in which a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device is manufactured using the crystalline silicon film according to the present invention. FIG. 24 is a view showing a manufacturing process of the tenth embodiment.

まず、実施例4或いは実施例9に示した工程によりガラス基板上に結晶性珪素膜を形成するが、本実施例では実施例4の工程を用いた。ここで得られた結晶性珪素膜をパターニングすることにより、図24(A)に示す状態を得た。図24(A)において、符号20はガラス基板、21は下地膜、22は結晶性珪素膜で構成された活性層である。図24(A)に示す状態を得た後、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を施した。このプラズマは高周波放電によって形成した。   First, a crystalline silicon film is formed on a glass substrate by the steps shown in Example 4 or Example 9. In this example, the step of Example 4 was used. The crystalline silicon film obtained here was patterned to obtain the state shown in FIG. In FIG. 24A, reference numeral 20 is a glass substrate, 21 is a base film, and 22 is an active layer made of a crystalline silicon film. After obtaining the state shown in FIG. 24A, plasma treatment was performed in a reduced pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was formed by high frequency discharge.

上記プラズマ処理によって、活性層22の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマにより、そこで酸化した有機物が還元、気化される。こうして活性層22の露呈した表面に存在する有機物が除去される。この有機物の除去は、活性層22の表面における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果がある。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであり、その存在を少なくすることは非常に有用である。   By the plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 22 are removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by oxygen plasma, and the oxidized organic substance is reduced and vaporized there by hydrogen plasma. In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 22 are removed. This removal of organic matter is very effective in suppressing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 22. Fixed charges resulting from the presence of organic substances hinder the operation of the device and cause instability of characteristics, and it is very useful to reduce the presence thereof.

上記有機物の除去後、温度640℃の酸素雰囲気中において熱酸化を行って、100オングストロームの熱酸化膜19を形成した。この熱酸化膜は、半導体層との界面特性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとなる。こうして図24(A)に示す状態を得た。その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜23を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法としては、酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法、或いはTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法等が使用し得るが、ここでは前者を用いた。この酸化窒化珪素膜23は熱酸化膜19と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。 After removal of the organic matter, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 640 ° C. to form a 100 angstrom thermal oxide film 19. This thermal oxide film has high interface characteristics with the semiconductor layer, and will later constitute a part of the gate insulating film. In this way, the state shown in FIG. Thereafter, a silicon oxynitride film 23 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O, or a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O can be used. Was used. The silicon oxynitride film 23 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 19.

また、酸化窒化珪素膜23中にハロゲン元素を含有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することで、活性層22中に存在するニッケル元素(その他珪素の結晶化を助長する金属元素の場合も同じ)の影響により、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを防ぐことができる。酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入し難くなるという有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が侵入すると、絶縁膜としての機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となる。なお、ゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。   In addition, it is effective to include a halogen element in the silicon oxynitride film 23. That is, by fixing the nickel element by the action of the halogen element, the gate insulating film is insulated by the influence of the nickel element existing in the active layer 22 (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon). It can prevent that the function as a film | membrane falls. The silicon oxynitride film has a significance that it is difficult for a metal element to enter the gate insulating film due to its dense film quality. When a metal element penetrates into the gate insulating film, the function as the insulating film is lowered, which causes instability and variations in characteristics of the thin film transistor. Note that a commonly used silicon oxide film can also be used as the gate insulating film.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜23を成膜した後、後にゲイト電極として機能するアルミニウム膜(図示せず)をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させたのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここで、ヒロックやウィスカーとは、加熱が行われることによって、アルミニウムの異常成長が発生し、針状或いは刺状の突起部が形成されてしまうことを意味している。   After forming a silicon oxynitride film 23 that functions as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later is formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean that when heating is performed, abnormal growth of aluminum occurs and needle-like or stab-like protrusions are formed.

アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とする。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。   After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. In this electrolytic solution, anodization is performed using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode, whereby an anodized film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク25を形成し、アルミニウム膜を24で示されるパターンにパターニングした。こうして図24(B)に示す状態を得た。ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン26を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号27で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク25が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜27が形成される。   Next, a resist mask 25 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 24. In this way, the state shown in FIG. Here, anodic oxidation is performed again. Here, a 3% by weight oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film indicated by reference numeral 27 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 26 as an anode. In this step, the anodic oxide film 27 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 25 having high adhesion exists on the upper portion.

この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここではその膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。次いで、レジストマスク25を除去し、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含むエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行った。すると、多孔質状の陽極酸化膜27中に電解溶液が進入する関係から、符号28で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成された。   This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time. Next, the resist mask 25 was removed, and a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. Then, an anodic oxide film having a dense film quality was formed as indicated by reference numeral 28 because the electrolytic solution entered the porous anodic oxide film 27.

この緻密な陽極酸化膜28の膜厚は1000オングストロームとした。この膜厚の制御は印加電圧の調整によって行った。ここで露呈した酸化窒化珪素膜23と熱酸化膜19をエッチングした。このエッチングにはドライエッチングを利用した。そして酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜27を除去した。こうして図24(D)に示す状態を得た。   The film thickness of the dense anodic oxide film 28 was 1000 angstroms. The film thickness was controlled by adjusting the applied voltage. The exposed silicon oxynitride film 23 and thermal oxide film 19 were etched. Dry etching was used for this etching. Then, the porous anodic oxide film 27 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG.

図24(D)に示す状態を得た後、不純物イオンの注入を行った。ここでは、Nチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにP(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法によって行った。この工程においてはヘビードープがされる領域(30と34)とライトドープがされる領域(31と33)が形成される。これは残存した酸化珪素膜29の一部が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。   After obtaining the state shown in FIG. 24D, impurity ions were implanted. Here, in order to fabricate an N-channel thin film transistor, P (phosphorus) ions are implanted by a plasma doping method. In this step, regions (30 and 34) to be heavily doped and regions (31 and 33) to be lightly doped are formed. This is because a part of the remaining silicon oxide film 29 functions as a semi-transmissive mask and a part of the implanted ions is shielded there.

次いで、レーザー光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。なおレーザー光に代えて強光の照射で行うこともできる。こうしてソース領域30、チャネル形成領域32、ドレイン領域34、低濃度不純物領域31と33が自己整合的に形成された。ここで、図24(D)中符号33で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。なお、緻密な陽極酸化膜28の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚によってチャネル形成領域32の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。   Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by laser light irradiation. In addition, it can replace with a laser beam and can also perform by irradiation of a strong light. Thus, the source region 30, the channel forming region 32, the drain region 34, and the low concentration impurity regions 31 and 33 are formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 33 in FIG. 24D is a region referred to as an LDD (lightly doped drain) region. When the film thickness of the dense anodic oxide film 28 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 32 depending on the film thickness.

本実施例においても、オフセットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいので、その存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になることから、図24(D)中には記載していない。次に、層間絶縁膜35として酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。ここでは酸化珪素膜を用いた。なお、層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料でなる層を形成して構成してもよい。次いでコンタクトホールの形成を行い、ソース電極36とドレイン電極37の形成を行った。こうして図24(E)に示す薄膜トランジスタを完成した。   Also in this embodiment, the offset gate region is formed, but since its size is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in FIG. . Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 35. Here, a silicon oxide film was used. Note that the interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material over a silicon oxide film or a silicon nitride film. Next, contact holes were formed, and a source electrode 36 and a drain electrode 37 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 24E was completed.

《実施例11》
本実施例11は、実施例10に示す構成において、ゲイト絶縁膜23の形成方法に関する実施例である。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板等を用いた場合には、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を適用することができる。熱酸化法は、その膜質を緻密なものとすることができ、安定した特性を有する薄膜トランジスタを得る上で有用なものとなる。即ち、熱酸化法で成膜された酸化膜は、絶縁膜として緻密で内部に存在する可動電荷を少なくすることができるので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一つである。
Example 11
The eleventh embodiment relates to a method for forming the gate insulating film 23 in the configuration shown in the tenth embodiment. When a quartz substrate or a glass substrate with high heat resistance is used as the substrate, a thermal oxidation method can be applied as a method for forming the gate insulating film. The thermal oxidation method can make the film quality dense and is useful in obtaining a thin film transistor having stable characteristics. In other words, an oxide film formed by a thermal oxidation method is dense as an insulating film and can reduce the movable charges existing therein, and thus is one of the optimum gate insulating films.

本実施例では、熱酸化膜の形成方法としては、950℃の温度の酸化性雰囲気中において加熱処理を行った。この際、酸化性雰囲気中にHCl等を混合させることは有効である。このようにすることで、熱酸化膜の形成と同時に活性層中に存在する金属元素を固定化することができる。また、酸化性雰囲気中にN2O ガスを混合し、窒素成分を含有した熱酸化膜を形成することも有効である。ここでN2O ガスの混合比を最適化すれば、熱酸化法による酸化窒化珪素膜を得ることも可能である。なお、本実施例のような場合、特に熱酸化膜19を形成する必要はなく、本実施例では熱酸化膜19は形成しなかった。 In this embodiment, as a method for forming the thermal oxide film, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 950 ° C. At this time, it is effective to mix HCl or the like in the oxidizing atmosphere. By doing in this way, the metal element which exists in an active layer can be fixed simultaneously with formation of a thermal oxide film. It is also effective to mix a N 2 O gas in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film containing a nitrogen component. Here, if the mixing ratio of N 2 O gas is optimized, it is possible to obtain a silicon oxynitride film by a thermal oxidation method. In the case of this embodiment, it is not necessary to form the thermal oxide film 19 in particular, and the thermal oxide film 19 is not formed in this embodiment.

《実施例12》
本実施例12は、実施例10〜11に示す工程とは異なる工程で薄膜トランジスタを作製した例である。図25は本実施例の作製工程を示す図である。まず、実施例4又は実施例5に示した工程によりガラス基板上に結晶性珪素膜を形成するが、ここでは実施例4の工程に従って形成した。次いで、それをパターニングすることにより、図25(A)に示す状態を得た。
Example 12
Example 12 is an example in which a thin film transistor was manufactured by a process different from the processes shown in Examples 10 to 11. FIG. 25 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film is formed on a glass substrate by the process shown in Example 4 or Example 5. Here, the crystalline silicon film was formed according to the process of Example 4. Next, by patterning it, the state shown in FIG. 25 (A) was obtained.

その後、酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。図25(A)に示す状態において、39がガラス基板、40が下地膜、41が結晶性珪素膜で構成された活性層である。また、符号38はゲッタリングのための熱酸化膜を除去した後に再度形成された熱酸化膜である。図25(A)に示す状態を得た後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜42を1000オングストロームの厚さに成膜した。   Thereafter, plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. In the state shown in FIG. 25A, 39 is a glass substrate, 40 is a base film, and 41 is an active layer composed of a crystalline silicon film. Reference numeral 38 denotes a thermal oxide film formed again after removing the thermal oxide film for gettering. After obtaining the state shown in FIG. 25A, a silicon oxynitride film 42 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms.

成膜方法は、酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法、或いはTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法等を適用し得るが、ここではTEOSとN2O との混合ガスを用いた。酸化窒化珪素膜42は熱酸化膜38とともにゲイト絶縁膜を構成する。なお、酸化窒化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いることもできる。ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜42を成膜した後、後にゲイト電極として機能する図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。 As a film formation method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O, or a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O can be applied. A mixed gas with N 2 O was used. The silicon oxynitride film 42 and the thermal oxide film 38 constitute a gate insulating film. Note that a silicon oxide film can be used instead of the silicon oxynitride film. After forming the silicon oxynitride film 42 that functions as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium.

アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いて形成した。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とする。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧を調整することによって制御することができる。   After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of this anodic oxide film having a dense film quality is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by adjusting the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク43を形成し、アルミニウム膜を44で示されるパターンにパターニングした。次いで、ここで再度の陽極酸化を行った。この陽極酸化には3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン44を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号45で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 43 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 44. Next, anodic oxidation was performed again here. In this anodic oxidation, a 3% by weight oxalic acid aqueous solution was used as an electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 45 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 44 as an anode.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク43が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に該陽極酸化膜45が形成される。この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は陽極酸化時間の調整によって制御することができる。   In this step, the anodic oxide film 45 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 43 having high adhesion exists on the upper portion. This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by adjusting the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク43を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜45中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、図25(C)中符号46で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。   Next, after removing the resist mask 43, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. Then, from the relationship that the electrolytic solution enters (invades) into the porous anodic oxide film 45, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 46 in FIG.

ここで最初の不純物イオンの注入を行った。なおこの工程はレジストマスク43を除去してから、その時点で行ってもよい。この不純物イオンの注入により、ソース領域47とドレイン領域49が形成される。また48の領域には不純物イオンは注入されない。次に酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜45を除去した。こうして図25(D)に示す状態を得た。   Here, the first impurity ions were implanted. This step may be performed at that time after the resist mask 43 is removed. By this impurity ion implantation, a source region 47 and a drain region 49 are formed. Impurity ions are not implanted into the 48 region. Next, the porous anodic oxide film 45 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. Thus, the state shown in FIG.

図25(D)に示す状態を得た後、再度不純物イオンの注入を実施した。この不純物イオンは最初の不純物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で行う。この工程において、ライトドープされる領域(50と51)が形成され、そして図25(D)中、符号52で示される領域がチャネル形成領域となる。次いで紫外線ランプによる強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。なお、強光に代えてレーザー光を用いることもできる。こうしてソース領域47、チャネル形成領域52、ドレイン領域49、低濃度不純物領域50、51が自己整合的に形成される。   After obtaining the state shown in FIG. 25D, impurity ions were implanted again. This impurity ion is performed under the condition of light doping rather than the initial impurity ion implantation condition. In this step, lightly doped regions (50 and 51) are formed, and a region indicated by reference numeral 52 in FIG. 25D is a channel formation region. Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by irradiating intense light with an ultraviolet lamp. Note that laser light may be used instead of strong light. Thus, the source region 47, the channel formation region 52, the drain region 49, and the low concentration impurity regions 50 and 51 are formed in a self-aligned manner.

ここで、図25(D)中符号51で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。次に、層間絶縁膜53として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは窒化珪素膜を使用した。なお、層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。その後、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極54とドレイン電極55の形成を行った。こうして図25(E)に示す薄膜トランジスタを完成した。   Here, the region denoted by reference numeral 51 in FIG. 25D is a region called an LDD (lightly doped drain) region. Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof is formed as the interlayer insulating film 53. Here, a silicon nitride film is used. Note that the interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material over a silicon oxide film or a silicon nitride film. Thereafter, contact holes were formed, and a source electrode 54 and a drain electrode 55 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 25E was completed.

《実施例13》
本実施例13は、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相補型に構成した例である。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができ、また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。
Example 13
Example 13 is an example in which an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor are configured to be complementary. The structure shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example, and can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device, for example.

図26は本実施例13の作製工程を示す図である。まず図26(A)に示すようにガラス基板57上に下地膜58として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を成膜する。このうち好ましくは酸化窒化珪素膜を用いるが、ここでは酸化窒化珪素膜を使用した。次いで、図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法や減圧熱CVD法等によって成膜するが、ここでは減圧熱CVD法で成膜した。   FIG. 26 is a diagram showing manufacturing steps of Example 13. First, as shown in FIG. 26A, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed as a base film 58 over a glass substrate 57. Of these, a silicon oxynitride film is preferably used, but a silicon oxynitride film is used here. Next, an amorphous silicon film (not shown) is formed by a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, or the like. Here, the amorphous silicon film is formed by a low pressure thermal CVD method.

さらに、実施例4に示したのと同様の方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した後、熱酸化膜の形成によるニッケル元素のゲッタリングを行った。次いで酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理を実施した後、得られた結晶性珪素膜をパターニングして活性層(59と60)を得た。さらにゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜56を成膜した。   Further, the amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the same method as shown in Example 4, and then nickel element gettering was performed by forming a thermal oxide film. Next, plasma treatment was performed in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, and the obtained crystalline silicon film was patterned to obtain active layers (59 and 60). Further, a thermal oxide film 56 constituting a gate insulating film was formed.

こうして図26(A)に示す状態を得た後、酸化窒化珪素膜61を成膜した。なお、基板として石英を使用する場合には、前述の熱酸化法を用いて熱酸化膜のみでもってゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。次いで、ゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さに成膜した。アルミニウム膜以外の膜としては、陽極酸化が可能な金属、例えばタンタル等を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に極薄の緻密な陽極酸化膜を形成した。   After obtaining the state shown in FIG. 26A, a silicon oxynitride film 61 was formed. When quartz is used as the substrate, it is desirable to form the gate insulating film with only the thermal oxide film using the above-described thermal oxidation method. Next, an aluminum film (not shown) for forming the gate electrode was formed to a thickness of 4000 angstroms. As the film other than the aluminum film, a metal that can be anodized, such as tantalum, can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film was formed on the surface by the method described above.

次に、アルミニウム膜上に図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った後、得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜(64と65)を形成した。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。さらに、再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜(66と67)を形成した。ここで緻密な陽極酸化膜66と67の膜厚は800オングストロームとした。こうして図26(B)に示す状態を得た。   Next, after placing a resist mask (not shown) on the aluminum film and patterning the aluminum film, anodization was performed using the obtained aluminum pattern as an anode to form porous anodic oxide films (64 and 65). Formed. The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms. Further, anodic oxidation was performed again under the conditions for forming a dense anodic oxide film to form dense anodic oxide films (66 and 67). Here, the dense anodic oxide films 66 and 67 have a thickness of 800 angstroms. In this way, the state shown in FIG.

さらに、露呈した酸化珪素膜61と熱酸化膜56をドライエッチングによって除去し、図26(C)に示す状態を得た。その後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜64と65を除去した。こうして図26(D)に示す状態を得た。ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(リン)イオンを、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンを注入した。   Further, the exposed silicon oxide film 61 and the thermal oxide film 56 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG. Thereafter, the porous anodic oxide films 64 and 65 were removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Here, resist masks were alternately arranged, and P (phosphorus) ions were implanted into the left thin film transistor and B (boron) ions were implanted into the right thin film transistor.

これらの不純物イオンの注入によって、高濃度のN型を有するソース領域70とドレイン領域73が自己整合的に形成された。また低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域71が同時に形成され、またチャネル形成領域72が同時に形成された。符号71で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜68が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜68を透過したPイオンがゲイト絶縁膜68によって一部遮蔽されるからである。   By implantation of these impurity ions, a source region 70 and a drain region 73 having a high concentration N-type were formed in a self-aligned manner. Further, a weak N-type region 71 doped with P ions at a low concentration was formed at the same time, and a channel forming region 72 was formed at the same time. The reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 71 is formed is that the remaining gate insulating film 68 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 68 are partially shielded by the gate insulating film 68.

また、同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域77とドレイン領域74が自己整合的に形成され、同時に低濃度不純物領域76が同時に形成され、またチャネル形成領域75が同時に形成された。なお、緻密な陽極酸化膜66と67の膜厚が例えば2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。   Further, by the same principle and method, the source region 77 and the drain region 74 having strong P-type are formed in a self-alignment manner, the low-concentration impurity region 76 is simultaneously formed, and the channel formation region 75 is simultaneously formed. . If the dense anodic oxide films 66 and 67 are as thick as 2000 angstroms, for example, the offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness.

本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜66と67の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。そして、レーザー光又は強光の照射を行い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行うが、ここでは赤外線ランプにより照射した。次いで、図26(E)に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜78と酸化珪素膜79を成膜し、それぞれの膜厚を1000オングストロームとした。なお、この場合、酸化珪素膜79は成膜しなくてもよい。   In the case of the present embodiment, since the dense anodic oxide films 66 and 67 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored. Then, laser light or strong light irradiation is performed to anneal the region into which the impurity ions are implanted. Here, irradiation is performed with an infrared lamp. Next, as shown in FIG. 26E, a silicon nitride film 78 and a silicon oxide film 79 were formed as interlayer insulating films, and the respective film thicknesses were set to 1000 angstroms. In this case, the silicon oxide film 79 may not be formed.

ここで、窒化珪素膜によって薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることで、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。さらに樹脂材料からなる層間絶縁膜80をスピンコート法により形成したが、ここでは層間絶縁膜80の厚さを1μmとした。次いで、コンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極81とドレイン電極82を形成した。また同時に右側の薄膜トランジスタのソース電極83とドレイン電極82を形成した。ここでのドレイン電極82は共通に配置されたものとなる。こうして図26(F)に示す状態を得た。   Here, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure. Further, an interlayer insulating film 80 made of a resin material is formed by a spin coating method. Here, the thickness of the interlayer insulating film 80 is 1 μm. Next, contact holes were formed to form a source electrode 81 and a drain electrode 82 of the left N-channel thin film transistor. At the same time, a source electrode 83 and a drain electrode 82 of the right thin film transistor were formed. Here, the drain electrodes 82 are arranged in common. In this way, the state shown in FIG.

以上のようにして、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができる。本実施例に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られた。この構成は、可動イオンや水分が侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。さらには、多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   As described above, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure can be formed. In the structure shown in this example, a structure in which the thin film transistor was covered with a nitride film and further covered with a resin material was obtained. This configuration can be made highly durable such that mobile ions and moisture do not easily enter. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitor from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例14》
本実施例14は、実施例4又は実施例5で得た結晶性珪素膜に対して、さらにレーザー光の照射を行うことにより、単結晶又は実質的に単結晶と見なせる領域を形成する構成に関する例である。
Example 14
This Example 14 relates to a structure in which a region that can be regarded as a single crystal or substantially a single crystal is formed by further irradiating the crystalline silicon film obtained in Example 4 or Example 5 with laser light. It is an example.

まず、前記実施例4に示したようにニッケル元素の作用を利用して結晶性珪素膜を得た。次いで、その膜に対してKrFエキシマレーザーを照射して、さらにその結晶性を助長させた。この際、450℃以上の温度での加熱処理を併用し、さらにレーザー光の照射条件を最適化することにより、単結晶又は実質的に単結晶と見なせる領域を形成した。   First, as shown in Example 4, a crystalline silicon film was obtained by utilizing the action of nickel element. Next, the film was irradiated with a KrF excimer laser to further promote its crystallinity. At this time, a heat treatment at a temperature of 450 ° C. or higher was used in combination, and the laser light irradiation conditions were further optimized, thereby forming a region that can be regarded as a single crystal or substantially a single crystal.

このような方法で結晶化を大きく助長させた膜は、ESRで計測した電子スピン密度が3×1017個cm-3以下であり、またSIMSで計測した最低値として当該ニッケル元素濃度を3×1017cm-3以下で有し、さらに単結晶と見なすことができる領域を有するものとなった。また、この領域には実質的に結晶粒界が存在しておらず、単結晶珪素ウエハーに匹敵する高い電気的な特性を得ることができる。 The film that greatly promotes crystallization by such a method has an electron spin density measured by ESR of 3 × 10 17 cm −3 or less, and the nickel element concentration is 3 × as the lowest value measured by SIMS. It has 10 17 cm −3 or less, and further has a region that can be regarded as a single crystal. In addition, there is substantially no grain boundary in this region, and high electrical characteristics comparable to those of a single crystal silicon wafer can be obtained.

また、この単結晶と見なせる領域は、水素を5原子%以下〜1×1015cm-3程 度含んでいる。この値は、SIMS(2次イオン分析方法)による計測より明 らかにされた。このような単結晶又は単結晶と見なせる領域を利用して薄膜トランジスタを作製することにより、単結晶ウエハーを利用して作製したMOS型トランジスタに匹敵する半導体装置を得ることができる。 In addition, the region that can be regarded as a single crystal contains hydrogen at 5 atomic% or less to about 1 × 10 15 cm −3 . This value was clarified by measurement by SIMS (secondary ion analysis method). By manufacturing a thin film transistor using such a single crystal or a region that can be regarded as a single crystal, a semiconductor device comparable to a MOS transistor manufactured using a single crystal wafer can be obtained.

《実施例15》
本実施例15は、前記実施例4に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例を示す。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。本実施例では、下地膜の形成後にニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素(当該金属元素)が接して保持された状態とした。なお、このニッケル元素の導入方法としては、溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらには吸着法を用いることができる。
Example 15
Example 15 shows an example in which nickel element is directly introduced into the surface of the base film in the step shown in Example 4. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this embodiment, the nickel element is introduced after the formation of the base film, and the nickel element (the metal element) is first held in contact with the surface of the base film. As a method for introducing the nickel element, in addition to a method using a solution, a sputtering method, a CVD method, or an adsorption method can be used.

《実施例16》
本実施例16は、ガラス基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得た実施例である。本実施例では、まずニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜を形成した。次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化膜を、熱酸化法によって、その結晶性珪素膜上に形成した。この時、得られた結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素が酸素及びハロゲン元素の作用により熱酸化膜中にゲッタリングされる。
Example 16
In Example 16, a crystalline silicon film was obtained on a glass substrate using nickel element. In this embodiment, a crystalline silicon film having high crystallinity was first formed by the action of nickel element. Next, an oxide film containing a halogen element was formed on the crystalline silicon film by a thermal oxidation method. At this time, nickel element remaining in the obtained crystalline silicon film is gettered into the thermal oxide film by the action of oxygen and halogen elements.

次いで、上記ゲッタリングの結果、高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、ガラス基板上に高い結晶性を有していながら、かつニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜を得ることができる。図27は本実施例における作製工程を示す図である。   Next, as a result of the gettering, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed. By doing so, a crystalline silicon film having a high crystallinity and a low nickel element concentration can be obtained on the glass substrate. FIG. 27 is a diagram showing a manufacturing process in this example.

まず、コーニング1737ガラス基板(歪点667℃)84上に下地膜として酸化窒化珪素膜85を3000オングストロームの厚さに成膜した。酸化窒化珪素膜の成膜は、原料ガスとしてシランとN2O ガスと酸素とを用いたプラズマCVD法を用いて行った。なお、この成膜は、例えばTEOSガスとN2O ガスとを用いたプラズマCVD法を用いて行ってもよい。 First, a silicon oxynitride film 85 having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film on a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) 84. The silicon oxynitride film was formed by a plasma CVD method using silane, N 2 O gas, and oxygen as source gases. This film formation may be performed using, for example, a plasma CVD method using TEOS gas and N 2 O gas.

酸化窒化珪素膜は、後の工程においてガラス基板からの不純物(ガラス基板中には半導体の作製レベルで見て、多量の不純物が含まれている)の拡散を抑制する機能を有している。なお、この不純物の拡散を抑制する機能を最大限に得るためには、窒化珪素膜が最適であるが、窒化珪素膜は応力の関係でガラス基板からはがれてしまうので、本実施例のような場合には実用的ではない。また下地膜としては酸化珪素膜を用いることもできる。   The silicon oxynitride film has a function of suppressing diffusion of impurities from the glass substrate (a large amount of impurities are contained in the glass substrate as viewed from the manufacturing level of the semiconductor) in a later step. In order to obtain the maximum function of suppressing the diffusion of impurities, a silicon nitride film is optimal. However, since the silicon nitride film is peeled off from the glass substrate due to stress, It is not practical in some cases. A silicon oxide film can also be used as the base film.

ここで、上記下地膜85は可能な限り、なるべく高い硬度とすることが重要なポイントとなる。これは、最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験において、下地膜の硬さが硬い方が(即ち、そのエッチングレートが小さい方が)信頼性が高いことから結論される。なお、その理由は、薄膜トランジスタの作製工程中におけるガラス基板からの不純物の遮蔽効果によるものと考えられる。   Here, it is important to make the base film 85 as hard as possible. This is concluded from the fact that in the durability test of the finally obtained thin film transistor, the harder the base film is harder (that is, the lower the etching rate), the higher the reliability. Note that the reason is considered to be due to the shielding effect of impurities from the glass substrate during the manufacturing process of the thin film transistor.

また、下地膜85中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲン元素によってゲッタリングすることができる。また、下地膜の成膜後に、水素プラズマ処理を加えることは有効である。また、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。   In addition, it is effective to add a trace amount of a halogen element typified by chlorine in the base film 85. In this manner, a metal element that promotes crystallization of silicon present in the semiconductor layer can be gettered with a halogen element in a later step. In addition, it is effective to add a hydrogen plasma treatment after forming the base film. In addition, it is effective to perform plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed. This is effective in removing the carbon component adsorbed on the surface of the base film and improving the interface characteristics with the semiconductor film to be formed later.

次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜86を500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法で成膜した。減圧熱CVD法を使用したのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからで、具体的には、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法等を用いることができる。   Next, an amorphous silicon film 86, which later becomes a crystalline silicon film, was formed to a thickness of 500 angstrom by a low pressure thermal CVD method. The reason why the low pressure thermal CVD method is used is that the crystalline silicon film obtained later is superior in film quality, and specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method or the like can be used.

ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。これは、後に珪素の結晶化を助長する金属元素をゲッタリングする工程において、酸素が重要な役割を果たすからである。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。また他の不純物濃度、例えば、窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、2×1019cm-3以下の濃度とすることが必要である。 The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . This is because oxygen plays an important role in the process of later gettering a metal element that promotes crystallization of silicon. However, when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, care must be taken because crystallization of the amorphous silicon film is inhibited. Further, other impurity concentrations, for example, nitrogen and carbon impurity concentrations should be as low as possible. Specifically, the concentration needs to be 2 × 10 19 cm −3 or less.

本実施例では、上記非晶質珪素膜86の膜厚を1600オングストロームとした。この膜厚は、後述するように最終的に必要とするされる膜厚より厚くすることが必要である。この非晶質珪素膜86を加熱のみよって結晶化させる場合は、この出発膜(非晶質珪素膜)86の膜厚を800オングストローム〜5000μm、好ましくは1500〜3000オングストロームとする。この膜厚範囲より厚い場合は、成膜時間が長くなるので生産コストの点から不経済となる。またこの膜厚範囲より薄い場合は、結晶化が不均一になったり、工程の再現性が悪くなる。こうして図27(A)に示す状態を得た。   In this embodiment, the amorphous silicon film 86 has a thickness of 1600 angstroms. As will be described later, this film thickness needs to be larger than the film thickness that is finally required. When the amorphous silicon film 86 is crystallized only by heating, the film thickness of the starting film (amorphous silicon film) 86 is set to 800 Å to 5000 μm, preferably 1500 to 3000 Å. If it is thicker than this film thickness range, the film formation time becomes longer, which is uneconomical in terms of production cost. On the other hand, when the thickness is smaller than this range, crystallization becomes non-uniform or process reproducibility becomes poor. In this way, the state shown in FIG.

次に、非晶質珪素膜86を結晶化させるためにニッケル元素を導入した。ここでは、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜86の表面に塗布することによってニッケル元素を導入した。ニッケル元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらにプラズマ処理や吸着法を用いることができる。このうち上記の溶液を用いる方法は、簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点でも有用である。   Next, nickel element was introduced to crystallize the amorphous silicon film 86. Here, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm (weight conversion) of nickel to the surface of the amorphous silicon film 86. As a method for introducing nickel element, in addition to the method using the above solution, sputtering method, CVD method, plasma treatment or adsorption method can be used. Among these, the method using the above solution is useful in that it is simple and the concentration of the metal element can be easily adjusted.

ニッケル酢酸塩水溶液を塗布することにより、図27(B)に示すように水膜(液膜)87が形成される。この状態において、図示しないスピンコーターを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。こうして、ニッケル元素が非晶質珪素膜86の表面に接して保持された状態とした。なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩を用いる代わりに例えば硫酸ニッケルを用いることが好ましい。これは、酢酸ニッケル塩は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留することが懸念されるからである。ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル塩の濃度を調整することにより行うことができる。   By applying the nickel acetate aqueous solution, a water film (liquid film) 87 is formed as shown in FIG. In this state, excess solution was blown off using a spin coater (not shown). Thus, the nickel element was held in contact with the surface of the amorphous silicon film 86. In view of residual impurities in the subsequent heating step, for example, nickel sulfate is preferably used instead of nickel acetate. This is because the nickel acetate salt contains carbon, which is feared to carbonize and remain in the film in the subsequent heating step. The amount of nickel element introduced can be adjusted by adjusting the concentration of nickel salt in the solution.

次いで、図27(C)に示す状態において、450℃〜650℃の温度での加熱処理を行って結晶化させる。この加熱処理は還元性雰囲気中で行うが、ここでは水素を3容量%含んだ窒素雰囲気中で温度620℃、4時間の加熱処理を行った。こうして、非晶質珪素膜86を結晶化させて結晶性珪素膜88を得た。   Next, in the state shown in FIG. 27C, heat treatment is performed at a temperature of 450 ° C. to 650 ° C. for crystallization. This heat treatment is performed in a reducing atmosphere. Here, heat treatment was performed at a temperature of 620 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen. Thus, the amorphous silicon film 86 was crystallized to obtain a crystalline silicon film 88.

上記加熱処理による結晶化工程において、雰囲気を還元雰囲気とするのは、加熱処理工程中において、酸化物が形成されてしまうことを防止するためである。具体的には、ニッケルと酸素とが反応して、NiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。 The reason why the atmosphere is reduced in the crystallization step by the heat treatment is to prevent the formation of oxides during the heat treatment step. More specifically, the reaction with nickel and oxygen, because the NiO X is prevented from undesirably formed on the surface of the film or within the film.

酸素は、後のゲッタリング工程においてニッケルと結合して、ニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかし、上記結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要となる。   Oxygen combines with nickel in a later gettering step and contributes greatly to nickel gettering. However, it has been found that the combination of oxygen and nickel in the crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization process by heating, it is important to suppress the formation of oxides as much as possible.

ここで、上記結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度は、ppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。また上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素とは限らず、アルゴン等の不活性ガス、或いはこれらの混合ガスを使用することができる。上記結晶化のための加熱処理温度の下限は、その効果及び再現性から見て450℃以上とすることが好ましい。またその上限は、使用するガラス基板の歪点以下とすることが好ましく、本実施例のように歪点が667℃のコーニング1737ガラス基板を用いる場合には、多少の余裕をみてその上限は約650℃とする。   Here, the oxygen concentration in the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed needs to be on the order of ppm, preferably 1 ppm or less. Further, as a gas occupying most of the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed, not limited to nitrogen, an inert gas such as argon or a mixed gas thereof can be used. The lower limit of the heat treatment temperature for crystallization is preferably 450 ° C. or higher in view of the effect and reproducibility. Further, the upper limit is preferably set to be equal to or lower than the strain point of the glass substrate to be used. When a Corning 1737 glass substrate having a strain point of 667 ° C. is used as in this embodiment, the upper limit is approximately Set to 650 ° C.

この点、基板として、より高温耐熱性を有する材料、例えば石英基板を用いる場合には最高1100℃程度まで(好ましくは1050℃程度まで)の温度で行うことができる。この場合には、より高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得ることができ、また、より短時間で結晶性珪素膜を得ることができる。こうして図27(C)に示すように、結晶性珪素膜88を形成した。   In this regard, when a material having higher heat resistance such as a quartz substrate is used as the substrate, the substrate can be formed at a temperature of up to about 1100 ° C. (preferably up to about 1050 ° C.). In this case, a crystalline silicon film having higher crystallinity can be obtained, and a crystalline silicon film can be obtained in a shorter time. Thus, a crystalline silicon film 88 was formed as shown in FIG.

上記結晶性珪素膜88を得た後、再度の加熱処理を行った。この加熱処理は、ハロゲン元素を含有した熱酸化膜を形成するために行われる。ここではこの加熱処理をハロゲン元素を含んだ雰囲気中で実施した。この工程は、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素を結晶性珪素膜88中から除去するための工程である。   After obtaining the crystalline silicon film 88, the heat treatment was performed again. This heat treatment is performed to form a thermal oxide film containing a halogen element. Here, this heat treatment was performed in an atmosphere containing a halogen element. This step is a step for removing nickel element intentionally mixed in the initial stage for crystallization from the crystalline silicon film 88.

この加熱処理は、前述の結晶化を行うために行った加熱処理よりも高い温度で行うのが好ましい。これは、ニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うために重要な条件である。なお、この加熱処理は、結晶化を行うために行った加熱処理と同程度の温度でもよいが、より高い温度であるがより効果的であり、より高品質の結晶を得ることができる。   This heat treatment is preferably performed at a higher temperature than the heat treatment performed for the above-described crystallization. This is an important condition for effectively performing gettering of nickel element. Note that this heat treatment may be performed at the same temperature as the heat treatment performed for crystallization, but is more effective at a higher temperature, and higher quality crystals can be obtained.

この加熱処理は、上記の条件を満たした上で550℃〜1100℃、好ましくは約700〜1050℃の範囲、さらに好ましくは800℃〜980℃の温度で行う。これは、600℃を下回るとその効果が小さく、1050℃を越えることは、石英で形成された治具が歪んでしまったり、装置に負担がかかるからである(この意味では980℃以下とすることが好ましいが、より耐熱性の治具を用いる場合等では1100℃程度でも実施することができる)。また、この加熱処理温度の上限は、使用する基板の歪点によっても制限される。使用する基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変形するので注意が必要である。   This heat treatment is performed at a temperature of 550 to 1100 ° C., preferably about 700 to 1050 ° C., more preferably 800 to 980 ° C. after satisfying the above conditions. This is because the effect is small when the temperature is lower than 600 ° C., and the temperature exceeding 1050 ° C. is because a jig made of quartz is distorted or a load is applied to the apparatus (in this sense, 980 ° C. or lower). It is preferable, but in the case of using a more heat-resistant jig, it can be carried out even at about 1100 ° C.). Further, the upper limit of the heat treatment temperature is also limited by the strain point of the substrate used. Care must be taken because the substrate is deformed if heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate to be used.

ここでは、歪点が667℃のコーニング1737ガラス基板を使用しているので、上記加熱温度を650℃とした。また、この2度目の加熱処理の雰囲気は酸素にHClを5容量%含有させた雰囲気中で行った。HClは酸素に対して0.5〜10%(体積%)の割合で混合することが好ましい。なお、この濃度以上に混合すると、膜の表面が膜厚と同程度以上の凹凸に荒れてしまうので注意が必要である。   Here, since a Corning 1737 glass substrate having a strain point of 667 ° C. is used, the heating temperature is set to 650 ° C. The atmosphere for the second heat treatment was an atmosphere containing 5% by volume of HCl in oxygen. HCl is preferably mixed at a ratio of 0.5 to 10% (volume%) with respect to oxygen. It should be noted that if the concentration is higher than this concentration, the surface of the film is roughened to the same degree of unevenness as the film thickness.

このような条件で加熱処理を行うことにより、図27(D)に示されるように塩素が含まれた熱酸化膜89が形成される。本実施例では12時間の加熱処理を行い、200オングストローム厚の熱酸化膜89を成膜した。熱酸化膜89が形成されることにより、結晶性珪素膜86の膜厚は約1500オングストローム程度となった。   By performing the heat treatment under such conditions, a thermal oxide film 89 containing chlorine is formed as shown in FIG. In this embodiment, a heat treatment for 12 hours was performed to form a thermal oxide film 89 having a thickness of 200 angstroms. By forming the thermal oxide film 89, the thickness of the crystalline silicon film 86 is about 1500 angstroms.

この加熱処理においては、加熱温度が600℃〜750℃の場合は処理時間(加熱時間)を10時間〜48時間、代表的には24時間とする。なお加熱温度が750℃〜900℃の場合は処理時間を5時間〜24時間、代表的には12時間とする。また加熱温度が900℃〜1050℃の場合は処理時間を1時間〜12時間、代表的には6時間とする。勿論これらの処理時間は、得ようとする酸化膜の膜厚によって適宜設定される。   In this heat treatment, when the heating temperature is 600 ° C. to 750 ° C., the treatment time (heating time) is 10 hours to 48 hours, typically 24 hours. When the heating temperature is 750 ° C. to 900 ° C., the treatment time is 5 hours to 24 hours, typically 12 hours. When the heating temperature is 900 ° C. to 1050 ° C., the treatment time is 1 hour to 12 hours, typically 6 hours. Of course, these processing times are appropriately set depending on the thickness of the oxide film to be obtained.

この工程においては、酸素の作用及びハロゲン元素の作用、特にハロゲン元素の作用により、ニッケル元素が結晶性珪素膜の膜外にゲッタリングされる。ここでは特に塩素の作用により、形成される自然酸化膜89中にニッケル元素がゲッタリングされている。このゲッタリングにおいては、結晶性珪素膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッケルに塩素によるゲッタリング効果が作用して、効果的にニッケル元素のゲッタリングが進行する。   In this step, nickel element is gettered out of the crystalline silicon film by the action of oxygen and the action of halogen element, particularly the action of halogen element. Here, nickel element is gettered in the natural oxide film 89 formed by the action of chlorine. In this gettering, oxygen present in the crystalline silicon film plays an important role. That is, gettering effect by chlorine acts on nickel oxide formed by combining oxygen and nickel, and gettering of nickel element proceeds effectively.

前述したように、酸素は、その濃度が多過ぎると、図27(C)に示す結晶化工程において、非晶質珪素膜86の結晶化を阻害する要素となる。しかし、上述のように、その存在はニッケルのゲッタリング過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜となる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要なものとなる。本実施例ではハロゲン元素としてClを選択し、その導入方法としてHClを使用する例を示した。HCl以外のガスとしては、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又は複数種類の混合ガスを用いることができる。これらのほか、一般に、ハロゲンの水素化物を用いることができる。 As described above, when the concentration of oxygen is excessive, it becomes an element that inhibits the crystallization of the amorphous silicon film 86 in the crystallization step shown in FIG. However, as mentioned above, its presence plays an important role in the nickel gettering process. Therefore, it is important to control the concentration of oxygen present in the amorphous silicon film as the starting film. In this embodiment, Cl is selected as the halogen element, and HCl is used as the introduction method. As the gas other than HCl, one kind or plural kinds of mixed gases selected from HF, HBr, Cl 2 , F 2 , and Br 2 can be used. In addition to these, generally halogen hydrides can be used.

これらのガスは、雰囲気中での含有量(容量)を、HFであれば0.25〜5%、HBrであれば1〜15%、Cl2 であれば0.25〜5%、F2 であれば0.125〜2.5%、Br2 であれば0.5〜10%とすることが好ましい。上記の範囲以下の濃度とすると、有意な効果が得られるなくなる。また、上記範囲の上限を超える濃度とすると、結晶性珪素膜の表面が荒れてしまう。 These gases have a content (capacity) in the atmosphere of 0.25 to 5% for HF, 1 to 15% for HBr, 0.25 to 5% for Cl 2 , F 2 0.125 to 2.5% if it is preferable that 0.5 to 10% for Br 2. If the concentration is within the above range, a significant effect cannot be obtained. If the concentration exceeds the upper limit of the above range, the surface of the crystalline silicon film will be rough.

この工程を経ることにより、ニッケル元素の濃度を初期の1/10以下とすることができる。これは、ハロゲン元素によるゲッタリングを何ら行わない場合に比較して、ハロゲン元素によりニッケル元素を1/10以下にできることを意味する。この効果は、ニッケル以外の他の、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた場合でも同様に得られる。また、上記の工程においては、形成される酸化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高くなる。   Through this step, the nickel element concentration can be reduced to 1/10 or less of the initial concentration. This means that the nickel element can be reduced to 1/10 or less by the halogen element as compared with the case where no gettering by the halogen element is performed. This effect can be similarly obtained even when a metal element other than nickel that promotes crystallization of silicon is used. In the above process, since nickel element is gettered in the oxide film to be formed, the nickel concentration in the oxide film is naturally higher than that in other regions.

また、結晶性珪素膜88と酸化膜89との界面近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察される。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、結晶性珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。また、両膜の界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在が要因であると考えられる。   Also, a tendency for the nickel element to increase near the interface between the crystalline silicon film 88 and the oxide film 89 is observed. It is considered that this is because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the crystalline silicon film and the oxide film. Further, it is considered that the gettering progresses in the vicinity of the interface between the two films due to the presence of stress and defects near the interface.

次いで、ニッケルを高濃度に含んだ酸化膜89を除去した。この酸化膜89の除去はバッファーフッ酸、その他フッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングや、ドライエッチングを用いて行うことができるが、ここではバッファーフッ酸を用いて実施した。   Next, the oxide film 89 containing nickel at a high concentration was removed. The removal of the oxide film 89 can be performed by wet etching using buffer hydrofluoric acid or other hydrofluoric acid-based etchants or dry etching, but here, buffer hydrofluoric acid was used.

こうして、図27(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜90を得た。この場合、得られた結晶性珪素膜90の表面近傍には、比較的ニッケル元素が高濃度で含まれているので、上記エッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜90の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。   Thus, as shown in FIG. 27E, a crystalline silicon film 90 with a reduced concentration of nickel contained was obtained. In this case, since the nickel element is contained in a relatively high concentration in the vicinity of the surface of the obtained crystalline silicon film 90, the etching is further advanced to slightly over-etch the surface of the crystalline silicon film 90. It is effective.

《実施例17》
本実施例17は、実施例16に示す構成において、図27(C)に示す加熱処理工程により結晶性珪素膜を得た後、さらにKrFエキシマレーザー(波長248nm)によるレーザー光の照射を行い、その結晶性を助長させた場合の例である。本実施例では、図27(C)の加熱処理工程の後、レーザー光の照射を行ってアニールを施し、その他の工程は実施例16と同様にして、図27(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜90を得た。
Example 17
In Example 17, in the structure shown in Example 16, after obtaining a crystalline silicon film by the heat treatment step shown in FIG. 27C, laser irradiation with a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was performed, This is an example in which the crystallinity is promoted. In this example, after the heat treatment step in FIG. 27C, laser beam irradiation is performed for annealing, and the other steps are the same as in Example 16 as shown in FIG. A crystalline silicon film 90 having a reduced nickel concentration was obtained.

図27(C)に示す加熱処理の温度が低かったり、処理時間が短かい場合、即ち、作製工程上の理由で、加熱温度が制限されたり、加熱時間が制限されてしまう場合には、必要とする結晶性が得られないことがある。このような場合は、レーザー光の照射によるアニールを施すことにより、必要とする高い結晶性を得ることができる。この場合のレーザー光の照射は、これにより非晶質珪素膜を直接結晶化させる場合に比較して、許容されるレーザー照射条件の幅が広く、またその再現性も高いものとすることができる。   Necessary when the temperature of the heat treatment shown in FIG. 27C is low or the treatment time is short, that is, when the heating temperature is limited or the heating time is limited due to a manufacturing process. The crystallinity may not be obtained. In such a case, required high crystallinity can be obtained by performing annealing by laser light irradiation. In this case, the laser beam irradiation allows a wider range of allowable laser irradiation conditions and higher reproducibility than the case where the amorphous silicon film is directly crystallized. .

上記レーザー光の照射は、図27(C)に示す工程の後に行う。また、図27(A)において成膜される出発膜となる非晶質珪素膜86の膜厚を200〜2000オングストロームとすることが重要である。これは、非晶質珪素膜の膜厚が薄い方がレーザー光の照射によるアニール効果が高いものとなるからである。使用するレーザー光としては、特に限定はないが、紫外領域のエキシマレーザーを使用することが好ましい。具体的には、例えばKrFエキシマレーザー(波長248nm)やXeClエキシマレーザー(波長308nm)を用いることができる。またレーザー光ではなく、例えば紫外線ランプを用いた強光の照射を行ってアニールを行うこともできる。   The laser light irradiation is performed after the step shown in FIG. In addition, it is important that the amorphous silicon film 86 as a starting film formed in FIG. 27A has a thickness of 200 to 2000 angstroms. This is because the thinner the amorphous silicon film, the higher the annealing effect by laser light irradiation. The laser beam to be used is not particularly limited, but it is preferable to use an ultraviolet excimer laser. Specifically, for example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) can be used. Also, annealing can be performed by irradiating strong light using, for example, an ultraviolet lamp instead of laser light.

《実施例18》
本実施例18は、実施例17におけるレーザー光の代わりに赤外線ランプを利用した場合の例である。本実施例では、図27(C)の加熱処理工程の後、赤外線ランプの照射を行ってアニールを施し、その他の工程は実施例16と同様にして、図27(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜90を得た。赤外線を用いた場合、ガラス基板をあまり加熱せずに珪素膜を選択的に加熱することができる。従って、ガラス基板に対して熱ダメージを与えずに効果的な加熱処理を行うことができる。
Example 18
The eighteenth embodiment is an example in which an infrared lamp is used instead of the laser light in the seventeenth embodiment. In this example, after the heat treatment step of FIG. 27C, an infrared lamp was irradiated to perform annealing, and the other steps were performed in the same manner as in Example 16 as shown in FIG. A crystalline silicon film 90 having a reduced nickel concentration was obtained. When infrared rays are used, the silicon film can be selectively heated without heating the glass substrate so much. Therefore, an effective heat treatment can be performed without causing thermal damage to the glass substrate.

《実施例19》
本実施例19は、実施例16に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。この場合、Cuを導入するための溶液として酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2O)等を用いればよいが、本実施例では酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕を用いた。その他の工程は実施例16と同様にして、図27(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜90を得た。
Example 19
Example 19 is an example in which Cu is used as the metal element for promoting crystallization of silicon in the configuration shown in Example 16. In this case, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ], cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), or the like may be used as a solution for introducing Cu. Copper [Cu (CH 3 COO) 2 ] was used. Other steps were performed in the same manner as in Example 16 to obtain a crystalline silicon film 90 with a reduced nickel concentration as shown in FIG.

《実施例20》
本実施例20は、実施例16に示す構成において、基板84として石英基板を用いた例である。本実施例においては、出発膜となる非晶質珪素膜86の膜厚を2000オングストロームとした。また、図27(C)で示す加熱処理による熱酸化膜の形成時における加熱温度を950℃とした。この場合、酸化膜の形成が速く、ゲッタリングの効果が充分には得られないので、雰囲気中の酸素濃度を低くする。具体的には、窒素雰囲気中における酸素濃度を10容量%とし、さらに酸素に対するHClの濃度を3容量%とした雰囲気で加熱酸化を行った。
Example 20
The present embodiment 20 is an example in which a quartz substrate is used as the substrate 84 in the configuration shown in the embodiment 16. In this embodiment, the thickness of the amorphous silicon film 86 serving as a starting film is 2000 angstroms. In addition, the heating temperature at the time of forming the thermal oxide film by the heat treatment shown in FIG. In this case, the formation of the oxide film is fast, and the effect of gettering cannot be obtained sufficiently, so the oxygen concentration in the atmosphere is lowered. Specifically, heat oxidation was performed in an atmosphere in which the oxygen concentration in the nitrogen atmosphere was 10% by volume and the HCl concentration relative to oxygen was 3% by volume.

また、処理時間は300分とした。このような条件とすると、約500オングストロームの膜厚を有する熱酸化膜を得ることができる。また、同時にゲッタリングに必要な時間を稼ぐことができる。なお、酸素97容量%、HClを3容量%とした雰囲気中で950℃の加熱処理を行った場合、約30分で500オングストロームの厚さを有する熱酸化膜が得られてしまう。   The processing time was 300 minutes. Under such conditions, a thermal oxide film having a film thickness of about 500 angstroms can be obtained. At the same time, the time required for gettering can be earned. If heat treatment is performed at 950 ° C. in an atmosphere containing 97% oxygen and 3% HCl, a thermal oxide film having a thickness of 500 Å can be obtained in about 30 minutes.

上記の場合、ニッケルのゲッタリングを充分に行うことができないので、結晶性珪素膜90内には、比較的高濃度にニッケル元素が残留してしまう。従って、本実施例のように酸素濃度を調整し、充分なゲッタリング効果が得れる時間を稼いで、熱酸化膜を形成することが好ましい。この方法を利用することにより、熱酸化膜の厚さや形成温度を変化させた場合に、雰囲気の酸素濃度を調整することにより、ゲッタリングに必要とされる時間を設定することができる。   In the above case, nickel gettering cannot be performed sufficiently, so that nickel element remains in the crystalline silicon film 90 at a relatively high concentration. Therefore, it is preferable to form the thermal oxide film by adjusting the oxygen concentration as in this embodiment, and taking time to obtain a sufficient gettering effect. By using this method, the time required for gettering can be set by adjusting the oxygen concentration of the atmosphere when the thickness and the formation temperature of the thermal oxide film are changed.

《実施例21》
本実施例21は、実施例16とは異なる形態の結晶成長を行わせた例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる、基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。図28は本実施例21の作製工程を示す図である。
<< Example 21 >>
The present Example 21 is an example in which crystal growth of a form different from that of the Example 16 was performed. The present embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to a substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 28 is a view showing a manufacturing process of the present Example 21.

まず、コーニング1737ガラス基板91上に下地膜92として酸化窒化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。なお、基板としては石英基板等の基板でもよい。次に、結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜93を減圧熱CVD法により、2000オングストロームの厚さに成膜した。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したように2000オングストローム以下とすることが好ましい。なお、減圧熱CVD法の代わりにプラズマCVD法を用いてもよい。   First, a silicon oxynitride film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 92 on a Corning 1737 glass substrate 91. The substrate may be a quartz substrate or the like. Next, an amorphous silicon film 93 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 2000 angstroms by low pressure thermal CVD. As described above, the thickness of the amorphous silicon film is preferably 2000 angstroms or less. Note that a plasma CVD method may be used instead of the low pressure thermal CVD method.

次に、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号94で示されるマスクを形成した。このマスクは符号95で示される領域で開口が形成されている。この開口95が形成されている領域においては、非晶質珪素膜93が露呈している。開口95は、図面の奥行から手前方向(長手方向)に細長い長方形を有している。この開口95の幅は20μm以上とするのが適当であり、その長手方向の長さは任意に決めればよいが、本実施例では開口95の幅を30μm、長手方向の長さを200μmとした。   Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 94. This mask has an opening formed in a region indicated by reference numeral 95. In the region where the opening 95 is formed, the amorphous silicon film 93 is exposed. The opening 95 has an elongated rectangular shape from the depth of the drawing to the front side (longitudinal direction). The width of the opening 95 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be arbitrarily determined. In this embodiment, the width of the opening 95 is 30 μm and the length in the longitudinal direction is 200 μm. .

次いで、前述実施例16の場合と同様にして、重量換算で10ppmのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布した。さらに、図示しないスピナーを用いてスピンドライを行い、余分な溶液を除去した。こうして酢酸ニッケル溶液が図28(A)の点線96で示されるように、非晶質珪素膜93が露呈した表面に接して保持された状態が実現された。   Next, in the same manner as in Example 16 described above, a nickel acetate solution containing 10 ppm of nickel element in terms of weight was applied. Furthermore, spin drying was performed using a spinner (not shown) to remove excess solution. Thus, a state in which the nickel acetate solution was held in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 93 was realized as indicated by a dotted line 96 in FIG.

次に、水素を3容量%含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度640℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図28(B)の97で示されるような基板に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長は、ニッケル元素が導入された開口95の領域から周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結晶成長を、本明細書中、横成長又はラテラル成長と指称する。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 640 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate as indicated by 97 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 95 into which nickel element is introduced toward the periphery. This crystal growth in a direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例に示すような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜98を得た。なお、開口95が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長とよばる垂直方向への結晶成長が進行している。次いで、ニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜からなるマスク94を除去した。こうして図28(C)に示す状態を得た。この状態では、珪素膜98中には、縦成長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域(非晶質状態)が存在している。   Under the conditions as shown in this embodiment, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a silicon film 98 having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 95 is formed, crystal growth in the vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface. Next, the mask 94 made of a silicon oxide film for selectively introducing nickel element was removed. In this way, the state shown in FIG. In this state, the silicon film 98 includes a vertical growth region, a lateral growth region, and a region where the crystal growth does not reach (amorphous state).

上記の状態で、HClを3容量%含んだ酸素雰囲気中において、温度650℃の加熱処理を12時間行った。この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜99が形成される。これと同時に、珪素膜98中のニッケル元素濃度を相対的に減少させることができる。ここでは、符号99で示される熱酸化膜が200オングストロームの厚さに成膜された。この熱酸化膜中には、酸素の作用及び塩素の作用、特に塩素の作用によりゲッタリングされたニッケル元素が高濃度に含まれている。また、熱酸化膜99が成膜されることにより、結晶性珪素膜98は1900オングストローム程度の膜厚となった。   In the above state, heat treatment at a temperature of 650 ° C. was performed for 12 hours in an oxygen atmosphere containing 3% by volume of HCl. In this step, an oxide film 99 containing nickel element at a high concentration is formed. At the same time, the nickel element concentration in the silicon film 98 can be relatively reduced. Here, a thermal oxide film denoted by reference numeral 99 was formed to a thickness of 200 angstroms. This thermal oxide film contains a high concentration of nickel element gettered by the action of oxygen and the action of chlorine, particularly the action of chlorine. In addition, by forming the thermal oxide film 99, the crystalline silicon film 98 has a thickness of about 1900 angstroms.

次に、ニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜99を除去した。この状態における結晶性珪素膜においては、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃度に存在するような濃度分布を有している。従って、この熱酸化膜99を除去した後に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、このニッケル元素が高濃度に存在している領域を除去することは有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在している結晶性珪素膜の表面をエッチングすることで、よりニッケル元素濃度を低減した結晶性珪素膜を得ることができる。   Next, the thermal oxide film 99 containing nickel element at a high concentration was removed. The crystalline silicon film in this state has a concentration distribution such that nickel element exists at a high concentration toward the surface of the crystalline silicon film. Therefore, after removing the thermal oxide film 99, it is useful to further etch the surface of the crystalline silicon film to remove the region where the nickel element is present at a high concentration. That is, by etching the surface of the crystalline silicon film in which nickel element is present at a high concentration, a crystalline silicon film having a further reduced nickel element concentration can be obtained.

次に、パターニングを行うことにより、横成長領域からなるパターン100を形成した。ここで、パターン100には、縦成長領域と非晶質領域、さらに横成長の先端領域が存在しないようにすることが重要である。これは、縦成長と横成長の先端領域においては、ニッケル元素の濃度が相対的に高く、また非晶質領域はその電気的な特性が劣るからである。   Next, the pattern 100 which consists of a lateral growth area | region was formed by performing patterning. Here, it is important that the pattern 100 does not have a vertical growth region, an amorphous region, and a lateral growth tip region. This is because the concentration of nickel element is relatively high in the tip region of vertical growth and horizontal growth, and the amorphous region has poor electrical characteristics.

このようにして得られた横成長領域からなるパターン100中に残留するニッケル元素の濃度は、実施例16で示した場合に比較してさらに低いものとすることができる。これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度がそもそも低いことにも起因する。具体的には、横成長領域からなるパターン100中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。 The concentration of the nickel element remaining in the pattern 100 composed of the laterally grown regions thus obtained can be made lower than that in the case shown in Example 16. This is also due to the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Specifically, the concentration of nickel element in the pattern 100 made of the lateral growth region can be easily set to the order of 10 17 cm −3 or less.

また、横成長領域を利用して薄膜トランジスタを形成した場合、実施例16に示したような縦成長(実施例16の場合は全面が縦成長する)領域を利用した場合に比較して、より高移動度を有する半導体装置を得ることができる。なお、図28(E)に示すパターンを形成した後に、さらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在しているニッケル元素を除去することは有用である。   Further, when the thin film transistor is formed by using the lateral growth region, it is higher than that in the case of using the vertical growth region (in the case of Example 16, the entire surface grows vertically) as shown in Example 16. A semiconductor device having mobility can be obtained. Note that it is useful to remove the nickel element existing on the pattern surface by further performing an etching process after the pattern shown in FIG.

他方、結晶性珪素膜を島状の形状にパターニングした後に、ハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中における熱酸化を行い、その後に熱酸化膜を除去することは有用ではない。この構成においては、熱酸化膜によるゲッタリング効果は確かに得られるが、熱酸化膜の除去時に下地膜のエッチングも進行するので、エッチングが、島状に形成された結晶性珪素膜の下側までえぐられるように進行してしまうからである。   On the other hand, after patterning the crystalline silicon film into an island shape, it is not useful to perform thermal oxidation in an oxidizing atmosphere containing a halogen element and then remove the thermal oxide film. In this configuration, the gettering effect by the thermal oxide film can be surely obtained, but since the etching of the base film also proceeds when the thermal oxide film is removed, the etching is performed under the crystalline silicon film formed in the island shape. It is because it progresses so that it may go out.

このような状態は、後に、半導体装置における配線の断線や素子の動作不良の要因となる。次いで、以上のようにして形成されたパターン100に対して、熱酸化膜101を形成した。この熱酸化膜101は、薄膜トランジスタを構成する場合には、後にゲイト絶縁膜の一部となる。   Such a state later becomes a cause of disconnection of wirings and malfunction of elements in the semiconductor device. Next, a thermal oxide film 101 was formed on the pattern 100 formed as described above. The thermal oxide film 101 becomes a part of the gate insulating film later when a thin film transistor is formed.

《実施例22》
本実施例22は、本発明による結晶性珪素膜を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製した例である。図29は、本実施例の作製工程を示す図である。
<< Example 22 >>
Example 22 is an example in which a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device is manufactured using the crystalline silicon film according to the present invention. FIG. 29 is a diagram showing a manufacturing process of this example.

まず、実施例16及び実施例21に示した工程により、それぞれガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。そのそれぞれを基に、同様にして薄膜トランジスタを作製した。以下、実施例16に示した構成による結晶性珪素膜を用いた場合について記載するが、実施例21に示した構成による結晶性珪素膜を使用した場合についても同じである。該結晶性珪素膜をパターニングすることにより、図27(A)に示す状態を得た。図29(A)に示す状態において、103がガラス基板、104が下地膜、105が結晶性珪素膜で構成された活性層である。   First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 16 and Example 21, respectively. A thin film transistor was produced in the same manner based on each of them. Hereinafter, the case where the crystalline silicon film having the structure shown in the embodiment 16 is used will be described. However, the same applies to the case where the crystalline silicon film having the structure shown in the embodiment 21 is used. By patterning the crystalline silicon film, the state shown in FIG. 27A was obtained. In the state shown in FIG. 29A, 103 is a glass substrate, 104 is a base film, and 105 is an active layer made of a crystalline silicon film.

次いで、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を施した。このプラズマは高周波放電によって生成させた。このプラズマ処理によって、活性層105の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正確には、酸素プラズマによって、活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマによって、該酸化した有機物が還元、気化される。こうして活性層105の露呈した表面に存在する有機物が除去された。この有機物の除去は、活性層105の表面における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果がある。   Next, plasma treatment was performed in a reduced pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was generated by high frequency discharge. By this plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 105 are removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by oxygen plasma, and the oxidized organic substance is reduced and vaporized by hydrogen plasma. In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 105 were removed. This removal of organic substances is very effective in suppressing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 105.

上記有機物の存在に起因する固定電荷はデバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるので、その存在を少なくすることは非常に有用である。次いで、有機物の除去を行った後、温度640℃の酸素雰囲気中において熱酸化を行い、100オングストロームの熱酸化膜102を形成した。この熱酸化膜は、半導体層(活性層)との界面特性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとなる。こうして図29(A)に示す状態を得た。   Since the fixed charge resulting from the presence of the organic matter hinders the operation of the device or causes the instability of the characteristics, it is very useful to reduce the presence thereof. Next, after removing the organic matter, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 640 ° C. to form a 100 angstrom thermal oxide film 102. This thermal oxide film has high interface characteristics with the semiconductor layer (active layer), and will later constitute a part of the gate insulating film. In this way, the state shown in FIG.

その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜106を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法としては、例えばシランとN2O との混合ガスを用いるプラズマCVD法又はTEOSとN2O との混合ガスを用いるプラズマCVD法等が使用されるが、ここではシランとN2O との混合ガス後者を用いた。この酸化窒化珪素膜106は熱酸化膜102と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。 Thereafter, a silicon oxynitride film 106 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, for example, a plasma CVD method using a mixed gas of silane and N 2 O or a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O is used. Here, silane and N 2 O are used. The latter was used as a mixed gas. This silicon oxynitride film 106 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 102.

また酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することで、活性層中に存在するニッケル元素(その他、珪素の結晶化を助長する金属元素)の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを防ぐことができる。   In addition, it is effective to include a halogen element in the silicon oxynitride film. That is, by fixing the nickel element by the action of the halogen element, the function of the gate insulating film as an insulating film due to the influence of the nickel element existing in the active layer (other metal elements that promote crystallization of silicon) Can be prevented from decreasing.

そのように酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しにくくなるという有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入すると、絶縁膜として機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となる。なおゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。   Such a silicon oxynitride film has a significance that it is difficult for a metal element to enter the gate insulating film because of its dense film quality. When a metal element enters the gate insulating film, the function as the insulating film is lowered, which causes instability and variations in characteristics of the thin film transistor. As the gate insulating film, a commonly used silicon oxide film can also be used.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜106を成膜した後、後にゲイト電極として機能するアルミニウム膜(図示せず、後述のパターニング後、パターン107となる)をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここでヒロックやウィスカーとは、加熱が行われることによって、アルミニウムの異常成長が発生し、針状或いは刺状の突起部が形成されてしまうことを意味する。   After forming the silicon oxynitride film 106 functioning as a gate insulating film, an aluminum film (not shown, which becomes a pattern 107 after patterning described later) functioning as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean that abnormal heating of aluminum occurs when heating is performed, and needle-like or stab-like protrusions are formed.

アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化時の印加電圧の調整によって制御することができる。   After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by adjusting the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク108を形成し、アルミニウム膜を符号107で示されるパターンにパターニングした。こうして図29(B)に示す状態を得た。ここで再度の陽極酸化を行った。ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン107を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号110で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 108 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by reference numeral 107. In this way, the state shown in FIG. 29B was obtained. Here, anodic oxidation was performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 110 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 107 as an anode.

上記工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク108が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜110が形成される。この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここではその膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。次いでレジストマスク108を除去した。   In the above process, the anodic oxide film 110 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 108 having high adhesion exists on the upper part. This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time. Next, the resist mask 108 was removed.

さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜110中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号111で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。該緻密な陽極酸化膜111の膜厚は1000オングストロームとした。この膜厚の制御は印加電圧の調整によって行った。   Further, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 111 because the electrolytic solution enters (invades) into the porous anodic oxide film 110. The film thickness of the dense anodic oxide film 111 was 1000 angstroms. The film thickness was controlled by adjusting the applied voltage.

ここで、露呈した酸化窒化珪素膜106と熱酸化膜102をエッチングした。このエッチングにはドライエッチングを利用した。次いで、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜110を除去した。こうして図29(D)に示す状態を得た。その後、不純物イオンの注入を行った。ここではNチャネル型の薄膜トランジスタを作製するために、P(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法によって実施した。   Here, the exposed silicon oxynitride film 106 and thermal oxide film 102 were etched. Dry etching was used for this etching. Next, the porous anodic oxide film 110 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. 29D was obtained. Thereafter, impurity ions were implanted. Here, in order to fabricate an N-channel thin film transistor, P (phosphorus) ions were implanted by a plasma doping method.

この工程においては、ヘビードープがされる113と117の領域とライトドープがされる114と116の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜112の一部が半透過のマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。次いでレーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行うが、ここではレーザー光を用いた。こうしてソース領域113、チャネル形成領域115、ドレイン領域117、低濃度不純物領域114と116が自己整合的に形成された。   In this step, regions 113 and 117 to be heavily doped and regions 114 and 116 to be lightly doped are formed. This is because a part of the remaining silicon oxide film 112 functions as a semi-transmissive mask, and a part of the implanted ions is shielded there. Next, the region into which the impurity ions have been implanted is activated by irradiation with laser light or strong light. Here, laser light is used. Thus, the source region 113, the channel formation region 115, the drain region 117, and the low concentration impurity regions 114 and 116 are formed in a self-aligned manner.

ここで、符号116で示されるのがLDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。なお、緻密な陽極酸化膜111の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域115の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例においてもオフセットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいので、その存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。   Here, what is indicated by reference numeral 116 is a region called an LDD (lightly doped drain) region. When the film thickness of the dense anodic oxide film 111 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 115 with the film thickness. In this embodiment, the offset gate region is formed, but since the size thereof is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in the drawing.

次に、層間絶縁膜118として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは窒化珪素膜を用いた。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。次いでコンタクトホールの形成を行い、ソース電極119とドレイン電極120の形成を行った。こうして図29(E)に示す薄膜トランジスタを完成させた。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 118. Here, a silicon nitride film is used. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Next, contact holes were formed, and a source electrode 119 and a drain electrode 120 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 29E was completed.

《実施例23》
本実施例23は、実施例22に示す構成において、ゲイト絶縁膜106の形成方法に関する。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板を用いた場合、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を用いることができる。熱酸化法は、その膜質を緻密なものとすることができ、安定した特性を有する薄膜トランジスタを得る上では有用なものとなる。即ち、熱酸化法で成膜された酸化膜は、絶縁膜として緻密で内部に存在する可動電荷を少なくすることができるので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一つである。
Example 23
This example 23 relates to a method of forming the gate insulating film 106 in the configuration shown in the example 22. When a quartz substrate or a glass substrate having high heat resistance is used as the substrate, a thermal oxidation method can be used as a method for forming the gate insulating film. The thermal oxidation method can make the film quality dense and is useful for obtaining a thin film transistor having stable characteristics. In other words, an oxide film formed by a thermal oxidation method is dense as an insulating film and can reduce the movable charges existing therein, and thus is one of the optimum gate insulating films.

本実施例では、熱酸化膜の形成方法として、950℃の温度の酸化性雰囲気中において加熱処理を実施した。この際、酸化性雰囲気中にHCl等を混合させることは有効である。このようにすることで、熱酸化膜の形成と同時に活性層中に存在する金属元素を固定化することができる。また、酸化性雰囲気中にN2O ガスを混合し、窒素成分を含有させた熱酸化膜を形成することも有効である。ここでN2O ガスの混合比を最適化すれば、熱酸化法による酸化窒化珪素膜を得ることも可能である。なお本実施例においては、特に熱酸化膜102を形成する必要はない。 In this embodiment, as a method for forming the thermal oxide film, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 950 ° C. At this time, it is effective to mix HCl or the like in the oxidizing atmosphere. By doing in this way, the metal element which exists in an active layer can be fixed simultaneously with formation of a thermal oxide film. It is also effective to mix a N 2 O gas in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film containing a nitrogen component. Here, if the mixing ratio of N 2 O gas is optimized, it is possible to obtain a silicon oxynitride film by a thermal oxidation method. In this embodiment, it is not necessary to form the thermal oxide film 102 in particular.

《実施例24》
本実施例24は、上記実施例22〜23に記載した工程とは異なる工程で薄膜トランジスタを作製する例である。図30に本実施例の作製工程を示す。まず、前記実施例16又は実施例17に示した工程によりガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。そして、それをパターニングすることにより、図30(A)に示す状態を得た。
Example 24
This Example 24 is an example in which a thin film transistor is manufactured by a process different from the processes described in Examples 22-23. FIG. 30 shows a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the process shown in Example 16 or Example 17. And the state shown to FIG. 30 (A) was obtained by patterning it.

次いで、酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。図30(A)に示す状態において、122がガラス基板、123が下地膜、124が結晶性珪素膜で構成された活性層である。また符号121で示す部分はゲッタリングのための熱酸化膜の除去後に再度形成された熱酸化膜である。   Next, plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. In the state shown in FIG. 30A, 122 is a glass substrate, 123 is a base film, and 124 is an active layer formed of a crystalline silicon film. A portion denoted by reference numeral 121 is a thermal oxide film formed again after removal of the thermal oxide film for gettering.

次に、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜125を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法は、酸素とシランとN2O との混合ガス又はTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法等を用いるが、ここでは前者を用いた。酸化窒化珪素膜125は熱酸化膜121とともにゲイト絶縁膜を構成する。なお、酸化窒化珪素膜のほかに酸化珪素膜を用いることもできる。 Next, a silicon oxynitride film 125 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O or a mixed gas of TEOS and N 2 O is used. Here, the former is used. The silicon oxynitride film 125 forms a gate insulating film together with the thermal oxide film 121. Note that a silicon oxide film can be used instead of the silicon oxynitride film.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜125を成膜したのに続き、後にゲイト電極として機能する図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は3重量%の酒石酸を含むエチレングルコール溶液を電解溶液として実施した。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことにより、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。   Following the formation of the silicon oxynitride film 125 that functions as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, anodization is performed using an aluminum film as an anode and platinum as a cathode, whereby an anodized film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film.

上記図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。次に、レジストマスク126を形成し、そしてアルミニウム膜を127で示されるパターンにパターニングした。   The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation. Next, a resist mask 126 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 127.

ここで再度の陽極酸化を行った。ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン127を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号128で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク126が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜128が形成される。   Here, anodic oxidation was performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 128 is formed by performing anodic oxidation using the aluminum pattern 127 as an anode. In this step, the anodic oxide film 128 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 126 having high adhesion exists on the upper portion.

この陽極酸化膜はその膜厚を数μmまで成長させることができる。ここではその膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化時間の調整によって制御することができる。次いで、レジストマスク126を除去した後、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含むエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜128中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号129で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。   This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. Note that the growth distance can be controlled by adjusting the anodic oxidation time. Next, after removing the resist mask 126, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. Then, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 129 because the electrolytic solution enters (penetrates) into the porous anodic oxide film 128.

次に、最初の不純物イオンの注入を行った。この工程はレジストマスク126を除去してから行ってもよい。この不純物イオンの注入によって、ソース領域130とドレイン領域132が形成される。なお、符号131で示す領域には不純物イオンが注入されない。次に、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜128を除去した。こうして図30(D)に示す状態を得た。   Next, the first impurity ions were implanted. This step may be performed after removing the resist mask 126. By this impurity ion implantation, a source region 130 and a drain region 132 are formed. Note that impurity ions are not implanted into the region denoted by reference numeral 131. Next, the porous anodic oxide film 128 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG.

その後、再度不純物イオンの注入を行った。この不純物イオンは最初の不純物イオンの注入条件よりもライトドーピングの条件で行った。この工程において、ライトドープ領域133と134が形成され、そして符号135で示される領域がチャネル形成領域となる。次いで、赤外線ランプを用いた強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。なお、該強光に代えてレーザー光を用いることもできる。こうして、ソース領域130、チャネル形成領域135、ドレイン領域132、低濃度不純物領域133と134が自己整合的に形成された。   Thereafter, impurity ions were implanted again. This impurity ion was performed under light doping conditions rather than the initial impurity ion implantation conditions. In this step, lightly doped regions 133 and 134 are formed, and a region denoted by reference numeral 135 becomes a channel forming region. Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by irradiation with intense light using an infrared lamp. Note that laser light may be used instead of the strong light. Thus, the source region 130, the channel formation region 135, the drain region 132, and the low concentration impurity regions 133 and 134 were formed in a self-aligned manner.

ここで、符号134で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。次に、層間絶縁膜136として酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは窒化珪素膜を形成した。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。次いで、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極137とドレイン電極138の形成を行った。こうして図30(E)に示す薄膜トランジスタを完成した。   Here, what is indicated by reference numeral 134 is a region called an LDD (lightly doped drain) region. Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 136. Here, a silicon nitride film is formed. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Next, contact holes were formed, and a source electrode 137 and a drain electrode 138 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 30E was completed.

《実施例25》
本実施例25は、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相補型に構成した例である。図31に本実施例25の作製工程を示している。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。
Example 25
Example 25 is an example in which an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor are configured to be complementary. FIG. 31 shows a manufacturing process of the twenty-fifth embodiment. The configuration shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example. For example, it can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device.

まず、図31(A)に示すようにガラス基板140上に下地膜141として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を成膜した。好ましくは酸化窒化珪素膜を用いることがよく、ここではこれを使用した。さらに図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法又は減圧熱CVD法により成膜するが、ここでは減圧熱CVD法を用いた。さらに実施例16に示した方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した。   First, as shown in FIG. 31A, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film was formed as a base film 141 over a glass substrate 140. A silicon oxynitride film is preferably used, which is used here. Further, an amorphous silicon film (not shown) is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Here, the low pressure thermal CVD method is used. Further, this amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the method shown in Example 16.

次いで、酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理を行い、さらに得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層142と143を得た。こうして図31(A)に示す状態を得た。なおここでは、活性層の側面を移動するキャリアの影響を抑制するために、図31(A)に示した状態において、HClを3容量%含んだ窒素雰囲気中で、温度650℃、10時間の加熱処理を行った。   Next, plasma treatment was performed in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, and the obtained crystalline silicon film was patterned to obtain active layers 142 and 143. In this way, the state shown in FIG. Here, in order to suppress the influence of carriers moving on the side surface of the active layer, in the state shown in FIG. 31A, in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of HCl, the temperature is 650 ° C. for 10 hours. Heat treatment was performed.

活性層の側面に金属元素の存在によるトラップ準位が存在すると、OFF電流特性の悪化を招くので、上記のような処理を行い、活性層の側面における準位の密度を低下させておくことは有用である。さらにゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜139酸化窒化珪素膜144を成膜した。ここで、基板として石英を用いる場合には、前述の熱酸化法を用いた熱酸化膜のみによってゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。   If the trap level due to the presence of the metal element is present on the side surface of the active layer, the OFF current characteristics are deteriorated. Therefore, it is necessary to reduce the density of the level on the side surface of the active layer by performing the above treatment. Useful. Further, a thermal oxide film 139 silicon oxynitride film 144 constituting a gate insulating film was formed. Here, when quartz is used as the substrate, it is desirable to form the gate insulating film only by the thermal oxide film using the above-described thermal oxidation method.

次いで、後にゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さに成膜した。アルミニウム膜以外には、陽極酸化可能な金属(例えばタンタル)を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に極薄い緻密な陽極酸化膜を形成した。次にアルミニウム膜上に図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った。そして、得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜147と148を形成した。   Next, an aluminum film (not shown) for forming a gate electrode later was formed to a thickness of 4000 angstroms. In addition to the aluminum film, an anodizable metal (for example, tantalum) can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film was formed on the surface by the method described above. Next, a resist mask (not shown) was placed on the aluminum film, and the aluminum film was patterned. Then, anodization was performed using the obtained aluminum pattern as an anode, and porous anodic oxide films 147 and 148 were formed.

上記多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。さらに再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜149と150を形成した。ここで緻密な陽極酸化膜149と150の膜厚は800オングストロームとする。こうして図31(B)に示す状態を得た。さらに露呈した酸化珪素膜144と熱酸化膜139をドライエッチングによって除去して、図31(C)に示す状態を得た。   The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms. Further, anodic oxidation was performed again under the conditions for forming a dense anodic oxide film, and dense anodic oxide films 149 and 150 were formed. Here, the dense anodic oxide films 149 and 150 have a thickness of 800 angstroms. In this way, the state shown in FIG. Further, the exposed silicon oxide film 144 and thermal oxide film 139 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG.

図31(C)に示す状態を得た後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜147と148を除去した。こうして図31(D)に示す状態を得た。ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(燐)イオンが、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンが注入されるようにした。この不純物イオンの注入によって、高濃度のN型を有するソース領域153とドレイン領域156が自己整合的に形成される。   After obtaining the state shown in FIG. 31C, the porous anodic oxide films 147 and 148 were removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Here, resist masks are alternately arranged so that P (phosphorus) ions are implanted into the left thin film transistor and B (boron) ions are implanted into the right thin film transistor. By this impurity ion implantation, a source region 153 and a drain region 156 having a high concentration N-type are formed in a self-aligned manner.

また、低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域154が同時に形成され、同時にチャネル形成領域155が形成される。符号154で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜151が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜151を透過したPイオンがゲイト絶縁膜151によって一部遮蔽されるからである。   In addition, a weak N-type region 154 doped with P ions at a low concentration is formed at the same time, and a channel formation region 155 is formed at the same time. The reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 154 is formed is that the remaining gate insulating film 151 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 151 are partially shielded by the gate insulating film 151.

また同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域160とドレイン領域157が自己整合的に形成される。同時に、低濃度不純物領域159が形成され、またチャネル形成領域158が同時に形成される。なお、緻密な陽極酸化膜149と150の膜厚が例えば2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。   Further, the source region 160 and the drain region 157 having strong P-type are formed in a self-aligned manner by the same principle and method. At the same time, a low concentration impurity region 159 is formed, and a channel formation region 158 is formed at the same time. If the dense anodic oxide films 149 and 150 are thick, for example, 2000 angstroms, the offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness.

本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜149と150の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。次いでレーザー光の照射を行い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行った。なお、レーザー光に代えて強光を用いることができる。続いて図31(E)に示すように層間絶縁膜として窒化珪素膜161と酸化珪素膜162を成膜した。それぞれの膜厚は1000オングストロームとした。なお、酸化珪素膜162は成膜しなくてもよい。   In the present embodiment, since the dense anodic oxide films 149 and 150 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored. Next, laser light was irradiated to anneal the region into which impurity ions were implanted. Note that strong light can be used instead of laser light. Subsequently, as shown in FIG. 31E, a silicon nitride film 161 and a silicon oxide film 162 were formed as interlayer insulating films. Each film thickness was 1000 angstroms. Note that the silicon oxide film 162 is not necessarily formed.

ここで、窒化珪素膜によって、薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることにより、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。さらに樹脂材料からなる層間絶縁膜163をスピンコート法を用いて形成し、ここでの層間絶縁膜163の厚さは1μmとした。   Here, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure. Further, an interlayer insulating film 163 made of a resin material was formed by using a spin coating method, and the thickness of the interlayer insulating film 163 here was 1 μm.

次いで、コンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極164とドレイン電極165を形成し、同時に右側の薄膜トランジスタのソース電極166とドレイン電極165を形成し、図31(F)に示す構成を得た。ここで、ドレイン電極165は共通に配置されたものとなる。こうして、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができる。   Next, contact holes are formed, and a source electrode 164 and a drain electrode 165 of the left N-channel thin film transistor are formed. At the same time, a source electrode 166 and a drain electrode 165 of the right thin film transistor are formed, and FIG. The configuration shown was obtained. Here, the drain electrodes 165 are arranged in common. In this way, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure can be formed.

本実施例に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られる。この構成により、可動イオンや水分の侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。また、さらに多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   In the structure shown in this embodiment, a structure in which the thin film transistor is covered with a nitride film and further covered with a resin material can be obtained. With this configuration, it is possible to provide a highly durable material that is difficult for mobile ions and moisture to enter. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitance from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例26》
本実施例26は、実施例16又は実施例17で得た結晶性珪素膜に対して、さらにレーザー光の照射を行うことにより、単結晶又は実質的に単結晶と見なせる領域を形成する例である。
Example 26
Example 26 is an example in which a region that can be regarded as a single crystal or substantially a single crystal is formed by further irradiating the crystalline silicon film obtained in Example 16 or Example 17 with laser light. is there.

まず、実施例16に示したようにニッケル元素の作用を利用して結晶性珪素膜を得た。次いで、その膜に対してレーザー光を照射することにより、さらにその結晶性を助長させた。ここでのレーザー光としてはKrFエキシマレーザーを用いた。なおその際、450℃以上の温度での加熱処理を併用し、さらにレーザー光の照射条件を最適化することにより単結晶又は実質的に単結晶と見なせる領域を形成することができる。   First, as shown in Example 16, a crystalline silicon film was obtained by utilizing the action of nickel element. Next, the crystallinity was further promoted by irradiating the film with laser light. As the laser beam here, a KrF excimer laser was used. At that time, a region that can be regarded as a single crystal or substantially a single crystal can be formed by using a heat treatment at a temperature of 450 ° C. or higher and further optimizing the irradiation condition of the laser beam.

このような方法で結晶化を大きく助長させた膜は、ESRで計測した電子スピン密度が3×1017個cm-3以下であり、またSIMSで計測した最低値として当該ニッケル元素濃度を3×1017cm-3以下で有し、さらに単結晶と見なすことができる領域を有するものとなる。この領域には実質的に結晶粒界が存在しておらず、単結晶珪素ウエハーに匹敵する高い電気的特性を得ることができる。 The film that greatly promotes crystallization by such a method has an electron spin density measured by ESR of 3 × 10 17 cm −3 or less, and the nickel element concentration is 3 × as the lowest value measured by SIMS. It has 10 17 cm −3 or less and further has a region that can be regarded as a single crystal. In this region, there is substantially no grain boundary, and high electrical characteristics comparable to a single crystal silicon wafer can be obtained.

また、上記単結晶と見なせる領域は、水素を5原子%以下〜1×1015cm-3程 度含んでいる。この値は、SIMS(2次イオン分析方法)による計測より明 らかにされた。このような単結晶又は単結晶とみなせる領域を利用して薄膜トランジスタを作製することにより、単結晶ウエハーを利用して作製したMOS型トランジスタに匹敵する半導体装置を得ることができる。 The region that can be regarded as a single crystal contains hydrogen at 5 atomic% or less to about 1 × 10 15 cm −3 . This value was clarified by measurement by SIMS (secondary ion analysis method). By manufacturing a thin film transistor using such a single crystal or a region that can be regarded as a single crystal, a semiconductor device comparable to a MOS transistor manufactured using a single crystal wafer can be obtained.

《実施例27》
本実施例27は、実施例16に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例である。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。本実施例では、下地膜の形成後にニッケル酢酸塩水溶液を塗布することによりニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素(当該金属元素)が接して保持された状態とした。その他の工程は実施例16の場合と同様にして図27(E)に示すのと同様の薄膜トランジスタを完成した。上記ニッケル元素の導入方法としては、溶液を用いる方法の他に、スパッタ法やCVD法、さらに吸着法を用いることができる。
Example 27
Example 27 is an example in which nickel element was directly introduced into the surface of the base film in the step shown in Example 16. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this example, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution after the formation of the base film, and the nickel element (the metal element) was first held in contact with the surface of the base film. Other steps were the same as in Example 16, and a thin film transistor similar to that shown in FIG. 27E was completed. As a method for introducing the nickel element, a sputtering method, a CVD method, and an adsorption method can be used in addition to a method using a solution.

《実施例28》
本実施例28は、ガラス基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得る実施例である。本実施例では、まずニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得た後、レーザー光の照射を行い、膜の結晶性を高めるとともに、局所的に集中して存在しているニッケル元素を膜中に拡散させた。即ち、ニッケルの固まりを消滅させた。
Example 28
In Example 28, a crystalline silicon film is obtained on a glass substrate using nickel element. In this embodiment, first, a crystalline silicon film having high crystallinity is obtained by the action of nickel element, and then laser light irradiation is performed to increase the crystallinity of the film and to be locally concentrated. Nickel element was diffused in the film. That is, the nickel mass disappeared.

次いで、ハロゲン元素を含んだ酸化膜を熱酸化法によって、上記結晶性珪素膜上に形成した。この時、上記結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素が酸素及びハロゲン元素の作用により熱酸化膜中にゲッタリングされる。同時に、ニッケル元素が先のレーザー光の照射によって分散して存在しているので、効果的にゲッタリングが進行する。次いで、ゲッタリングの結果、高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、ガラス基板上に高い結晶性を有していながら、ニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜が得られる。   Next, an oxide film containing a halogen element was formed on the crystalline silicon film by a thermal oxidation method. At this time, the nickel element remaining in the crystalline silicon film is gettered into the thermal oxide film by the action of oxygen and halogen elements. At the same time, since the nickel element is dispersed by the previous laser beam irradiation, gettering proceeds effectively. Next, as a result of gettering, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed. By doing so, a crystalline silicon film having a low nickel element concentration can be obtained while having high crystallinity on the glass substrate.

図32は本実施例の作製工程を示す図である。まず、コーニング1737ガラス基板(歪点667℃)167上に、下地膜としての酸化窒化珪素膜168を3000オングストロームの厚さに成膜した。酸化窒化珪素膜の成膜は、原料ガスとしてシランとN2O ガスと酸素との混合ガスを用いたプラズマCVD法で実施した。なお、その原料ガスとしてはTEOSガスとN2O ガスの混合ガスを用いもよい。 FIG. 32 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a silicon oxynitride film 168 as a base film was formed on a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) 167 to a thickness of 3000 Å. The silicon oxynitride film was formed by a plasma CVD method using a mixed gas of silane, N 2 O gas, and oxygen as a source gas. As the source gas, a mixed gas of TEOS gas and N 2 O gas may be used.

上記酸化窒化珪素膜は、後の工程においてガラス基板からの不純物(ガラス基板中には半導体の作製レベルで見て、多量の不純物が含まれている)の拡散を抑制する機能を有している。なお、この不純物の拡散を抑制する機能を最大限に得るためには、窒化珪素膜が最適であるが、窒化珪素膜は応力の関係でガラス基板からはがれてしまうので実用的ではない。なお、下地膜としては酸化珪素膜を用いることもできる。   The silicon oxynitride film has a function of suppressing diffusion of impurities from a glass substrate (a large amount of impurities are included in the glass substrate as viewed from the semiconductor manufacturing level) in a later step. . In order to obtain the maximum function of suppressing the diffusion of impurities, a silicon nitride film is optimal. However, the silicon nitride film is not practical because it peels from the glass substrate due to stress. Note that a silicon oxide film can also be used as the base film.

また、この下地膜168は、可能な限り、なるべく高い硬度とすることが重要なポイントとなる。これは、最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験において、下地膜の硬さが硬い方が(即ち、そのエッチングレートが小さい方が)信頼性が高いことから結論される。なお、その理由は、薄膜トランジスタの作製工程中におけるガラス基板からの不純物の遮蔽効果によるものと考えられる。   Further, it is important that the base film 168 has as high a hardness as possible. This is concluded from the fact that in the durability test of the finally obtained thin film transistor, the harder the base film is harder (that is, the lower the etching rate), the higher the reliability. Note that the reason is considered to be due to the shielding effect of impurities from the glass substrate during the manufacturing process of the thin film transistor.

また、この下地膜168中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素をハロゲン元素によってゲッタリングすることができる。また、下地膜を成膜した後に、水素プラズマ処理を加えることは有効である。また、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。   In addition, it is effective that the base film 168 contains a trace amount of a halogen element typified by chlorine. In this manner, a metal element that promotes crystallization of silicon present in the semiconductor layer can be gettered with a halogen element in a later step. It is also effective to add a hydrogen plasma treatment after forming the base film. In addition, it is effective to perform plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed. This is effective in removing the carbon component adsorbed on the surface of the base film and improving the interface characteristics with the semiconductor film to be formed later.

次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜169を500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法で成膜した。減圧熱CVD法を用いるのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからであり、具体的には、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法等を用いることができる。ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。これは、後の金属元素(珪素の結晶化を助長する金属元素)のゲッタリング工程において、酸素が重要な役割を果たすからである。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合には、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。 Next, an amorphous silicon film 169, which later becomes a crystalline silicon film, was formed to a thickness of 500 angstrom by a low pressure thermal CVD method. The reason why the low pressure thermal CVD method is used is that the film quality of the crystalline silicon film obtained later is superior, and specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method or the like can be used. The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . This is because oxygen plays an important role in the subsequent gettering step of a metal element (metal element that promotes crystallization of silicon). However, it should be noted that when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, crystallization of the amorphous silicon film is inhibited.

また、他の不純物濃度、例えば窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には2×1019cm-3以下の濃度とすることが必要である。この非晶質珪素膜の膜厚の上限は2000オングストローム程度である。これは、後のレーザー光の照射による効果を得るには、あまり厚い膜であことは不利であるからである。厚い膜が不利であるのは、珪素膜に照射されるレーザー光の殆んどは膜の表面において吸収されてしまうことに原因がある。なお、非晶質珪素膜169の膜厚の下限は、成膜方法の如何にもよるが、実用的には200オングストローム程度である。 Also, other impurity concentrations, such as nitrogen and carbon impurity concentrations, should be as low as possible. Specifically, the concentration needs to be 2 × 10 19 cm −3 or less. The upper limit of the thickness of the amorphous silicon film is about 2000 angstroms. This is because it is disadvantageous that the film is too thick in order to obtain the effect of the subsequent laser light irradiation. The disadvantage of the thick film is that most of the laser light applied to the silicon film is absorbed on the surface of the film. Note that the lower limit of the film thickness of the amorphous silicon film 169 is practically about 200 Å although it depends on the film forming method.

次に、非晶質珪素膜169を結晶化させるためにニッケル元素を導入した。ここでは、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩の水溶液を非晶質珪素膜169の表面に塗布することによってニッケル元素を導入した。ニッケル元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法のほか、スパッタ法やCVD法、さらにプラズマ処理や吸着法を用いることができる。   Next, nickel element was introduced to crystallize the amorphous silicon film 169. Here, nickel element was introduced by applying an aqueous solution of nickel acetate containing nickel of 10 ppm (weight conversion) on the surface of the amorphous silicon film 169. As a method for introducing nickel element, in addition to the method using the above solution, sputtering method, CVD method, plasma treatment or adsorption method can be used.

それらのうち、上記の溶液を用いる方法は簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用である。ニッケル酢酸塩水溶液を塗布することにより、図32(A)の符号170で示されるように、ニッケル酢酸塩溶液の水膜が形成される。この状態を得た後、図示しないスピナーを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。このようにしてニッケル元素が非晶質珪素膜169の表面に接して保持された状態とした。   Among them, the method using the above solution is useful in that it is simple and the concentration of the metal element can be easily adjusted. By applying the nickel acetate aqueous solution, a water film of the nickel acetate solution is formed as indicated by reference numeral 170 in FIG. After obtaining this state, excess solution was blown off using a spinner (not shown). In this way, the nickel element was held in contact with the surface of the amorphous silicon film 169.

なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩水溶液を用いる代わりに、例えば硫酸ニッケルを用いることが好ましい。これは、酢酸ニッケル塩水溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留することが懸念されるからである。ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル塩の濃度を調整することにより行うことができる。   In view of residual impurities in the subsequent heating step, for example, nickel sulfate is preferably used instead of using the nickel acetate aqueous solution. This is because the nickel acetate aqueous solution contains carbon, which is feared to carbonize and remain in the film in the subsequent heating step. The amount of nickel element introduced can be adjusted by adjusting the concentration of nickel salt in the solution.

次に、図32(B)に示す状態において、550℃〜650℃の温度での加熱処理を行い、非晶質珪素膜169を結晶化させて結晶性珪素膜171を形成するが、この加熱処理の温度はガラス基板の歪点以下の温度で行うことが好ましい。ここで用いているコーニング1737ガラス基板の歪点は667℃であるので、その上限は余裕を見て650℃程度とすることが好ましい。またこの加熱処理は還元雰囲気中で行う。本実施例では、この加熱処理の雰囲気を水素を3容量%含んだ窒素雰囲気とし、加熱の温度を620℃、加熱時間を4時間とした。   Next, in the state shown in FIG. 32B, heat treatment is performed at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. to crystallize the amorphous silicon film 169 to form a crystalline silicon film 171. It is preferable to perform the process temperature at the temperature below the strain point of a glass substrate. Since the strain point of the Corning 1737 glass substrate used here is 667 ° C., the upper limit is preferably set to about 650 ° C. with a margin. This heat treatment is performed in a reducing atmosphere. In this example, the heat treatment atmosphere was a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen, the heating temperature was 620 ° C., and the heating time was 4 hours.

上記の加熱処理による結晶化工程において、雰囲気を還元雰囲気とするのは加熱処理工程中において、酸化物が形成されてしまうことを防止するためである。具体的には、ニッケルと酸素とが反応してNiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。酸素は、後のゲッタリング工程においてニッケルと結合してニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。 The reason why the atmosphere is reduced in the crystallization process by the heat treatment is to prevent oxides from being formed during the heat treatment process. Specifically, this is to prevent nickel and oxygen from reacting to form NiO x on the film surface or in the film. Oxygen is combined with nickel in a later gettering step and contributes greatly to the gettering of nickel.

しかし、この結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要となる。このため、上記結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度は、ppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。   However, it has been found that the combination of oxygen and nickel at this crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization process by heating, it is important to suppress the formation of oxide as much as possible. For this reason, the oxygen concentration in the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed needs to be on the order of ppm, preferably 1 ppm or less.

また、上記結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素以外に、アルゴン等の不活性ガス、或いはそれらの混合ガスを利用することができる。上記の加熱処理による結晶化工程の後においては、ニッケル元素がある程度の固まりで残存している。このことは、TEM(透過型電子顕微鏡)による観察から確認された。ニッケルがある程度の固まりで存在しているという事実についての原因は明らかではないが、何らかの結晶化のメカニズムと関係しているものと考えられる。   In addition to nitrogen, an inert gas such as argon or a mixed gas thereof can be used as a gas that occupies most of the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed. After the crystallization step by the heat treatment, nickel element remains in a certain amount of mass. This was confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope). The cause for the fact that nickel is present in a certain amount of mass is not clear, but is believed to be related to some crystallization mechanism.

次に、図32(C)に示すようにレーザー光の照射を行う。ここでは、KrFエキシマレーザー(波長248nm)を用い、レーザー光のビーム形状を線状としたものを走査しながら照射する方法を採用した。このレーザー光の照射を行うことで、前述の加熱処理による結晶化の結果、局所的に集中していたニッケル元素が、ある程度、膜171中に分散する。即ち、レーザー光の照射によりニッケル元素の固まりを消滅させ、ニッケル元素を分散させることができる。   Next, laser light irradiation is performed as shown in FIG. Here, a method of using a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and irradiating while scanning a linear laser beam shape was adopted. By this laser light irradiation, nickel elements that have been locally concentrated as a result of the crystallization by the heat treatment described above are dispersed in the film 171 to some extent. In other words, the mass of nickel element can be eliminated by laser irradiation, and the nickel element can be dispersed.

次に、図32(D)に示す工程において再度の加熱処理を行った。この加熱処理は、ニッケル元素をゲッタリングするための熱酸化膜を形成するために行われる。ここでは、その加熱処理をハロゲン元素を含んだ雰囲気中で行った。具体的には、HClを5容量%含んだ酸素雰囲気中で加熱処理を行った。この工程は、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素(他の珪素の結晶化を助長する金属元素の場合も同じ)を結晶性珪素膜171中から除去するための工程である。   Next, heat treatment was performed again in the process illustrated in FIG. This heat treatment is performed to form a thermal oxide film for gettering the nickel element. Here, the heat treatment was performed in an atmosphere containing a halogen element. Specifically, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere containing 5% by volume of HCl. This step is for removing nickel element intentionally mixed in the initial stage for crystallization (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon) from the crystalline silicon film 171. It is a process.

上記加熱処理は、前述の結晶化を行うために実施した加熱処理よりも高い温度で行う。これは、ニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うために重要な条件である。なお、結晶化を行うために実施した加熱処理温度と同等又はそれ以下の温度でも行えるが、効果が少ない。   The heat treatment is performed at a temperature higher than the heat treatment performed for performing the above-described crystallization. This is an important condition for effectively performing gettering of nickel element. Note that although it can be performed at a temperature equal to or lower than the heat treatment temperature performed for crystallization, the effect is small.

この加熱処理は上記の条件を満たした上で600℃〜750℃の温度で行う。この工程におけるニッケル元素のゲッタリング効果は、600℃より高い温度とした場合に顕著に得ることができるが、本実施例では温度650℃で実施した。この工程において、前述のレーザー光の照射によって分散されたニッケル元素が効果的に酸化膜中にゲッタリングされて行く。また、この加熱処理温度の上限は使用するガラス基板の歪点によって制限される。なお、使用するガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変形するので注意が必要である。   This heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. to 750 ° C. after satisfying the above conditions. The nickel element gettering effect in this step can be remarkably obtained when the temperature is higher than 600 ° C., but in this embodiment, the gettering effect was performed at a temperature of 650 ° C. In this step, the nickel element dispersed by the laser beam irradiation is effectively gettered into the oxide film. Moreover, the upper limit of this heat processing temperature is restrict | limited by the strain point of the glass substrate to be used. Note that if the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate to be used, care must be taken because the substrate is deformed.

また、HClは酸素に対して0.5〜10容積%の割合で混合することが好ましい。なお、HClをこの濃度以上に混合すると、膜の表面が膜厚と同程度上の凹凸に荒れてしまうので特に注意が必要である。このような条件で加熱処理を行うと、図32(D)に示されるように、塩素が含まれる熱酸化膜172が形成される。本実施例では加熱処理時間を12時間とし、熱酸化膜172の膜厚を100オングストロームとした。   HCl is preferably mixed at a ratio of 0.5 to 10% by volume with respect to oxygen. It should be noted that when HCl is mixed at a concentration higher than this, the surface of the film is roughened to the same degree of unevenness as the film thickness. When heat treatment is performed under such conditions, a thermal oxide film 172 containing chlorine is formed as shown in FIG. In this embodiment, the heat treatment time is 12 hours, and the thickness of the thermal oxide film 172 is 100 angstroms.

熱酸化膜172が形成されることにより、結晶性珪素膜169の膜厚は約450オングストローム程度となる。この加熱処理においては、加熱温度が600℃〜750℃の場合は処理時間(加熱時間)を10時間〜48時間、代表的には24時間とする。勿論この処理時間は、得ようとする酸化膜の膜厚によって適時設定すればよい。この工程においては、酸素の作用及びハロゲン元素の作用によりニッケル元素が珪素膜外にゲッタリングされる。ここでは、特に塩素の作用により、形成される熱酸化膜172中にニッケル元素がゲッタリングされる。   By forming the thermal oxide film 172, the thickness of the crystalline silicon film 169 becomes about 450 angstroms. In this heat treatment, when the heating temperature is 600 ° C. to 750 ° C., the treatment time (heating time) is 10 hours to 48 hours, typically 24 hours. Of course, this processing time may be set as appropriate depending on the thickness of the oxide film to be obtained. In this step, nickel element is gettered out of the silicon film by the action of oxygen and the action of halogen element. Here, nickel element is gettered in the thermal oxide film 172 formed by the action of chlorine.

上記ゲッタリングには、酸素も関与する。このゲッタリングにおいては、結晶性珪素膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッケルに、塩素によるゲッタリング効果が作用して、効果的にニッケル元素のゲッタリングが進行する。前述したように酸素は、その濃度が多過ぎると、図32(B)に示す結晶化工程において、非晶質珪素膜169の結晶化を阻害する要素となる。しかし、上述のようにその存在はニッケルのゲッタリング過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜となる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要なものとなる。   Oxygen is also involved in the gettering. In this gettering, oxygen present in the crystalline silicon film plays an important role. That is, gettering effect by chlorine acts on nickel oxide formed by combining oxygen and nickel, and gettering of nickel element effectively proceeds. As described above, when the concentration of oxygen is excessive, it becomes an element that inhibits crystallization of the amorphous silicon film 169 in the crystallization step shown in FIG. However, as described above, its presence plays an important role in the nickel gettering process. Therefore, it is important to control the concentration of oxygen present in the amorphous silicon film as the starting film.

本実施例では、ハロゲン元素としてClを選択し、またその導入方法としてHClを用いる例を示した。HCl以外のガスとしては、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又は複数種類のガスを用いることができる。また一般にハロゲンの水素化物を用いることができる。これらのガスは、雰囲気中での含有量(体積)をHFであれば0.25〜5%、HBrであれば1〜15%、Cl2 であれば0.25〜5%、F2 であれば0.125〜2.5%、Br2 であれば0.5〜10%とすることが好ましい。 In this embodiment, Cl is selected as the halogen element, and HCl is used as the introduction method. As the gas other than HCl, one or plural kinds of gases selected from HF, HBr, Cl 2 , F 2 , and Br 2 can be used. In general, a hydride of halogen can be used. These gases, the content in the atmosphere (volume) to as long as HF 0.25 to 5%, if HBr 1 to 15%, if the Cl 2 0.25 to 5%, by F 2 If it is 0.125 to 2.5%, Br 2 is preferably 0.5 to 10%.

上記の範囲を下回る濃度とすると、有意な効果が得られるなくなり、逆に、上記の範囲を上回る濃度とすると、珪素膜の表面が荒れてしまう。この工程を経ることにより、ニッケル元素の濃度を初期の1/10以下とすることができる。これはハロゲン元素によるゲッタリングを何ら行わない場合に比較して、ニッケル元素を1/10以下にできることを意味する。この効果は、他の金属元素を用いた場合でも同様に得られる。また上記の工程においては、形成される酸化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高くなっている。   If the concentration is lower than the above range, a significant effect cannot be obtained. Conversely, if the concentration is higher than the above range, the surface of the silicon film is roughened. Through this step, the nickel element concentration can be reduced to 1/10 or less of the initial concentration. This means that the nickel element can be reduced to 1/10 or less as compared with the case where no gettering with a halogen element is performed. This effect can be similarly obtained even when other metal elements are used. In the above process, since nickel element is gettered in the oxide film to be formed, the nickel concentration in the oxide film is naturally higher than in other regions.

また、結晶性珪素膜171と熱酸化膜172との界面近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察される。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、結晶性珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。また、両者の界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在が要因であると考えられる。   Further, a tendency for the nickel element to increase near the interface between the crystalline silicon film 171 and the thermal oxide film 172 is observed. It is considered that this is because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the crystalline silicon film and the oxide film. Moreover, it is considered that the gettering progresses in the vicinity of the interface between the two due to the presence of stress and defects in the vicinity of the interface.

次いで、ニッケルを高濃度に含んだ酸化膜172を除去した。この酸化膜172の除去はバッファーフッ酸(その他フッ酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングや、ドライエッチングを用いて行うが、本実施例ではバッファーフッ酸を用いたウェットエッチングで行った。   Next, the oxide film 172 containing nickel at a high concentration was removed. The removal of the oxide film 172 is performed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (other hydrofluoric acid-based etchants) or dry etching. In this embodiment, wet etching using buffered hydrofluoric acid was performed.

こうして、図32(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜173を得た。また、得られた結晶性珪素膜173の表面近傍には比較的ニッケル元素が高濃度に含まれるので、上記の酸化膜172のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜173の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。   Thus, as shown in FIG. 32E, a crystalline silicon film 173 with a reduced concentration of nickel contained was obtained. Further, since the nickel element is relatively contained in the vicinity of the surface of the obtained crystalline silicon film 173, the etching of the oxide film 172 is further advanced, and the surface of the crystalline silicon film 173 is slightly over-etched. It is effective to do.

熱酸化膜172を除去した後に、再びレーザー光を照射して、得られた結晶性珪素膜173の結晶性をさらに助長することは有効である。即ち、ニッケル元素のゲッタリングが行われた後に、再度のレーザー光の照射を行うことは有効である。本実施例においては使用するレーザー光としてKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用いた例を示した。しかし、XeClエキシマレーザー(波長308nm)やその他の種類のレーザーを用いることもできる。またレーザー光ではなく、例えば紫外線や赤外線の照射を行う構成としてもよい。   It is effective to further promote the crystallinity of the obtained crystalline silicon film 173 by irradiating the laser beam again after removing the thermal oxide film 172. That is, it is effective to perform laser beam irradiation again after gettering of the nickel element. In this embodiment, an example is shown in which a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used as the laser light to be used. However, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) or other types of lasers can also be used. Moreover, it is good also as a structure which irradiates with an ultraviolet-ray and infrared rays instead of a laser beam.

《実施例29》
本実施例29は、実施例28に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。この場合、Cuを導入するための溶液として、酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2O)等を用いればよいが、本実施例では塩化第2銅(CuCl2 2H2O)を用い、その他の工程は実施例28の場合と同様にして、図32(E)に示す状態を得た。
Example 29
Example 29 is an example in which Cu is used as the metal element for promoting crystallization of silicon in the configuration shown in Example 28. In this case, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ], cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), or the like may be used as a solution for introducing Cu. Using dicopper (CuCl 2 2H 2 O), the other steps were performed in the same manner as in Example 28 to obtain the state shown in FIG.

《実施例30》
本実施例30は、実施例28とは異なる形態の結晶成長を行わせる例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。図33は本実施例の作製工程を示す図である。
Example 30
Example 30 is an example in which crystal growth of a form different from Example 28 is performed. This embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to the substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 33 is a diagram showing a manufacturing process of this example.

まず、コーニング1737ガラス基板174上に下地膜175として酸化窒化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。なお、ガラス基板の代えて石英基板を用いてもよい。次いで、結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜176を減圧熱CVD法によって、600オングストロームの厚さに成膜した。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したように2000オングストローム以下とすることが好ましい。なお、減圧熱CVD法の代えてプラズマCVD法を用いてもよい。   First, a silicon oxynitride film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 175 on a Corning 1737 glass substrate 174. Note that a quartz substrate may be used instead of the glass substrate. Next, an amorphous silicon film 176 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 600 angstroms by low pressure thermal CVD. As described above, the thickness of the amorphous silicon film is preferably 2000 angstroms or less. A plasma CVD method may be used instead of the low pressure thermal CVD method.

次に、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号177で示されるマスクを形成した。このマスクは178で示される領域に開口が形成されている。開口178が形成されている領域においては、非晶質珪素膜176が露呈している。開口178は、図面の奥行から手前方向(長手方向)の細長い長方形を有している。この開口178の幅は20μm以上とするのが適当であり、その長手方向の長さは必要とする長さでよいが、本実施例ではその幅を30μm、長さを4cmとした。   Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 177. This mask has an opening formed in a region indicated by 178. In the region where the opening 178 is formed, the amorphous silicon film 176 is exposed. The opening 178 has a long and narrow rectangle in the front direction (longitudinal direction) from the depth of the drawing. The width of the opening 178 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be a required length. In this embodiment, the width is 30 μm and the length is 4 cm.

次いで、実施例28で示したと同様にして、重量換算で10ppmのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル水溶液を塗布し、図示しないスピナーを用いてスピンドライを行い、余分な溶液を除去した。こうして、ニッケル元素が図33(A)の点線179で示されるように、非晶質珪素膜176の露呈した表面に接して保持された状態が実現された。   Next, in the same manner as shown in Example 28, a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm of nickel element in terms of weight was applied, and spin drying was performed using a spinner (not shown) to remove excess solution. In this manner, a state where the nickel element was held in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 176 was realized as indicated by a dotted line 179 in FIG.

次に、水素を3容量%含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度640℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図33(B)の180で示されるような基板174に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長は、ニッケル元素が導入された開口178の領域から周囲に向かって進行する。この基板に平行な方向への結晶成長を、本明細書中、横成長又はラテラル成長と指称する。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 640 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth progressed in a direction parallel to the substrate 174 as indicated by 180 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 178 into which nickel element is introduced toward the periphery. This crystal growth in a direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例30に示すような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する結晶性珪素膜181を得た。なお、開口178が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長と呼ばれる垂直方向への結晶成長が進行する。   Under the conditions as shown in Example 30, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a crystalline silicon film 181 having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 178 is formed, crystal growth in the vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface.

次いで、ニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜からなるマスク177を除去し、図33(C)に示す状態を得た。この状態では、珪素膜181中には、縦成長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域(非晶質状態)が存在しており、またこの状態においては、ニッケル元素が膜中に偏在している。特に、開口178が形成されていた領域と、符号180で示される結晶成長方向の先端部分においては、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。   Next, the mask 177 made of a silicon oxide film for selectively introducing nickel element was removed to obtain the state shown in FIG. In this state, the silicon film 181 includes a vertical growth region, a lateral growth region, and a region where the crystal growth does not reach (amorphous state). In this state, nickel element is present in the film. It is unevenly distributed. In particular, the nickel element is present at a relatively high concentration in the region where the opening 178 was formed and the tip portion in the crystal growth direction indicated by reference numeral 180.

次に、レーザー光の照射を行う。ここでは実施例28と同様にKrFエキシマレーザーの照射を行った。この工程で偏在したニッケル元素を拡散させ、後のゲッタリング工程においてゲッタリングを行い易い状態が得られる。レーザー光の照射終了後、HClを3容量%含んだ酸素雰囲気中において、温度650℃の加熱処理を12時間行った。この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜182が形成され、同時に珪素膜181中のニッケル元素濃度を相対的に減少させる。   Next, laser light irradiation is performed. Here, irradiation with KrF excimer laser was performed in the same manner as in Example 28. The nickel element unevenly distributed in this step is diffused, and a state in which gettering can be easily performed in the subsequent gettering step is obtained. After the completion of the laser light irradiation, heat treatment at a temperature of 650 ° C. was performed for 12 hours in an oxygen atmosphere containing 3% by volume of HCl. In this step, an oxide film 182 containing nickel element at a high concentration is formed, and at the same time, the nickel element concentration in the silicon film 181 is relatively reduced.

ここでは、182で示される熱酸化膜が100オングストロームの厚さに成膜された。この熱酸化膜中には、酸素の作用及び塩素の作用、特に塩素の作用によりゲッタリングされたニッケル元素が高濃度に含まれている。また熱酸化膜182が成膜されることで、結晶性珪素膜181は500オングストローム程度の膜厚となる。次にニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜182を除去した。   Here, a thermal oxide film indicated by 182 was formed to a thickness of 100 angstroms. This thermal oxide film contains a high concentration of nickel element gettered by the action of oxygen and the action of chlorine, particularly the action of chlorine. Further, since the thermal oxide film 182 is formed, the crystalline silicon film 181 has a thickness of about 500 angstroms. Next, the thermal oxide film 182 containing nickel element at a high concentration was removed.

この状態における結晶性珪素膜においては、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃度に存在するような濃度分布を有している。この状態は、熱酸化膜182の形成の際に、熱酸化膜にニッケル元素がゲッタリングされていったことに起因する。従って、この熱酸化膜182を除去した後に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、このニッケル元素が高濃度に存在している領域を除去することは有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在している結晶性珪素膜の表面をエッチングすることで、よりニッケル元素濃度を低減させた結晶性珪素膜を得ることができる。ただし、この場合には、最終的に得られる珪素膜の膜厚を考慮することが必要となる。   The crystalline silicon film in this state has a concentration distribution such that nickel element exists at a high concentration toward the surface of the crystalline silicon film. This state is attributed to nickel element gettering in the thermal oxide film when the thermal oxide film 182 is formed. Therefore, after removing the thermal oxide film 182, it is useful to further etch the surface of the crystalline silicon film to remove the region where the nickel element is present at a high concentration. That is, by etching the surface of the crystalline silicon film in which nickel element is present at a high concentration, a crystalline silicon film having a further reduced nickel element concentration can be obtained. However, in this case, it is necessary to consider the film thickness of the finally obtained silicon film.

次に、パターニングを行うことにより、横成長領域からなるパターン183を形成した。このようにして得られた横成長領域からなるパターン183中に残留するニッケル元素の濃度は、実施例28で示した場合に比較してさらに低いものとすることができる。これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度がそもそも低いことにも起因する。具体的には、横成長領域からなるパターン183中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。 Next, patterning was performed to form a pattern 183 composed of a laterally grown region. The concentration of the nickel element remaining in the pattern 183 composed of the laterally grown regions thus obtained can be made lower than that shown in Example 28. This is also due to the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Specifically, the concentration of nickel element in the pattern 183 formed of the lateral growth region can be easily set to an order of 10 17 cm −3 or less.

また、横成長領域を利用して薄膜トランジスタを形成した場合、実施例28に示したような縦成長(実施例28の場合は全面が縦成長する)領域を利用した場合に比較して、より高移動度を有する半導体装置を得ることができる。なお、図33(E)に示すパターンを形成した後に、さらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在しているニッケル元素を除去することは有用である。   Further, when the thin film transistor is formed by using the lateral growth region, it is higher than that in the case of using the vertical growth region as shown in Example 28 (in the case of Example 28, the entire surface grows vertically). A semiconductor device having mobility can be obtained. Note that it is useful to remove the nickel element existing on the pattern surface by further performing an etching process after forming the pattern shown in FIG.

次いで、パターン183に熱酸化膜184を形成した。この熱酸化膜の形成は温度650℃の酸素雰囲気中での加熱処理を12時間行うことにより、200オングストロームの厚さに成膜した。なお、この熱酸化膜は、薄膜トランジスタを構成する場合には、後にゲイト絶縁膜の一部となる。その後、薄膜トランジスタを作製するのであれば、熱酸化膜184を覆って、さらにプラズマCVD法等で酸化珪素膜を成膜し、ゲイト絶縁膜を形成する。   Next, a thermal oxide film 184 was formed on the pattern 183. The thermal oxide film was formed to a thickness of 200 angstroms by performing a heat treatment in an oxygen atmosphere at a temperature of 650 ° C. for 12 hours. This thermal oxide film becomes a part of the gate insulating film later when a thin film transistor is formed. Thereafter, if a thin film transistor is to be manufactured, a silicon oxide film is formed by plasma CVD or the like to cover the thermal oxide film 184, and a gate insulating film is formed.

《実施例31》
本実施例31は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製した例である。図34に本実施例の作製工程を示す。まず本実施例では、実施例28及び実施例30に示した工程により、ガラス基板上に、それぞれ結晶性珪素膜を形成した。
Example 31
Example 31 is an example in which a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device is manufactured. FIG. 34 shows a manufacturing process of this example. First, in this example, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 28 and Example 30, respectively.

以下においては、実施例28に示した工程による場合を中心に記載するが、実施例30に示した工程によった場合も同じである。実施例28に示した構成で結晶性珪素膜を得た後、それをパターニングすることにより、図34(A)に示す状態を得た。図34(A)に示す状態において、符号186がガラス基板、187が下地膜、188が結晶性珪素膜で構成された活性層である。図34(A)に示す状態を得た後、酸素と水素を混合した減圧雰囲気においてプラズマ処理を実施した。このプラズマは高周波放電によって生成させた。   In the following description, the description will focus on the case of the process shown in Example 28, but the same applies to the case of the process shown in Example 30. After obtaining a crystalline silicon film with the structure shown in Example 28, it was patterned to obtain the state shown in FIG. In the state shown in FIG. 34A, reference numeral 186 is a glass substrate, 187 is a base film, and 188 is an active layer formed of a crystalline silicon film. After obtaining the state shown in FIG. 34A, plasma treatment was performed in a reduced-pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was generated by high frequency discharge.

上記プラズマ処理によって、活性層188の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマによって該酸化した有機物が還元、気化される。こうして活性層188の露呈した表面に存在する有機物が除去される。この有機物の除去は、活性層188の表面における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果がある。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであり、その存在を少なくすることは非常に有用である。   By the plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 188 are removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by the oxygen plasma, and the oxidized organic substance is reduced and vaporized by the hydrogen plasma. In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 188 are removed. This removal of organic matter is very effective in suppressing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 188. Fixed charges resulting from the presence of organic substances hinder the operation of the device and cause instability of characteristics, and it is very useful to reduce the presence thereof.

上記有機物の除去を行った後、温度640℃の酸素雰囲気中において熱酸化を行って100オングストロームの熱酸化膜185を形成した。この熱酸化膜は、半導体層との界面特性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとなる。こうして図34(A)に示す状態を得た。その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜189を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法としては、酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法を用いた。なお、TEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法を用いることもできる。 After removing the organic matter, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 640 ° C. to form a 100 Å thermal oxide film 185. This thermal oxide film has high interface characteristics with the semiconductor layer, and will later constitute a part of the gate insulating film. Thus, the state shown in FIG. Thereafter, a silicon oxynitride film 189 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O was used. Note that a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O can also be used.

この酸化窒化珪素膜189は熱酸化膜185と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。また酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することで、活性層中に存在するニッケル元素(他の珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた場合も同じ)の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを防ぐことができる。   This silicon oxynitride film 189 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 185. In addition, it is effective to include a halogen element in the silicon oxynitride film. That is, by fixing the nickel element by the action of the halogen element, the gate insulating film is affected by the nickel element existing in the active layer (the same applies when other metal elements that promote crystallization of silicon are used). It is possible to prevent the function as an insulating film from deteriorating.

上記のように酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しにくくなるという有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入すると、絶縁膜として機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となる。なお、ゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。   The use of the silicon oxynitride film as described above has the significance that it is difficult for the metal element to enter the gate insulating film due to its dense film quality. When a metal element enters the gate insulating film, the function as the insulating film is lowered, which causes instability and variations in characteristics of the thin film transistor. Note that a commonly used silicon oxide film can also be used as the gate insulating film.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜189を成膜した後、後にゲイト電極として機能する図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させたのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここでヒロックやウィスカーとは、加熱が行われることによって、アルミニウムの異常成長が発生し、針状或いは刺状の突起部が形成されてしまうことを意味する。   After forming a silicon oxynitride film 189 that functions as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean that abnormal heating of aluminum occurs when heating is performed, and needle-like or stab-like protrusions are formed.

上記アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とする。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。   After the aluminum film was formed, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク191を形成した。そしてアルミニウム膜を符号190で示されるパターンにパターニングを行い、こうして図34(B)に示す状態を得た。ここで再度の陽極酸化を行ったが、ここでは3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン190を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号193で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 191 was formed. Then, the aluminum film was patterned into a pattern indicated by reference numeral 190, thus obtaining the state shown in FIG. Here, anodic oxidation was performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film indicated by reference numeral 193 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 190 as an anode.

上記工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク191が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜193が形成される。この陽極酸化膜193は、その膜厚を数μmまで成長させることができるが、ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。   In the above process, the anodic oxide film 193 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 191 having high adhesion exists on the upper part. The anodic oxide film 193 can be grown to a thickness of several μm, but here the thickness is set to 6000 Å. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク191を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行った。すると、多孔質状の陽極酸化膜193中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号194で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この緻密な陽極酸化膜194の膜厚は1000オングストロームとした。この膜厚の制御は印加電圧によって行った。   Next, after removing the resist mask 191, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 194 because the electrolytic solution enters (invades) into the porous anodic oxide film 193. The film thickness of this dense anodic oxide film 194 was 1000 angstroms. This film thickness was controlled by the applied voltage.

次いで、露呈した酸化窒化珪素膜189と熱酸化膜185をエッチングした。このエッチングにはドライエッチングを使用した。さらに酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜193を除去した。こうして図34(D)に示す状態を得た。その後、不純物イオンの注入を行った。   Next, the exposed silicon oxynitride film 189 and thermal oxide film 185 were etched. Dry etching was used for this etching. Further, the porous anodic oxide film 193 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Thereafter, impurity ions were implanted.

ここでは、Nチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにP(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法によって実施した。この工程においては、ヘビードープがされる196と200の領域とライトドープがされる197と199の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜195の一部が半透過のマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。   Here, in order to fabricate an N-channel thin film transistor, P (phosphorus) ions are implanted by a plasma doping method. In this step, regions 196 and 200 that are heavily doped and regions 197 and 199 that are lightly doped are formed. This is because part of the remaining silicon oxide film 195 functions as a semi-transmissive mask and part of the implanted ions is shielded there.

次いで、レーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。ここでは紫外線ランプによる強光の照射により実施した。こうしてソース領域196、チャネル形成領域198、ドレイン領域200、低濃度不純物領域197と199が自己整合的に形成された。ここで、符号199で示されるのがLDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by irradiation with laser light or strong light. Here, it was carried out by irradiation with strong light from an ultraviolet lamp. Thus, the source region 196, the channel formation region 198, the drain region 200, and the low-concentration impurity regions 197 and 199 are formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 199 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

なお、緻密な陽極酸化膜194の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域198の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例においてもオフットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいので、その存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図面中には記載していない。   When the film thickness of the dense anodic oxide film 194 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 198 with the film thickness. The off-gate region is also formed in this embodiment, but since its size is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in the drawing.

次に、層間絶縁膜201として酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。ここでは窒化珪素膜を用いた。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極202とドレイン電極203の形成を行った。こうして図34(E)に示す薄膜トランジスタを完成した。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 201. Here, a silicon nitride film was used. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Further, contact holes were formed, and a source electrode 202 and a drain electrode 203 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 34E was completed.

《実施例32》
本実施例32は、実際例31(図34)に示す構成における、ゲイト絶縁膜189の形成方法に関する例である。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板を用いた場合、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を用いることができる。熱酸化法は、その膜質を緻密なものとすることができ、安定した特性を有する薄膜トランジスタを得る上では有用なものとなる。
<< Example 32 >>
The present embodiment 32 is an example relating to a method of forming the gate insulating film 189 in the configuration shown in the actual example 31 (FIG. 34). When a quartz substrate or a glass substrate having high heat resistance is used as the substrate, a thermal oxidation method can be used as a method for forming the gate insulating film. The thermal oxidation method can make the film quality dense and is useful for obtaining a thin film transistor having stable characteristics.

即ち、熱酸化法で成膜されや酸化膜は、絶縁膜として緻密で内部に存在する可動電荷を少なくすることができるので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一つとなる。本実施例では、950℃の温度の酸化性雰囲気中において、加熱処理を行った。他の工程は実施例31と同様にして図34(E)に示すような薄膜トランジスタを完成した。この際、酸化性雰囲気中にHCl等を混合させることが有効である。   That is, an oxide film formed by a thermal oxidation method is dense as an insulating film and can reduce the movable charges existing therein, so that it becomes one of the optimum gate insulating films. In this example, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 950 ° C. The other steps were the same as in Example 31 to complete the thin film transistor as shown in FIG. At this time, it is effective to mix HCl or the like in an oxidizing atmosphere.

このようにすることにより、熱酸化膜の形成と同時に活性層中に存在する金属元素を固定化することができる。また酸化性雰囲気中にN2O ガスを混合し、窒素成分を含有した熱酸化膜を形成することも有効である。ここでN2O ガスの混合比を最適化すれば、熱酸化法による酸化窒化珪素膜を得ることも可能である。なお、本実施例においては、特に熱酸化膜185を形成する必要はない。 By doing in this way, the metal element which exists in an active layer can be fixed simultaneously with formation of a thermal oxide film. It is also effective to form a thermal oxide film containing a nitrogen component by mixing N 2 O gas in an oxidizing atmosphere. Here, if the mixing ratio of N 2 O gas is optimized, it is possible to obtain a silicon oxynitride film by a thermal oxidation method. In this embodiment, it is not necessary to form the thermal oxide film 185 in particular.

《実施例33》
本実施例33は、実施例31(図34)の工程とは異なる工程で薄膜トランジスタを作製した例である。図35に本実施例の作製工程を示す。まず、実施例28及び実施例30に示した工程により、ガラス基板上に、それぞれ結晶性珪素膜を形成した。次いで、それらをパターニングすることにより、図35(A)に示す状態を得た。以下においては、実施例30に示した工程による場合を中心に記載するが、実施例28に示した工程によった場合も同じである。
Example 33
Example 33 is an example in which a thin film transistor was manufactured by a process different from the process of Example 31 (FIG. 34). FIG. 35 shows a manufacturing process of this example. First, crystalline silicon films were formed on a glass substrate by the steps shown in Example 28 and Example 30, respectively. Subsequently, the state shown in FIG. 35A was obtained by patterning them. In the following description, the description will focus on the case of the process shown in Example 30, but the same applies to the case of the process shown in Example 28.

図35(A)に示す状態を得た後、酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。図35(A)に示す状態において、205がガラス基板、206が下地膜、207が結晶性珪素膜で構成された活性層である。また符号204はゲッタリングのための熱酸化膜を除去した後に、再度形成された熱酸化膜である。その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜208を1000オングストロームの厚さに成膜した。この成膜には酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法で実施した。なお、成膜方法としては、TEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法を用いてもよい。 After obtaining the state shown in FIG. 35A, plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. In the state shown in FIG. 35A, 205 is a glass substrate, 206 is a base film, and 207 is an active layer formed of a crystalline silicon film. Reference numeral 204 denotes a thermal oxide film formed again after removing the thermal oxide film for gettering. Thereafter, a silicon oxynitride film 208 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. This film formation was performed by a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O. As a film formation method, a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O may be used.

該酸化窒化珪素膜208は、熱酸化膜204とともに、ゲイト絶縁膜を構成する。なお、該酸化窒化珪素膜に代えてに酸化珪素膜を用いることもできる。ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜208を成膜した後、後にゲイト電極として機能する、図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中にはスカンジウムを0.2重量%含有させた。   The silicon oxynitride film 208 and the thermal oxide film 204 constitute a gate insulating film. Note that a silicon oxide film can be used instead of the silicon oxynitride film. After forming a silicon oxynitride film 208 that functions as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later is formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium.

次いで、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含むエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。該図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とする。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。   Next, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク209を形成した。そしてアルミニウム膜を符号210で示されるパターンにパターニングした。ここで再度の陽極酸化を行うが、ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン210を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号211で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 209 was formed. The aluminum film was patterned into a pattern indicated by reference numeral 210. Here, anodic oxidation is performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 211 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 210 as an anode.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク209が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜211が形成される。この陽極酸化膜211は、その膜厚を数μmまで成長させることができるが、ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化の時間によって制御することができる。   In this step, the anodic oxide film 211 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 209 having high adhesion exists on the upper portion. The anodic oxide film 211 can be grown to a thickness of several μm, but here the thickness is set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク209を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含むエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行った。すると、多孔質状の陽極酸化膜211中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号212で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。ここで最初の不純物イオンの注入を実施したが、この工程は、レジストマスク209を除去してから行ってもよい。この不純物イオンの注入によってソース領域213とドレイン領域215を形成した。なお、符号214で示す領域には不純物イオンは注入されない。   Next, after removing the resist mask 209, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 212 because the electrolytic solution enters (invades) into the porous anodic oxide film 211. Although the first impurity ion implantation is performed here, this step may be performed after the resist mask 209 is removed. A source region 213 and a drain region 215 were formed by this impurity ion implantation. Note that impurity ions are not implanted into the region denoted by reference numeral 214.

次に、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜211を除去した。こうして図35(D)に示す状態を得た。その後、再度不純物イオンの注入を行った。この不純物イオンは、最初の不純物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で実施した。この工程において、ライトドープ領域216と217が形成される。そして符号218で示される領域がチャネル形成領域となる。   Next, the porous anodic oxide film 211 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Thereafter, impurity ions were implanted again. This impurity ion was performed under the condition of light doping rather than the initial impurity ion implantation condition. In this step, lightly doped regions 216 and 217 are formed. A region indicated by reference numeral 218 becomes a channel formation region.

次いで、レーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行うが、ここではレーザー光により実施した。こうして、ソース領域213、チャネル形成領域218、ドレイン領域215、低濃度不純物領域216と217が自己整合的に形成された。ここで、符号217で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions have been implanted is activated by irradiating with laser light or strong light. Here, laser light is used. Thus, the source region 213, the channel formation region 218, the drain region 215, and the low concentration impurity regions 216 and 217 were formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 217 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

次に、層間絶縁膜219として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜を形成した。なお、層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。そして、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極220とドレイン電極221の形成を行った。こうして図35(E)に示す薄膜トランジスタを完成した。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 219. Here, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed. Note that the interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material over a silicon oxide film or a silicon nitride film. Then, contact holes were formed, and a source electrode 220 and a drain electrode 221 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 35E was completed.

《実施例34》
本実施例34は、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相補型に構成した例である。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。図36に本実施例の作製工程を示す。
<< Example 34 >>
The present embodiment 34 is an example in which an N-channel type thin film transistor and a P-channel type thin film transistor are configured to be complementary. The configuration shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example. For example, it can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device. FIG. 36 shows a manufacturing process of this example.

まず、図36(A)に示すように、ガラス基板223上に、下地膜224として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を成膜する。このうち好ましくは酸化窒化珪素膜を使用するが、ここではこれを用いた。次いで、図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法により成膜した。なお、減圧熱CVD法により成膜してもよい。さらに実施例28に示した方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した。   First, as illustrated in FIG. 36A, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed as a base film 224 over a glass substrate 223. Of these, a silicon oxynitride film is preferably used, but this is used here. Next, an amorphous silicon film (not shown) was formed by a plasma CVD method. In addition, you may form into a film by low pressure thermal CVD method. Further, this amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the method shown in Example 28.

次いで、酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理を行い、さらに得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層225と226を得た。こうして図36(A)に示す状態を得た。さらに、ここでは、活性層の側面を移動するキャリアの影響を抑制するために、図36(A)に示した状態において、HClを3容量%含んだ窒素雰囲気中において、温度650℃、10時間の加熱処理を行った。   Next, plasma treatment was performed in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, and the obtained crystalline silicon film was patterned to obtain active layers 225 and 226. In this way, the state shown in FIG. Further, here, in order to suppress the influence of carriers moving on the side surface of the active layer, in the state shown in FIG. 36A, in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of HCl, the temperature is 650 ° C. for 10 hours. The heat treatment was performed.

活性層の側面に金属元素の存在によるトラップ準位が存在すると、OFF電流特性の悪化を招くので、上記のような処理を行い、活性層の側面における準位の密度を低下させておくことは有用である。さらに、ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜222と酸化窒化珪素膜227を成膜した。なお、ここで基板として石英を用いる場合には、前述の熱酸化法を用いた熱酸化膜のみによって、ゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。   If the trap level due to the presence of the metal element is present on the side surface of the active layer, the OFF current characteristics are deteriorated. Therefore, it is necessary to reduce the density of the level on the side surface of the active layer by performing the above treatment. Useful. Further, a thermal oxide film 222 and a silicon oxynitride film 227 constituting a gate insulating film were formed. Here, when quartz is used as the substrate, it is desirable that the gate insulating film is constituted only by the thermal oxide film using the above-described thermal oxidation method.

次いで、後にゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さに成膜した。アルミニウム以外の金属としては、陽極酸化可能な金属(例えばタンタル)を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に極薄い緻密な陽極酸化膜を形成した。次に、アルミニウム膜上に図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った。   Next, an aluminum film (not shown) for forming a gate electrode later was formed to a thickness of 4000 angstroms. As the metal other than aluminum, an anodizable metal (for example, tantalum) can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film was formed on the surface by the method described above. Next, a resist mask (not shown) was placed on the aluminum film, and the aluminum film was patterned.

続いて、上記で得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜230と231を形成した。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。さらに再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜232と233を形成した。ここで緻密な陽極酸化膜232と233の膜厚は800オングストロームとした。こうして図36(B)に示す状態を得た。   Subsequently, anodization was performed using the aluminum pattern obtained above as an anode to form porous anodic oxide films 230 and 231. The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms. Further, anodic oxidation was performed again under the conditions for forming dense anodic oxide films, and dense anodic oxide films 232 and 233 were formed. Here, the dense anodic oxide films 232 and 233 have a thickness of 800 angstroms. In this way, the state shown in FIG.

さらに、露呈した酸化珪素膜227と熱酸化膜222をドライエッチングによって除去し、図36(C)に示す状態を得た。その後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜230と231を除去した。こうして図36(D)に示す状態を得た。ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(リン)イオンが、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンが注入されるようにした。   Further, the exposed silicon oxide film 227 and the thermal oxide film 222 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG. Thereafter, the porous anodic oxide films 230 and 231 were removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Here, resist masks are alternately arranged so that P (phosphorus) ions are implanted into the left thin film transistor and B (boron) ions are implanted into the right thin film transistor.

上記不純物イオンの注入によって、高濃度のN型を有するソース領域236とドレイン領域239が自己整合的に形成された。また、同時に、低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域237が形成され、さらにチャネル形成領域238が同時に形成された。符号237で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜234が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜234を透過したPイオンがゲイト絶縁膜234によって一部遮蔽されるからである。   By the implantation of the impurity ions, a source region 236 and a drain region 239 having a high concentration N type are formed in a self-aligned manner. At the same time, a weak N-type region 237 doped with P ions at a low concentration was formed, and a channel formation region 238 was simultaneously formed. The reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 237 is formed is that the remaining gate insulating film 234 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 234 are partially shielded by the gate insulating film 234.

上記と同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域243とドレイン領域240が自己整合的に形成される。同時に、低濃度不純物領域242が同時に形成され、さらにチャネル形成領域241が同時に形成される。なお、緻密な陽極酸化膜232と233の膜厚が2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。   The source region 243 and the drain region 240 having a strong P-type are formed in a self-aligned manner by the same principle and method as described above. At the same time, a low concentration impurity region 242 is formed at the same time, and a channel formation region 241 is formed at the same time. When the dense anodic oxide films 232 and 233 are as thick as 2000 angstroms, the offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness.

本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜232と233の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。次いで、レーザー光の照射により、不純物イオンが注入された領域のアニールを行った。なお、レーザー光に代えて、強光の照射により行うこともできる。次いで図36(E)に示すように、層間絶縁膜として窒化珪素膜244と酸化珪素膜245を成膜した。それぞれの膜厚は1000オングストロームとした。なお、酸化珪素膜245は成膜しなくてもよい。   In the case of this embodiment, since the dense anodic oxide films 232 and 233 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored. Next, the region into which the impurity ions were implanted was annealed by laser light irradiation. In addition, it can replace with a laser beam and can also carry out by irradiation of a strong light. Next, as shown in FIG. 36E, a silicon nitride film 244 and a silicon oxide film 245 are formed as interlayer insulating films. Each film thickness was 1000 angstroms. Note that the silicon oxide film 245 is not necessarily formed.

ここで、上記窒化珪素膜によって、薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることにより、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。さらに樹脂材料からなる層間絶縁膜246をスピンコート法を用いて形成したが、ここでは、層間絶縁膜246の厚さを1μmとした。   Here, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure. Further, an interlayer insulating film 246 made of a resin material is formed by using a spin coating method. Here, the thickness of the interlayer insulating film 246 is 1 μm.

そして、コンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極247とドレイン電極248を形成した。同時に右側の薄膜トランジスタのソース電極249とドレイン電極248を形成し(なお、ドレイン電極248は共通に配置されたものとなる)、図36(F)に示す薄膜トランジスタを完成させた。こうして、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができる。   Then, contact holes were formed, and a source electrode 247 and a drain electrode 248 of the left N-channel thin film transistor were formed. At the same time, a source electrode 249 and a drain electrode 248 of the right thin film transistor were formed (the drain electrode 248 was disposed in common), and the thin film transistor shown in FIG. 36F was completed. In this way, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure can be formed.

本実施例34に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られる。この構成は、可動イオンや水分の侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。また、さらに多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   In the structure shown in this embodiment 34, a structure in which the thin film transistor is covered with a nitride film and further covered with a resin material can be obtained. This configuration can be made highly durable such that mobile ions and moisture do not easily enter. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitance from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例35》
本実施例35は、前記実施例28に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例である。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。本実施例では、下地膜を形成した後に、ニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素が接して保持された状態とした。
Example 35
Example 35 is an example in which nickel element was directly introduced into the surface of the base film in the step shown in Example 28. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this embodiment, after the base film is formed, nickel element is introduced, and the nickel element is first held in contact with the surface of the base film.

本実施例においては、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩の水溶液を下地膜の表面に塗布することによってニッケル元素を導入し、この面に非晶質珪素膜を形成した。その他の工程については実施例28の場合と同様にして、図32(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜173を得た。珪素の結晶化を助長する金属元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法の他に、スパッタ法やCVD法、さらにプラズマ処理や吸着法を用いることができる。   In this example, nickel element was introduced by applying an aqueous solution of nickel acetate containing nickel of 10 ppm (weight conversion) to the surface of the base film, and an amorphous silicon film was formed on this surface. Other steps were performed in the same manner as in Example 28, and as shown in FIG. 32E, a crystalline silicon film 173 with a reduced nickel content was obtained. As a method for introducing a metal element that promotes crystallization of silicon, a sputtering method, a CVD method, a plasma treatment, and an adsorption method can be used in addition to the method using the above solution.

《実施例36》
本実施例36は、図33(E)の状態、または図34(A)の状態、または図35(A)の状態においてレーザー光の照射を行い、得られた結晶性珪素膜からなる島状のパターンの結晶性を向上させた例である。本実施例においては、図33(E)、図34(A)、図35(A)の状態においてレーザー光を照射することにより、比較的低い照射エネルギー密度でもって、所定のアニール効果を得ることができた。この効果は、小さい面積の箇所にレーザーエネルギーが照射されることから、アニールに利用されるエネルギー効率が高まるためであると考えられる。
Example 36
In this Example 36, an island shape made of a crystalline silicon film obtained by irradiating laser light in the state of FIG. 33 (E), FIG. 34 (A), or FIG. 35 (A). This is an example in which the crystallinity of the pattern is improved. In this embodiment, a predetermined annealing effect can be obtained with a relatively low irradiation energy density by irradiating laser light in the states of FIGS. 33 (E), 34 (A), and 35 (A). I was able to. This effect is considered to be because energy efficiency used for annealing is increased because laser energy is irradiated to a small area.

《実施例37》
本実施例37は、レーザー光の照射によるアニール効果を高めるために、薄膜トランジスタの活性層のパターニングに工夫を凝らした例である。図37に本実施例における薄膜トランジスタの作製工程を示す。
Example 37
In this example 37, the patterning of the active layer of the thin film transistor was devised in order to enhance the annealing effect by laser light irradiation. FIG. 37 shows a manufacturing process of a thin film transistor in this example.

まず、コーニング1737ガラス基板250上に、下地膜として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜251を成膜した。次に、非晶質珪素膜を500オングストロームの厚さに成膜した。この成膜には減圧熱CVD法を用いた。なお、この非晶質珪素膜は、下記の結晶化工程を経て結晶性珪素膜252となる。   First, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film 251 was formed as a base film on a Corning 1737 glass substrate 250. Next, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 500 angstroms. A low pressure thermal CVD method was used for this film formation. This amorphous silicon film becomes a crystalline silicon film 252 through the following crystallization process.

次に、実施例28(図32参照)及び実施例29(図33参照)に示した方法により、それぞれ、非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得た。こうして図37(A)に示す状態を得た。その後、実施例28及び実施例29に示す工程に従って、それぞれガラス基板上に結晶性珪素膜252を形成した。即ち、ニッケル元素を利用した加熱処理により、非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜252を得た。この処理は温度620℃、4時間の加熱処理によって実施した。以降の工程は、実施例28及び実施例29の何れの工程による結晶性珪素膜についても同じである。   Next, the amorphous silicon film was crystallized by the methods shown in Example 28 (see FIG. 32) and Example 29 (see FIG. 33), respectively, to obtain a crystalline silicon film. In this way, the state shown in FIG. Then, according to the process shown in Example 28 and Example 29, the crystalline silicon film 252 was formed on the glass substrate, respectively. That is, the amorphous silicon film was crystallized by heat treatment using nickel element, and a crystalline silicon film 252 was obtained. This treatment was performed by heat treatment at a temperature of 620 ° C. for 4 hours. The subsequent steps are the same for the crystalline silicon film formed by any of the steps of Example 28 and Example 29.

結晶性珪素膜を得た後、薄膜トランジスタの活性層を構成するためのパターン253を形成した。この場合、このパターンの断面形状を図37(B)の254で示すような形状とした。パターン253をそのような形状254に形成するのは、後のレーザー光の照射による処理工程において、パターンの形状が変形することを抑制するためである。   After obtaining the crystalline silicon film, a pattern 253 for forming an active layer of the thin film transistor was formed. In this case, the cross-sectional shape of this pattern was a shape as indicated by 254 in FIG. The reason why the pattern 253 is formed in such a shape 254 is to prevent the shape of the pattern from being deformed in a subsequent process step by laser light irradiation.

一般に、図38(A)に示すような基体257上に形成された通常の島状の珪素膜からなるパターン258に対してレーザー光を照射した場合、図38(B)に示すように、レーザー光の照射後のパターン259の縁の部分に凸部260が形成されてしまう。これは、照射されたレーザー光のエネルギーが、熱の逃げ場がないパターンの縁の部分に集中するために起こるものと考えられる。   In general, when a laser beam is applied to a pattern 258 made of a normal island-shaped silicon film formed on a base 257 as shown in FIG. 38A, a laser beam as shown in FIG. The convex part 260 will be formed in the edge part of the pattern 259 after light irradiation. This is considered to occur because the energy of the irradiated laser beam is concentrated on the edge portion of the pattern where there is no heat escape.

上記現象は、後に薄膜トランジスタを構成する配線の不良や薄膜トランジスタの動作不良の要因となる。そこで、本実施例に示す構成においては、活性層のパターン253を図37(B)に示すような断面形状とした。このような構成とすることで、レーザー光の照射に際して、珪素膜のパターンが図38(B)に示すような形状になってしまうことを抑制することができる。   The above phenomenon becomes a cause of a defect in wiring that later constitutes the thin film transistor and a malfunction of the thin film transistor. Therefore, in the configuration shown in this example, the active layer pattern 253 has a cross-sectional shape as shown in FIG. With such a structure, the pattern of the silicon film can be prevented from having a shape as illustrated in FIG.

ここで、符号254で示される部分の角度を、下地膜251の面に対して、20°〜50°にすることが好ましい。符号254で示される部分の角度を20°を下回るようにすることは、活性層の占有面積の増加や形成の困難性が大きくなるので好ましくない。また、符号254で示される部分の角度を50°を超えるようにすると、図38(B)で示される形状が形成されてしまうことを抑制する効果が低下するので、やはり好ましくない。   Here, it is preferable that the angle of the portion indicated by reference numeral 254 is 20 ° to 50 ° with respect to the surface of the base film 251. It is not preferable to set the angle of the portion indicated by reference numeral 254 to be less than 20 ° because an increase in the area occupied by the active layer and difficulty in formation are increased. In addition, if the angle of the portion indicated by reference numeral 254 exceeds 50 °, the effect of suppressing the formation of the shape shown in FIG.

符号253で示されるようなパターンは、パターニングの際に等方性のドライエッチングを利用し、このドライエッチング条件を制御することにより実現することができる。次に、図37(B)の253で示される形状のパターン(これは後に活性層となる)を得た後、図37(C)に示すようにレーザー光の照射を行った。この工程において、パターン253中に局所的に固まって存在しているニッケル元素を拡散させることができる。またその結晶性を助長させることができる。   A pattern as indicated by reference numeral 253 can be realized by utilizing isotropic dry etching at the time of patterning and controlling the dry etching conditions. Next, after obtaining a pattern having a shape indicated by 253 in FIG. 37B (which will later become an active layer), irradiation with laser light was performed as shown in FIG. In this step, the nickel element that is locally solidified in the pattern 253 can be diffused. Further, the crystallinity can be promoted.

上記レーザー光の照射後、HClを3容量%含有させた酸素雰囲気中で加熱処理を行い、熱酸化膜255を形成した。ここでは、HClを3容量%含んだ温度650℃の酸素雰囲気中において12時間の加熱処理を行うことにより、100オングストロームの熱酸化膜を形成した。この熱酸化膜には、塩素の作用によって、パターン253中に含まれているニッケル元素がゲッタリングされる。この際、前の工程であるレーザー光の照射によって、ニッケル元素の固まりが破壊され、拡散されているので、ニッケル元素のゲッタリングが効果的に行われる。   After the laser light irradiation, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere containing 3% by volume of HCl to form a thermal oxide film 255. Here, a thermal oxide film of 100 angstroms was formed by performing a heat treatment for 12 hours in an oxygen atmosphere containing 3% by volume of HCl at a temperature of 650 ° C. This thermal oxide film is gettered with the nickel element contained in the pattern 253 by the action of chlorine. At this time, since the mass of the nickel element is destroyed and diffused by the laser beam irradiation in the previous step, gettering of the nickel element is effectively performed.

また、本実施例に示す構成を採用した場合、パターン253の側面からのゲッタリングも行われる。このことは、最終的に完成する薄膜トランシスタのOFF電流特性や信頼性を高める上で有用なものとなる。これは、活性層の側面に存在するニッケル元素を代表とする珪素の結晶化を助長する金属元素の存在が、OFF電流の増大や特性の不安定性に大きく関係するからである。   Further, when the configuration shown in this embodiment is adopted, gettering from the side surface of the pattern 253 is also performed. This is useful in improving the OFF current characteristics and reliability of the finally completed thin film transistor. This is because the presence of a metal element that promotes crystallization of silicon represented by nickel element present on the side surface of the active layer is greatly related to an increase in OFF current and instability of characteristics.

図37(D)に示すゲッタリング用の熱酸化膜255を形成した後、この熱酸化膜255を除去した。こうして図37(E)に示す状態を得た。なお、下地膜251として酸化珪素膜を採用した場合、この熱酸化膜255の除去工程において、酸化珪素膜251がエッチングされてしまうことが懸念される。しかし、本実施例に示すように熱酸化膜255の膜厚が100オングストローム程度と薄い場合は、そのことは大して問題とはならない。   After the gettering thermal oxide film 255 shown in FIG. 37D was formed, the thermal oxide film 255 was removed. In this way, the state shown in FIG. Note that, when a silicon oxide film is employed as the base film 251, there is a concern that the silicon oxide film 251 is etched in the removal process of the thermal oxide film 255. However, when the thickness of the thermal oxide film 255 is as thin as about 100 Å as shown in this embodiment, this is not a big problem.

図37(E)に示す状態を得た後、新たな熱酸化膜256を形成した。この熱酸化膜は、酸素100%の雰囲気中での加熱処理により形成した。ここでは、温度650℃の該酸素雰囲気中での加熱処理によって熱酸化膜256を100オングストロームの厚さに形成した。この熱酸化膜256は、後のレーザー光の照射の際にパターン253の表面が荒れてしまうことを抑制することに効果がある。また、この熱酸化膜256は、後にゲイト絶縁膜の一部を構成する。   After obtaining the state shown in FIG. 37E, a new thermal oxide film 256 was formed. This thermal oxide film was formed by heat treatment in an atmosphere of 100% oxygen. Here, the thermal oxide film 256 is formed to a thickness of 100 Å by heat treatment in the oxygen atmosphere at a temperature of 650 ° C. This thermal oxide film 256 is effective in suppressing the surface of the pattern 253 from becoming rough during subsequent laser light irradiation. The thermal oxide film 256 later constitutes a part of the gate insulating film.

上記熱酸化膜256は、結晶性珪素膜253との間における界面特性が極めて良好であるので、ゲイト絶縁膜の一部として利用することは有用である。なお、熱酸化膜256を形成した後、再度のレーザー光の照射を行ってもよい。こうしてニッケル元素の濃度が減少され、また高い結晶性を有する結晶性珪素膜253が得られた。この後、図34又は図35に示すような工程を経ることによって、薄膜トランジスタを作製する。   Since the thermal oxide film 256 has very good interface characteristics with the crystalline silicon film 253, it is useful to use it as a part of the gate insulating film. Note that after the thermal oxide film 256 is formed, laser light irradiation may be performed again. In this way, the concentration of nickel element was reduced, and a crystalline silicon film 253 having high crystallinity was obtained. Thereafter, a thin film transistor is manufactured through a process as shown in FIG.

《実施例38》
本実施例38は、ガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を加える場合の工夫についての例である。本発明における珪素の結晶化を助長する金属元素のゲッタリング工程は、なるべく高い温度で行うことが好ましい。
Example 38
The present Example 38 is an example about the device in the case of applying heat treatment at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate. In the present invention, the metal element gettering step for promoting crystallization of silicon is preferably performed at a temperature as high as possible.

例えば、コーニング1737ガラス基板(歪点667℃)を用いた場合において、熱酸化膜の形成によるニッケル元素のゲッタリングを行う際の温度は、650℃より700℃の方がより高いゲッタリング作用を得ることができる。しかしコーニング1737ガラス基板を用いた場合に、熱酸化膜の形成のための加熱温度を700℃とすると、ガラス基板に変形が生じてしまう。   For example, when a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) is used, the temperature at which nickel element is gettered by forming a thermal oxide film is higher at 650 ° C. than at 650 ° C. Obtainable. However, when the Corning 1737 glass substrate is used and the heating temperature for forming the thermal oxide film is set to 700 ° C., the glass substrate is deformed.

本実施例は、この問題を解決した例である。即ち、本実施例に示す構成においては、ガラス基板を平坦性の保証された石英で構成された定盤上に配置し、この状態で加熱処理を行った。このようにすると、定盤の平坦性によって、軟化したガラス基板の平坦性もまた維持された。なお、冷却も定盤上にガラス基板を配置した状態で行うことが重要である。このような構成を採用することにより、ガラス基板の歪点以上の温度であっても加熱処理を施すことができる。   The present embodiment is an example in which this problem is solved. In other words, in the configuration shown in this example, the glass substrate was placed on a surface plate made of quartz with guaranteed flatness, and heat treatment was performed in this state. In this way, the flatness of the softened glass substrate was also maintained by the flatness of the surface plate. In addition, it is important to perform cooling in a state where a glass substrate is placed on a surface plate. By adopting such a configuration, heat treatment can be performed even at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate.

《実施例39》
本実施例39は、ガラス基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得た例である。本実施例では、まずニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得た後、レーザー光の照射を行った。このレーザー光の照射を行うことにより、膜の結晶性を高めるとともに、膜中に局所的に集中して存在しているニッケル元素を膜中に拡散させる。即ち、ニッケルの固まりを消滅させる。
Example 39
In Example 39, a crystalline silicon film was obtained on a glass substrate using nickel element. In this embodiment, first, a crystalline silicon film having high crystallinity is obtained by the action of nickel element, and then laser light irradiation is performed. By irradiating this laser light, the crystallinity of the film is enhanced and nickel elements present locally concentrated in the film are diffused in the film. That is, the nickel mass disappears.

そして、該結晶性珪素膜上に、酸化膜を熱酸化法によって形成した。この時、結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素が熱酸化膜中にゲッタリングされるが、ニッケル元素が上記レーザー光の照射によって分散して存在しているので、効果的にゲッタリングが進行する。次いで、このゲッタリングの結果、高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、ガラス基板上に高い結晶性を有していながら、かつニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜が得られた。   Then, an oxide film was formed on the crystalline silicon film by a thermal oxidation method. At this time, the nickel element remaining in the crystalline silicon film is gettered in the thermal oxide film. However, since the nickel element is dispersed by the irradiation of the laser beam, gettering proceeds effectively. To do. Next, as a result of the gettering, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed. By doing so, a crystalline silicon film having high crystallinity on the glass substrate and having a low nickel element concentration was obtained.

図39は、本実施例の作製工程を示す図である。まず、コーニング1737ガラス基板(歪点667℃)261上に、下地膜としての酸化窒化珪素膜262を3000オングストロームの厚さに成膜した。酸化窒化珪素膜の成膜は、原料ガスとしてシランとN2O ガスと酸素とを用いたプラズマCVD法を使用して行った。なお、これに代えてTEOSガスとN2O ガスとを用いたプラズマCVD法を用いてもよい。 FIG. 39 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a silicon oxynitride film 262 as a base film was formed to a thickness of 3000 angstrom on a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) 261. The silicon oxynitride film was formed using a plasma CVD method using silane, N 2 O gas, and oxygen as source gases. Instead of this, a plasma CVD method using TEOS gas and N 2 O gas may be used.

上記酸化窒化珪素膜は、後の工程においてガラス基板からの不純物(ガラス基板中には半導体の作製レベルで見て、多量の不純物が含まれている)の拡散を抑制する機能を有している。なお、この不純物の拡散を抑制する機能を最大限に得るためには、窒化珪素膜が最適である。しかし、窒化珪素膜は応力の関係でガラス基板からはがれてしまうので実用的ではない。また、下地膜として酸化珪素膜を用いることもできる。   The silicon oxynitride film has a function of suppressing diffusion of impurities from a glass substrate (a large amount of impurities are included in the glass substrate as viewed from the semiconductor manufacturing level) in a later step. . In order to obtain the maximum function of suppressing the diffusion of impurities, a silicon nitride film is optimal. However, the silicon nitride film is not practical because it peels off the glass substrate due to stress. A silicon oxide film can also be used as the base film.

また、下地膜262は、可能な限り、なるべく高い硬度とすることが重要なポイントとなる。これは最終的に得られた薄膜トランジスタの耐久試験において、下地膜の硬さが硬い方が(即ち、そのエッチングレートが小さい方が)信頼性が高いことから結論される。その理由は、薄膜トランジスタの作製工程中におけるガラス基板からの不純物の遮蔽効果によるものと考えられる。   In addition, it is important that the base film 262 have as high a hardness as possible. This is concluded in the durability test of the thin film transistor finally obtained because the harder the base film is harder (that is, the lower the etching rate), the higher the reliability. The reason is considered to be due to the shielding effect of impurities from the glass substrate during the manufacturing process of the thin film transistor.

また、この下地膜262中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を、ハロゲン元素によってゲッタリングすることができる。また、下地膜の成膜後に水素プラズマ処理を加えることは有効である。さらに、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。   In addition, it is effective to add a trace amount of a halogen element typified by chlorine in the base film 262. In this manner, in a later step, a metal element that promotes crystallization of silicon existing in the semiconductor layer can be gettered with a halogen element. It is also effective to add a hydrogen plasma treatment after forming the base film. Furthermore, it is effective to perform plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed. This is effective in removing the carbon component adsorbed on the surface of the base film and improving the interface characteristics with the semiconductor film to be formed later.

次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜263を500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法で成膜した。減圧熱CVD法を用いたのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからである。具体的には、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法を用いることができる。   Next, an amorphous silicon film 263, which later becomes a crystalline silicon film, was formed to a thickness of 500 angstrom by low pressure thermal CVD. The reason why the low pressure thermal CVD method is used is that the crystalline silicon film obtained later is superior in film quality. Specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method can be used.

ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。これは後の珪素の結晶化を助長する金属元素のゲッタリング工程において、酸素が重要な役割を果たすからである。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。また、他の不純物濃度、例えば、窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、2×1019cm-3以下の濃度とすることが必要である。 The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . This is because oxygen plays an important role in the subsequent gettering process of the metal element that promotes the crystallization of silicon. However, when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, care must be taken because crystallization of the amorphous silicon film is inhibited. Further, other impurity concentrations, for example, nitrogen and carbon impurity concentrations are preferably as low as possible. Specifically, the concentration needs to be 2 × 10 19 cm −3 or less.

非晶質珪素膜265の膜厚の上限は2000オングストローム程度である。これは、後のレーザー光の照射による効果を得るには、あまり厚い膜であると、不利であるからである。厚い膜が不利なのは、珪素膜に照射されるレーザー光の殆んどは、膜の表面において吸収されてしまうことに原因がある。なお、非晶質珪素膜263の膜厚の下限は、成膜方法の如何にもよるが、実用的には200オングストローム程度である。   The upper limit of the thickness of the amorphous silicon film 265 is about 2000 angstroms. This is because a film that is too thick is disadvantageous in order to obtain the effect of subsequent laser light irradiation. The disadvantage of the thick film is that most of the laser light applied to the silicon film is absorbed on the surface of the film. Note that the lower limit of the thickness of the amorphous silicon film 263 is practically about 200 Å, although it depends on the film forming method.

次に、非晶質珪素膜263を結晶化させるためにニッケル元素を導入した。ここでは、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜263の表面に塗布することによってニッケル元素を導入した。ニッケル元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらにはプラズマ処理や吸着法を用いることができる。このうち上記の溶液を用いる方法は、簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用である。   Next, nickel element was introduced to crystallize the amorphous silicon film 263. Here, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm (weight conversion) of nickel to the surface of the amorphous silicon film 263. As a method for introducing nickel element, in addition to the method using the above solution, a sputtering method, a CVD method, a plasma treatment or an adsorption method can be used. Of these, the method using the above solution is useful in that it is simple and the concentration of the metal element can be easily adjusted.

上記のようにニッケル酢酸塩水溶液を塗布することにより、図39(A)の264で示されるようにニッケル酢酸塩水溶液の水膜が形成された。この後、図示しないスピナーを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。このようにして、ニッケル元素が非晶質珪素膜263の表面に接して保持された状態とした。なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩溶液を用いる代わりに例えば硫酸ニッケルを用いることが好ましい。これは酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留することが懸念されるからである。ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル元素の濃度を調整することにより行うことができる。   By applying the nickel acetate aqueous solution as described above, a water film of the nickel acetate aqueous solution was formed as indicated by 264 in FIG. Thereafter, excess solution was blown off using a spinner (not shown). Thus, the nickel element was held in contact with the surface of the amorphous silicon film 263. In view of residual impurities in the subsequent heating step, for example, nickel sulfate is preferably used instead of the nickel acetate salt solution. This is because the nickel acetate salt solution contains carbon, which is feared to carbonize and remain in the film in the subsequent heating step. The amount of nickel element introduced can be adjusted by adjusting the concentration of nickel element in the solution.

そして、図39(B)に示す状態において、550℃〜650℃の温度での加熱処理を行い、非晶質珪素膜263を結晶化させ、結晶性珪素膜265を得た。この加熱処理は、還元雰囲気中で行った。この加熱処理の温度は、ガラス基板の歪点以下の温度で行うことが好ましい。コーニング1737ガラス基板の歪点は667℃であるので、この場合の加熱温度の上限は、余裕を見て650℃程度とすることが好ましい。   Then, in the state shown in FIG. 39B, heat treatment is performed at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. to crystallize the amorphous silicon film 263, so that a crystalline silicon film 265 is obtained. This heat treatment was performed in a reducing atmosphere. The temperature of the heat treatment is preferably performed at a temperature below the strain point of the glass substrate. Since the strain point of the Corning 1737 glass substrate is 667 ° C., the upper limit of the heating temperature in this case is preferably about 650 ° C. with a margin.

本実施例では、上記還元雰囲気を水素を3容量%含んだ窒素雰囲気とし、また加熱の温度を620℃とし、加熱時間を4時間とした。上記の加熱処理による結晶化工程において、雰囲気を還元雰囲気とするのは加熱処理工程中において酸化物が形成されてしまうことを防止するためである。具体的には、ニッケルと酸素とが反応して、NiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。 In this example, the reducing atmosphere was a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen, the heating temperature was 620 ° C., and the heating time was 4 hours. In the crystallization process by the heat treatment, the atmosphere is reduced to prevent an oxide from being formed during the heat treatment process. More specifically, the reaction with nickel and oxygen, because the NiO X is prevented from undesirably formed on the surface of the film or within the film.

なお、酸素は、後のゲッタリング工程において、ニッケルと結合し、ニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかし、上記結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要となる。   Note that oxygen is combined with nickel in a later gettering step and contributes greatly to the gettering of nickel. However, it has been found that the combination of oxygen and nickel in the crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization process by heating, it is important to suppress the formation of oxide as much as possible.

そこで、上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度は、ppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。また、上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素以外にアルゴン等の不活性ガス、或いはそれらの混合ガスを利用することができる。   Therefore, the oxygen concentration in the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed needs to be on the order of ppm, preferably 1 ppm or less. Moreover, as gas which occupies most of the atmosphere which performs the heat processing for said crystallization, inert gas, such as argon other than nitrogen, or those mixed gas can be utilized.

上記の加熱処理による結晶化工程の後においては、ニッケル元素がある程度の固まりで残存している。このことは、TEM(透過型電子顕微鏡)による観察から確認された。当該ニッケルがある程度の固まりで存在しているという事実の原因は明らかではないが、何らかの結晶化のメカニズムと関係しているものと考えられる。   After the crystallization step by the heat treatment, nickel element remains in a certain amount of mass. This was confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope). The cause of the fact that the nickel is present in a certain amount of mass is not clear, but is thought to be related to some crystallization mechanism.

次に、図39(C)に示すようにレーザー光の照射を行った。ここでは、KrFエキシマレーザー(波長248nm)を用い、レーザー光のビーム形状を線状としたものを走査しながら照射する方法を採用した。このレーザー光の照射を行うことにより、前述の加熱処理による結晶化の結果、膜265中に局所的に集中していたニッケル元素がある程度分散する。即ち、ニッケル元素の固まりを消滅させ、ニッケル元素を膜265中に分散させることができる。   Next, laser light irradiation was performed as shown in FIG. Here, a method of using a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and irradiating while scanning a linear laser beam shape was adopted. By this laser light irradiation, nickel elements that have been locally concentrated in the film 265 are dispersed to some extent as a result of the crystallization by the heat treatment described above. That is, the mass of nickel element can be eliminated and the nickel element can be dispersed in the film 265.

次に、図39(D)に示すように、再度の加熱処理を行った。この加熱処理はニッケル元素をゲッタリングするための熱酸化膜を形成するために行われる。ここでは100%の酸素雰囲気中で温度640℃の加熱処理を12時間行った。この工程の結果、熱酸化膜が100オングストロームの厚さに成膜された。   Next, heat treatment was performed again as illustrated in FIG. This heat treatment is performed to form a thermal oxide film for gettering the nickel element. Here, heat treatment at a temperature of 640 ° C. was performed in a 100% oxygen atmosphere for 12 hours. As a result of this step, a thermal oxide film was formed to a thickness of 100 Å.

この工程は、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素(その他の珪素の結晶化を助長する金属元素についても同じ)を結晶性珪素膜265中から除去するための工程である。この加熱処理は、前述の結晶化を行うために実施した加熱処理よりも高い温度で行うが、これは、ニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うために重要な条件である。なお、結晶化を行うために実施した加熱処理温度と同等又はそれ以下の温度でも行えるが、効果が少ない。   This step is a step for removing nickel element intentionally mixed in the initial stage for crystallization (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon) from the crystalline silicon film 265. It is. This heat treatment is performed at a temperature higher than that of the heat treatment performed for the above-described crystallization, which is an important condition for effectively performing gettering of nickel element. Note that although it can be performed at a temperature equal to or lower than the heat treatment temperature performed for crystallization, the effect is small.

この加熱処理は、上記の条件を満たした上で、600℃〜750℃の温度で行う。この工程におけるニッケル元素のゲッタリング効果は、600℃より高い温度とした場合に顕著に得ることができる。この工程において、前述のレーザー光の照射によって分散されたニッケル元素が効果的に酸化膜中にゲッタリングされていく。なお、この加熱処理温度の上限は、使用するガラス基板の歪点によって制限される。   This heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. to 750 ° C. after satisfying the above conditions. The gettering effect of nickel element in this step can be remarkably obtained when the temperature is higher than 600 ° C. In this step, the nickel element dispersed by the laser beam irradiation is effectively gettered into the oxide film. In addition, the upper limit of this heat processing temperature is restrict | limited by the strain point of the glass substrate to be used.

使用するガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変形するので注意が必要である。なお、この点前記《実施例38》の箇所で述べたように、ガラス基板を、平坦性が保証された、例えば石英で構成された定盤上に配置し、この状態で加熱処理を行うことにより、使用するガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理することができる。   When heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate to be used, care must be taken because the substrate is deformed. In this regard, as described in the section << Example 38 >>, the glass substrate is placed on a surface plate made of quartz, for example, which is guaranteed flatness, and heat treatment is performed in this state. Thus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate used.

熱酸化膜266が形成されることで、結晶性珪素膜263の膜厚は約450オングストローム程度となる。この加熱処理においては、加熱温度が600℃〜750℃の場合は、処理時間(加熱時間)を10時間〜48時間、代表的には24時間とする。勿論この処理時間は、得ようとする酸化膜の膜厚によって適時設定を行えばよい。またこのゲッタリングにおいては、結晶性珪素膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッケルの形でニッケル元素のゲッタリングが進行する。   By forming the thermal oxide film 266, the thickness of the crystalline silicon film 263 becomes about 450 angstroms. In this heat treatment, when the heating temperature is 600 ° C. to 750 ° C., the treatment time (heating time) is 10 hours to 48 hours, typically 24 hours. Of course, this processing time may be set as appropriate depending on the thickness of the oxide film to be obtained. In this gettering, oxygen present in the crystalline silicon film plays an important role. That is, gettering of nickel element proceeds in the form of nickel oxide formed by combining oxygen and nickel.

前述したように、酸素は、その濃度が多過ぎると、図39(B)に示す結晶化工程において、非晶質珪素膜263の結晶化を阻害する要素となる。しかし、上述のように、その存在はニッケルのゲッタリング過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜となる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要なものとなる。また上記の工程においては、形成される酸化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化膜中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高くなる。   As described above, when the concentration of oxygen is excessive, it becomes a factor that inhibits crystallization of the amorphous silicon film 263 in the crystallization step shown in FIG. However, as mentioned above, its presence plays an important role in the nickel gettering process. Therefore, it is important to control the concentration of oxygen present in the amorphous silicon film as the starting film. In the above process, since nickel element is gettered in the oxide film to be formed, the nickel concentration in the oxide film is naturally higher than that in other regions.

また、珪素膜265と熱酸化膜266との熱酸化膜266側の界面近傍において、ニッケル元素が高くなる傾向が観察された。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。また、界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在が要因であると考えられる。   Further, a tendency for nickel element to increase was observed in the vicinity of the interface between the silicon film 265 and the thermal oxide film 266 on the thermal oxide film 266 side. This is considered to be because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the silicon film and the oxide film. In addition, it is considered that the gettering progresses in the vicinity of the interface due to the presence of stress and defects near the interface.

次いで、ニッケルを高濃度に含んだ酸化膜266を除去した。この酸化膜266の除去はバッファーフッ酸(その他フッ酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングやドライエッチングを用いて行うが、ここではバッファーフッ酸を用いたウェットエッチングで実施した。こうして図39(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減させた結晶性珪素膜267を得ることができた。   Next, the oxide film 266 containing nickel at a high concentration was removed. The removal of the oxide film 266 is performed by wet etching using buffer hydrofluoric acid (other hydrofluoric acid-based etchants) or dry etching. Here, wet etching using buffer hydrofluoric acid is performed. Thus, as shown in FIG. 39E, a crystalline silicon film 267 with a reduced concentration of nickel contained was obtained.

また、得られた結晶性珪素膜267の表面近傍には、比較的ニッケル元素が高濃度に含まれるので、上記の酸化膜266のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜267の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。また、熱酸化膜266を除去した後に、再びレーザー光を照射して、得られた結晶性珪素膜267の結晶性をさらに助長することは有効である。   In addition, since the nickel element is contained in a relatively high concentration near the surface of the obtained crystalline silicon film 267, the etching of the oxide film 266 is further advanced to slightly exceed the surface of the crystalline silicon film 267. Etching is effective. It is also effective to further promote the crystallinity of the obtained crystalline silicon film 267 by irradiating the laser beam again after removing the thermal oxide film 266.

即ち、ニッケル元素のゲッタリングが行われた後に再度のレーザー光の照射を行うことは有効である。そこで本実施例においては、レーザー光としてKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用いて実施した。レーザー光としては、XeClエキシマレーザー(波長308nm)やその他の種類のエキシマレーザーを用いるのでもよい。またレーザー光ではなく、例えば紫外線や赤外線の照射を行う構成としてもよい。   That is, it is effective to perform laser light irradiation again after gettering of the nickel element. Therefore, in this example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was used as the laser light. As the laser light, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) or other types of excimer lasers may be used. Moreover, it is good also as a structure which irradiates with an ultraviolet-ray and infrared rays instead of a laser beam.

《実施例40》
本実施例40は、実施例39に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。この場合、Cuを導入するための溶液として、酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2O) 等を用いればよい。本実施例では塩化第2銅(CuCl2 2H2O)を使用し、その他は実施例39と様にして、図39(E)に示すように、含有銅濃度を低減させた結晶性珪素膜267を得ることができた。
<< Example 40 >>
This Example 40 is an example in which Cu is used as the metal element for promoting crystallization of silicon in the configuration shown in Example 39. In this case, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ], cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), or the like may be used as a solution for introducing Cu. In this embodiment, cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O) is used, and the others are the same as in Embodiment 39, as shown in FIG. 267 could be obtained.

《実施例41》
本実施例41は、実施例39とは異なる形態の結晶成長を行わせた例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。図40に本実施例の作製工程を示す。
<< Example 41 >>
Example 41 is an example in which crystal growth of a form different from Example 39 was performed. This embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to the substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 40 shows a manufacturing process of this example.

まず、コーニング1737ガラス基板268上に、下地膜269として酸化窒化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。なお、該ガラス基板に代えて石英基板等でもよい。次に、結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜270を減圧熱CVD法により、600オングストロームの厚さに成膜した。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したように2000オングストローム以下とすることが好ましい。なお、該減圧熱CVD法の代わりにプラズマCVD法を用いてもよい。   First, a silicon oxynitride film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 269 on a Corning 1737 glass substrate 268. Note that a quartz substrate or the like may be used instead of the glass substrate. Next, an amorphous silicon film 270 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 600 angstroms by low pressure thermal CVD. As described above, the thickness of the amorphous silicon film is preferably 2000 angstroms or less. Note that a plasma CVD method may be used instead of the low pressure thermal CVD method.

次に、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号271で示されるマスクを形成した。このマスクは符号272で示される領域に開口が形成されている。この開口272が形成されている領域においては、非晶質珪素膜270が露呈している。開口272は、図面の奥行から手前方向に長手方向の細長い長方形を有している。この開口272の幅は20μm以上とするのが適当であり、その長手方向の長さは必要とする長さで形成すればよいが、本実施例ではその幅は35μm、長さ2cmとした。   Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 271. This mask has an opening in a region indicated by reference numeral 272. In the region where the opening 272 is formed, the amorphous silicon film 270 is exposed. The opening 272 has an elongated rectangular shape in the longitudinal direction from the depth of the drawing toward the front. The width of the opening 272 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be formed as required. In this embodiment, the width is 35 μm and the length is 2 cm.

次いで、実施例40で示したと同様に、重量換算で10ppmのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル水溶液を塗布した。そして、図示しないスピナーを用いてスピンドライを行い、余分な溶液を除去した。こうしてニッケル元素が図40(A)の点線273で示されるように、非晶質珪素膜270の露呈した表面に接して保持された状態が実現された。   Next, as shown in Example 40, a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm of nickel element in terms of weight was applied. Then, spin drying was performed using a spinner (not shown) to remove excess solution. Thus, a state in which the nickel element was held in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 270 was realized as indicated by a dotted line 273 in FIG.

次に、水素を3容量%含有した、極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度640℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図40(B)の274で示されるような基板268に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長はニッケル元素が導入された開口272の領域から周囲に向かって進行する。なおこの基板に平行な方向への結晶成長を、本明細書中、横成長又はラテラル成長と指称する。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 640 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate 268 as indicated by 274 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 272 into which nickel element is introduced toward the periphery. The crystal growth in the direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例に示すような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜275が得られた。なお、開口272が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長とよばれる垂直方向への結晶成長が進行する。   Under the conditions as shown in this embodiment, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a silicon film 275 having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 272 is formed, crystal growth in a vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface.

次いで、ニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜からなるマスク271を除去し、図40(C)に示す状態を得た。この状態では、珪素膜275中には、縦成長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域(非晶質状態)が存在している。またこの状態においては、ニッケル元素が膜中に偏在している。特に、開口272が形成されていた領域と、274で示される結晶成長の先端部分においては、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。   Next, the mask 271 made of a silicon oxide film for selectively introducing nickel element was removed to obtain the state shown in FIG. In this state, the silicon film 275 includes a vertical growth region, a lateral growth region, and a region (amorphous state) where crystal growth has not been achieved. In this state, nickel element is unevenly distributed in the film. In particular, the nickel element is present at a relatively high concentration in the region where the opening 272 is formed and the tip portion of the crystal growth indicated by 274.

次いで、レーザー光の照射を行った。ここでは実施例39の場合と同様に、KrFエキシマレーザーの照射を行い、偏在したニッケル元素を拡散させ、後のゲッタリング工程においてゲッタリングを行い易い状態とした。レーザー光の照射を終了した後、酸素100%の雰囲気中において、温度650℃の加熱処理を12時間実施した。   Next, laser light irradiation was performed. Here, in the same manner as in Example 39, irradiation with KrF excimer laser was performed to diffuse the unevenly distributed nickel element so that gettering can be easily performed in the subsequent gettering step. After the laser light irradiation was completed, heat treatment at a temperature of 650 ° C. was performed for 12 hours in an atmosphere of 100% oxygen.

この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜276が形成され、そして、同時に結晶性珪素膜275中のニッケル元素濃度を相対的に減少させることができる。本実施例では、符号276で示される熱酸化膜を100オングストロームの厚さに成膜した。この熱酸化膜中には、その成膜によってゲッタリングされたニッケル元素が高濃度に含まれている。   In this step, an oxide film 276 containing nickel element at a high concentration is formed, and at the same time, the nickel element concentration in the crystalline silicon film 275 can be relatively reduced. In this embodiment, a thermal oxide film indicated by reference numeral 276 is formed to a thickness of 100 angstroms. The thermal oxide film contains a high concentration of nickel element gettered by the film formation.

また、熱酸化膜276が成膜されることで、結晶性珪素膜275は500オングストローム程度の膜厚となる。次いで、ニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜276を除去した。この状態の結晶性珪素膜においては、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって高濃度に存在するような濃度分布を有している。この状態は、熱酸化膜276の形成の際に、熱酸化膜にニッケル元素がゲッタリングされて行ったことに起因している。   Further, since the thermal oxide film 276 is formed, the crystalline silicon film 275 has a thickness of about 500 angstroms. Next, the thermal oxide film 276 containing nickel element at a high concentration was removed. The crystalline silicon film in this state has a concentration distribution such that nickel element exists at a high concentration toward the surface of the crystalline silicon film. This state is due to the fact that nickel element is gettered into the thermal oxide film when the thermal oxide film 276 is formed.

従って、この熱酸化膜276を除去した後に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、このニッケル元素が高濃度に存在している領域を除去することは有用である。即ち、高濃度にニッケル元素が存在している結晶性珪素膜の表面をエッチングすることで、よりニッケル元素濃度を低減させた結晶性珪素膜を得ることができる。ただし、この場合、最終的に得られる結晶性珪素膜の膜厚を考慮することが必要である。   Therefore, after removing the thermal oxide film 276, it is useful to further etch the surface of the crystalline silicon film to remove the region where the nickel element is present at a high concentration. That is, by etching the surface of the crystalline silicon film in which nickel element is present at a high concentration, a crystalline silicon film having a further reduced nickel element concentration can be obtained. However, in this case, it is necessary to consider the film thickness of the finally obtained crystalline silicon film.

次に、パターニングを行うことにより、横成長領域からなるパターン277を形成した。このようにして、横成長領域からなるパターン277中に残留するニッケル元素の濃度を、実施例39で示した場合に比較して、さらに低いものとすることができる。これは横成長領域中に含まれる金属元素の濃度がそもそも低いことにも起因する。具体的には、横成長領域からなるパターン277中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。 Next, by patterning, a pattern 277 composed of a lateral growth region was formed. In this manner, the concentration of nickel element remaining in the pattern 277 made of the lateral growth region can be made lower than that in the case of the embodiment 39. This is also caused by the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Specifically, the concentration of nickel element in the pattern 277 made of the lateral growth region can be easily set to an order of 10 17 cm −3 or less.

また、横成長領域を利用して薄膜トランジスタを形成した場合、実施例39に示したような縦成長(実施例39の場合は全面が縦成長する)領域を利用した場合に比較して、より高移動度を有する半導体装置を得ることができる。なお、図40(E)に示すパターンを形成した後に、さらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在しているニッケル元素を除去することは有用である。   Further, when the thin film transistor is formed by using the lateral growth region, it is higher than that in the case of using the vertical growth region as shown in Example 39 (in the case of Example 39, the entire surface grows vertically). A semiconductor device having mobility can be obtained. Note that it is useful to remove the nickel element existing on the pattern surface by further performing an etching process after forming the pattern shown in FIG.

上記のようにしてパターン277を形成した後、熱酸化膜278を形成した。この熱酸化膜278の形成は、温度650℃の酸素雰囲気中での加熱処理を12時間行うことにより、100オングストロームの厚さに成膜した。この熱酸化膜は、薄膜トランジスタを構成するのであれば、後にゲイト絶縁膜の一部となる。また、その後、薄膜トランジスタを作製するのであれば、熱酸化膜278を覆って、さらにプラズマCVD法等で酸化珪素膜を成膜し、熱酸化膜278と合わせてゲイト絶縁膜を形成する。   After forming the pattern 277 as described above, a thermal oxide film 278 was formed. The thermal oxide film 278 was formed to a thickness of 100 Å by performing heat treatment in an oxygen atmosphere at a temperature of 650 ° C. for 12 hours. If this thermal oxide film constitutes a thin film transistor, it becomes a part of the gate insulating film later. Then, if a thin film transistor is to be manufactured, a silicon oxide film is formed by plasma CVD or the like so as to cover the thermal oxide film 278, and a gate insulating film is formed together with the thermal oxide film 278.

《実施例42》
本実施例42は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製する例である。図41は本実施例の作製工程を示す図である。
<< Example 42 >>
This embodiment 42 is an example of manufacturing a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device. FIG. 41 is a diagram showing a manufacturing process of this example.

まず、実施例39及び実施例41に示した工程により、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。それ以降の工程は両者ともに同じであるので、以下実施例39に示した構成で結晶性珪素膜を得た場合について記載する。該結晶性珪素膜をパターニングすることにより、図41(A)に示す状態を得た。この状態において、280がガラス基板、281が下地膜、282が結晶性珪素膜で構成された活性層である。図41(A)に示す状態を得た後、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を施した。このプラズマは、高周波放電によって生成させた。   First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 39 and Example 41. Since the subsequent steps are the same for both, a case where a crystalline silicon film is obtained with the structure shown in Example 39 will be described below. The crystalline silicon film was patterned to obtain the state shown in FIG. In this state, 280 is a glass substrate, 281 is a base film, and 282 is an active layer composed of a crystalline silicon film. After obtaining the state shown in FIG. 41A, plasma treatment was performed in a reduced pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was generated by high frequency discharge.

このプラズマ処理によって、活性層282の露呈した表面に存在している有機物が除去される。正確には酸素プラズマによって活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマによって、該酸化した有機物が還元、気化される。こうして活性層282の露呈した表面に存在する有機物が除去される。この有機物の除去は、活性層282の表面における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果がある。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであり、その存在を少なくすることは非常に有用である。   By this plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 282 are removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by oxygen plasma, and the oxidized organic substance is reduced and vaporized by hydrogen plasma. In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 282 are removed. This removal of organic substances is very effective in suppressing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 282. Fixed charges resulting from the presence of organic substances hinder the operation of the device and cause instability of characteristics, and it is very useful to reduce the presence thereof.

上記有機物の除去を行った後、温度640℃の酸素雰囲気中において熱酸化を行って100オングストロームの熱酸化膜279を形成した。この熱酸化膜は、半導体層との界面特性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとなる。こうして図41(A)に示す状態を得た。その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜283を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法としては、酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法やTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法等を用いるが、本実施例では酸素とシランとN2O との混合ガスを用いた。 After removing the organic matter, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 640 ° C. to form a thermal oxide film 279 having a thickness of 100 Å. This thermal oxide film has high interface characteristics with the semiconductor layer, and will later constitute a part of the gate insulating film. In this way, the state shown in FIG. Thereafter, a silicon oxynitride film 283 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O, a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O, or the like is used. A mixed gas of silane and N 2 O was used.

この酸化窒化珪素膜283は、熱酸化膜279と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。また、酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することで、活性層中に存在するニッケル元素(他の珪素の結晶化を助長する金属元素についても同じ)の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを防ぐことができる。   This silicon oxynitride film 283 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 279. In addition, it is effective to include a halogen element in the silicon oxynitride film. That is, by fixing the nickel element by the action of the halogen element, the insulating film of the gate insulating film is affected by the nickel element existing in the active layer (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon). It is possible to prevent the function as a deterioration.

上記膜を酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しにくくなるという有意性がある。ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入(侵入)すると、絶縁膜としての機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となる。なお、ゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。   The use of a silicon oxynitride film as the above film has a significance that a metal element hardly enters the gate insulating film because of its dense film quality. When a metal element enters (penetrates) into the gate insulating film, the function as the insulating film is reduced, which causes instability and variations in characteristics of the thin film transistor. Note that a commonly used silicon oxide film can also be used as the gate insulating film.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜283を成膜した後、後にゲイト電極として機能するアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜(図示せず、後述パターニング後、パターン284となる)中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここでヒロックやウィスカーとは、加熱が行われることによって、アルミニウムの異常成長が発生し、針状或いは刺状の突起部が形成されてしまうことを意味する。   After forming the silicon oxynitride film 283 that functions as a gate insulating film, an aluminum film that functions as a gate electrode later was formed by a sputtering method. In this aluminum film (not shown, the pattern 284 is formed after patterning described later), 0.2% by weight of scandium was contained. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean that abnormal heating of aluminum occurs when heating is performed, and needle-like or stab-like protrusions are formed.

上記アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。   After the aluminum film was formed, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次いでレジストマスク285を形成した後、アルミニウム膜を284で示されるパターンにパターニングした。こうして図41(B)に示す状態を得た。ここで再度の陽極酸化を行った。本実施例では、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン284を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号287で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, after a resist mask 285 was formed, the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 284. In this way, the state shown in FIG. Here, anodic oxidation was performed again. In this example, a 3% by weight oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 287 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 284 as an anode.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク285が存在する関係で、アルミニウムパターン284の側面に選択的に陽極酸化膜287が形成される。この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化の時間によって制御することができる。   In this step, an anodic oxide film 287 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern 284 because the resist mask 285 having high adhesion exists on the upper portion. This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク285を除去した後、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行った。すると、多孔質状の陽極酸化膜287中に電解溶液が進入する関係から、符号288で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この緻密な陽極酸化膜288の膜厚は1000オングストロームとした。この膜厚の制御は印加電圧を調整して行った。   Next, after removing the resist mask 285, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 288 because the electrolytic solution enters the porous anodic oxide film 287. The film thickness of this dense anodic oxide film 288 was 1000 angstroms. The film thickness was controlled by adjusting the applied voltage.

ここで、露呈した酸化窒化珪素膜283と熱酸化膜279をエッチングした。このエッチングにはドライエッチングを利用した。次いで、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸液を用いて多孔質状の陽極酸化膜287を除去した。こうして図41(D)に示す状態を得た後、不純物イオンの注入を行った。ここでは、Nチャネル型の薄膜トランジスタを作製するために、P(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法で行った。この工程においては、ヘビードープがされる290及び294の領域とライトドープがされる291及び293の領域が形成される。このように形成されるのは、残存した酸化珪素膜289の一部が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。   Here, the exposed silicon oxynitride film 283 and the thermal oxide film 279 were etched. Dry etching was used for this etching. Next, the porous anodic oxide film 287 was removed using a mixed acid solution in which acetic acid, nitric acid and phosphoric acid were mixed. After obtaining the state shown in FIG. 41D in this way, impurity ions were implanted. Here, in order to manufacture an N-channel thin film transistor, P (phosphorus) ions are implanted by a plasma doping method. In this step, regions 290 and 294 that are heavily doped and regions 291 and 293 that are lightly doped are formed. The reason why it is formed in this way is that a part of the remaining silicon oxide film 289 functions as a semi-transmissive mask, and a part of the implanted ions is shielded there.

次に、レーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行うが、ここでは赤外線ランプで実施した。こうしてソース領域290、チャネル形成領域292、ドレイン領域294、低濃度不純物領域291と293が自己整合的に形成された。ここで、符号293で示されるのがLDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions have been implanted is activated by irradiating laser light or strong light. Here, an infrared lamp is used. Thus, the source region 290, the channel formation region 292, the drain region 294, and the low-concentration impurity regions 291 and 293 are formed in a self-aligned manner. Here, what is denoted by reference numeral 293 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

なお、緻密な陽極酸化膜288の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域292の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例においてもオフセットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので、図中には記載していない。   When the film thickness of the dense anodic oxide film 288 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 292 with the film thickness. In this embodiment, the offset gate region is formed, but since the size thereof is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in the drawing.

次に、層間絶縁膜295として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。ここでは窒化珪素膜を形成した。層間絶縁膜295は、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース電極296とドレイン電極297を形成した。こうして図39(E)に示す薄膜トランジスタを完成させた。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 295. Here, a silicon nitride film was formed. The interlayer insulating film 295 may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Further, contact holes were formed, and a source electrode 296 and a drain electrode 297 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 39E was completed.

《実施例43》
本実施例43は、実際例42に示す構成において、ゲイト絶縁膜283の形成方法に関する。基板として石英基板や耐熱性の高いガラス基板を用いた場合、ゲイト絶縁膜の形成方法として、熱酸化法を用いることができる。本実施例では、ゲイト絶縁膜283の形成に熱酸化法を用い、他の工程は実施例42と同様にして、図41(E)に示す構造の薄膜トランジスタを得た。
Example 43
This example 43 relates to a method of forming the gate insulating film 283 in the configuration shown in the actual example 42. When a quartz substrate or a glass substrate having high heat resistance is used as the substrate, a thermal oxidation method can be used as a method for forming the gate insulating film. In this example, a thermal oxidation method was used to form the gate insulating film 283, and the other steps were performed in the same manner as in Example 42 to obtain a thin film transistor having the structure shown in FIG.

熱酸化法は、その膜質を緻密なものとすることができ、安定した特性を有する薄膜トランジスタを得る上では有用なものとなる。即ち、熱酸化法で成膜された酸化膜は、絶縁膜として緻密で内部に存在する可動電荷を少なくすることができるので、ゲイト絶縁膜として最適なものの一つである。   The thermal oxidation method can make the film quality dense and is useful for obtaining a thin film transistor having stable characteristics. In other words, an oxide film formed by a thermal oxidation method is dense as an insulating film and can reduce the movable charges existing therein, and thus is one of the optimum gate insulating films.

《実施例44》
本実施例44は、図41に示すのとは異なる工程で薄膜トランジスタを作製した例である。図42は本実施例の作製工程を示す図である。まず、実施例39(図38)及び実施例41(図40)に記載した工程により、それぞれ、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。以下の工程は両者ともに同じである。次いで、それをパターニングすることにより、図42(A)に示す状態を得た。
<< Example 44 >>
Example 44 is an example in which a thin film transistor was manufactured through a process different from that shown in FIG. FIG. 42 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps described in Example 39 (FIG. 38) and Example 41 (FIG. 40), respectively. The following steps are the same for both. Next, by patterning it, the state shown in FIG. 42 (A) was obtained.

図42(A)に示す状態を得た後、酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。図42(A)に示す状態において、299がガラス基板、300が下地膜、301が結晶性珪素膜で構成された活性層である。また符号298はゲッタリングのための熱酸化膜の除去後に、再度形成された熱酸化膜である。図42(A)に示す状態を得た後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜302を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜には、酸素とシランとN2 Oとの混合ガスを用いたプラズマCVD法、或いはTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法等を用いるが、ここでは酸素とシランとN2 Oとの混合ガスを用いた。 After obtaining the state shown in FIG. 42A, plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. In the state shown in FIG. 42A, 299 is a glass substrate, 300 is a base film, and 301 is an active layer composed of a crystalline silicon film. Reference numeral 298 denotes a thermal oxide film formed again after removal of the thermal oxide film for gettering. After obtaining the state shown in FIG. 42A, a silicon oxynitride film 302 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. For the film formation, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O or a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O is used. A mixed gas with N 2 O was used.

上記酸化窒化珪素膜302は、熱酸化膜298とともにゲイト絶縁膜を構成する。なお、酸化窒化珪素膜の他に酸化珪素膜を用いることもできる。ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜302を成膜した後、後にゲイト電極として機能する、アルミニウム膜(図示せず、後述パターニング後、パターン304となる)をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中にはスカンジウムを0.2重量%含有させた。   The silicon oxynitride film 302 forms a gate insulating film together with the thermal oxide film 298. Note that a silicon oxide film can be used in addition to the silicon oxynitride film. After forming the silicon oxynitride film 302 functioning as a gate insulating film, an aluminum film (not shown, which becomes a pattern 304 after patterning described later) functioning as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium.

アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として実施した。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とする。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は陽極酸化時の印加電圧の調整によって制御することができる。   After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was implemented by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by adjusting the applied voltage during anodic oxidation.

次いで、レジストマスク303を形成した。そしてアルミニウム膜を304で示されるパターンにパターニングした後、再度の陽極酸化を行った。ここでは3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン304を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号305で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 303 was formed. The aluminum film was patterned into a pattern indicated by 304, and then anodized again. Here, a 3% by weight oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 305 is formed by anodizing using the aluminum pattern 304 as an anode.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク303が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜305が形成される。この陽極酸化膜305は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化の時間によって制御することができる。   In this step, the anodic oxide film 305 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 303 having high adhesion exists on the upper portion. This anodic oxide film 305 can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク303を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び行った。すると、多孔質状の陽極酸化膜305中に電解溶液が進入する関係から、符号306で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。ここで最初の不純物イオンの注入を行った。なお、この工程はレジストマスク303を除去してから実施してもよい。この不純物イオンの注入によって、ソース領域307とドレイン領域309が形成される。この時、符号308の領域には不純物イオンは注入されない。   Next, after removing the resist mask 303, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. Then, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 306 because the electrolytic solution enters the porous anodic oxide film 305. Here, the first impurity ions were implanted. Note that this step may be performed after the resist mask 303 is removed. By this impurity ion implantation, a source region 307 and a drain region 309 are formed. At this time, impurity ions are not implanted into the region indicated by reference numeral 308.

次に、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜305を除去した。こうして図42(D)に示す状態を得た。その後、再度不純物イオンの注入を行うが、この不純物イオンは最初の不純物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で行った。この工程においてライトドープ領域310と311が形成され、そして312で示される領域がチャネル形成領域となる。   Next, the porous anodic oxide film 305 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. Thereafter, impurity ions are implanted again. The impurity ions are implanted under the light doping conditions from the first impurity ion implantation conditions. In this step, lightly doped regions 310 and 311 are formed, and a region indicated by 312 becomes a channel forming region.

次いで、レーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行うが、ここではレーザー光を用いた。こうして、ソース領域307、チャネル形成領域312、ドレイン領域309、低濃度不純物領域310と311が自己整合的に形成された。ここで、符号311で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions have been implanted is activated by irradiation with laser light or strong light. Here, laser light is used. Thus, the source region 307, the channel formation region 312, the drain region 309, and the low concentration impurity regions 310 and 311 are formed in a self-aligned manner. Here, a region denoted by reference numeral 311 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

次に、層間絶縁膜313として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。ここでは両者の積層膜を形成した。該層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。そして、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極314とドレイン電極315を形成した。こうして図42(E)に示す薄膜トランジスタを完成させた。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 313. Here, both laminated films were formed. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Then, contact holes were formed, and a source electrode 314 and a drain electrode 315 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 42E was completed.

《実施例45》
本実施例45は、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相補型に構成した例である。図43は本実施例の工程を示す図である。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。
Example 45
The present embodiment 45 is an example in which an N channel type thin film transistor and a P channel type thin film transistor are configured in a complementary manner. FIG. 43 is a diagram showing a process of this example. The configuration shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example. For example, it can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device.

まず、図43(A)に示すように、ガラス基板317上に下地膜318として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を成膜すした。このうち好ましくは酸化窒化珪素膜を用いられるが、本実施例ではこれを用いた。次いで、図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法又は減圧熱CVD法によって成膜するが、ここでは減圧熱CVD法を用いた。さらに前記実施例39に示した方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した。   First, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film was formed as a base film 318 over a glass substrate 317 as illustrated in FIG. Of these, a silicon oxynitride film is preferably used, but this was used in this embodiment. Next, an amorphous silicon film (not shown) is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Here, the low pressure thermal CVD method is used. Further, this amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the method shown in Example 39.

次いで、酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理を行い、さらに得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層319と320を得た。こうして図43(A)に示す状態を得た。ここでは、活性層の側面を移動するキャリアの影響を抑制するために、図43(A)に示した状態において、HClを3容量%含んだ窒素雰囲気中で、温度650℃、10時間の加熱処理を行った。   Next, plasma treatment was performed in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, and the obtained crystalline silicon film was patterned to obtain active layers 319 and 320. In this way, the state shown in FIG. Here, in order to suppress the influence of carriers moving on the side surface of the active layer, heating is performed at a temperature of 650 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of HCl in the state shown in FIG. Processed.

活性層の側面に金属元素の存在によるトラップ準位が存在すると、OFF電流特性の悪化を招くので、ここで示すような処理を行い、活性層の側面における準位の密度を低下させておくことは有用である。次に、ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜316と酸化窒化珪素膜321を成膜した。なお、ここで、基板として石英を用いる場合には、前述の熱酸化法を用いて熱酸化膜のみでもってゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。   The presence of a trap level due to the presence of a metal element on the side surface of the active layer leads to deterioration of the OFF current characteristics. Therefore, the processing shown here should be performed to reduce the level density on the side surface of the active layer. Is useful. Next, a thermal oxide film 316 and a silicon oxynitride film 321 constituting a gate insulating film were formed. Here, when quartz is used as the substrate, it is desirable to form the gate insulating film only with the thermal oxide film by using the thermal oxidation method described above.

次いで、後にゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜(図示せず、後述パターニング後にパターンとなる)を4000オングストロームの厚さに成膜した。アルミニウム膜のほか、陽極酸化可能な金属(例えばタンタル)を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に極薄の緻密な陽極酸化膜を形成した。   Next, an aluminum film (not shown, which is to be a pattern after patterning) (not shown) for forming a gate electrode later was formed to a thickness of 4000 angstroms. In addition to an aluminum film, an anodizable metal (for example, tantalum) can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film was formed on the surface by the method described above.

次いで、該アルミニウム膜上に、レジストマスク(図示せず)を配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った。さらに、得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜324と325を形成した。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。   Next, a resist mask (not shown) was placed on the aluminum film, and the aluminum film was patterned. Further, anodization was performed using the obtained aluminum pattern as an anode to form porous anodic oxide films 324 and 325. The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms.

ここで、再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜326と327を形成した。ここで緻密な陽極酸化膜326と327の膜厚は800オングストロームとした。こうして図43(B)に示す状態を得た。次いで、露呈した酸化珪素膜321と熱酸化膜316をドライエッチングによって除去し、図43(C)に示す状態を得た。   Here, anodization was performed again under the conditions for forming a dense anodized film, and dense anodized films 326 and 327 were formed. Here, the dense anodic oxide films 326 and 327 have a thickness of 800 angstroms. In this way, the state shown in FIG. Next, the exposed silicon oxide film 321 and the thermal oxide film 316 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG.

その後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸液を用いて多孔質状の陽極酸化膜324と325を除去した。こうして図43(D)に示す状態を得た。次いで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(リン)イオンを、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンを注入した。この不純物イオンの注入によって、高濃度のN型を有するソース領域330とドレイン領域333が自己整合的に形成された。   Thereafter, the porous anodic oxide films 324 and 325 were removed using a mixed acid solution in which acetic acid, nitric acid and phosphoric acid were mixed. In this way, the state shown in FIG. Next, resist masks were alternately arranged, and P (phosphorus) ions were implanted into the left thin film transistor, and B (boron) ions were implanted into the right thin film transistor. By this impurity ion implantation, a source region 330 and a drain region 333 having a high concentration N-type were formed in a self-aligned manner.

同時に、低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域331が同時に形成され、さらにチャネル形成領域332が同時に形成される。符号331で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜328が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜328を透過したPイオンがゲイト絶縁膜328によって一部遮蔽されるからである。   At the same time, a weak N-type region 331 doped with P ions at a low concentration is formed at the same time, and a channel formation region 332 is formed at the same time. The reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 331 is formed is that the remaining gate insulating film 328 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 328 are partially shielded by the gate insulating film 328.

また、上記と同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域337とドレイン領域334が自己整合的に形成され、同時に低濃度不純物領域336が形成され、さらにチャネル形成領域335が同時に形成される。なお、緻密な陽極酸化膜326と327の膜厚が2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。   Further, by the same principle and method as described above, the source region 337 and the drain region 334 having strong P-type are formed in a self-aligned manner, the low concentration impurity region 336 is formed at the same time, and the channel forming region 335 is formed at the same time. The If the dense anodic oxide films 326 and 327 are as thick as 2000 angstroms, an offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness.

本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜326と327の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。次いで、レーザー光の照射を行い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行った。なお、レーザー光に代えて強光の照射を行ってもよい。そして図43(E)に示すように、層間絶縁膜として窒化珪素膜338と酸化珪素膜339を成膜し、それぞれの膜厚は1000オングストロームとした。なお、この場合、酸化珪素膜339は成膜しなくてもよい。   In the present embodiment, since the dense anodic oxide films 326 and 327 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored. Next, laser light was irradiated to anneal the region into which impurity ions were implanted. Note that intense light irradiation may be performed instead of laser light. Then, as shown in FIG. 43E, a silicon nitride film 338 and a silicon oxide film 339 are formed as interlayer insulating films, and the thicknesses thereof are each 1000 angstroms. Note that in this case, the silicon oxide film 339 is not necessarily formed.

ここで、該窒化珪素膜によって、薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることにより、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。さらに樹脂材料からなる層間絶縁膜340をスピンコート法を用いて形成した。ここでは、層間絶縁膜340の厚さを1μmとした。   Here, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure. Further, an interlayer insulating film 340 made of a resin material was formed using a spin coat method. Here, the thickness of the interlayer insulating film 340 is set to 1 μm.

そして、コンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極341とドレイン電極342を形成し、同時に右側の薄膜トランジスタのソース電極343とドレイン電極342を形成した。ここで、ドレイン電極342は両者に共通に配置されたものとなる。こうして、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路を構成した。   Then, contact holes were formed to form a source electrode 341 and a drain electrode 342 of the left N-channel thin film transistor, and at the same time, a source electrode 343 and a drain electrode 342 of the right thin film transistor were formed. Here, the drain electrode 342 is arranged in common for both. Thus, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure was formed.

本実施例に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化珪素膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られる。この構成は、可動イオンや水分の侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。また、さらに多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   In the structure shown in this embodiment, a structure in which the thin film transistor is covered with a silicon nitride film and further covered with a resin material can be obtained. This configuration can be made highly durable such that mobile ions and moisture do not easily enter. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitance from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例46》
本実施例46は、前記実施例39に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例である。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。本実施例では、下地膜を形成した後に酢酸ニッケル水溶液を用いてニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素が接して保持された状態とした。
Example 46
Example 46 is an example in which nickel element was directly introduced into the surface of the base film in the step shown in Example 39. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this embodiment, after the base film is formed, nickel element is introduced using a nickel acetate aqueous solution, and the nickel element is first held in contact with the surface of the base film.

その他の工程については、実施例39の場合と同様にして、図39(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減させた結晶性珪素膜267を得た。ニッケル元素を導入する方法としては、本実施例のように溶液を使用する方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらに吸着法を用いることができる。また、ニッケル以外の、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いる場合にも、同様にして当該金属の濃度を低減させた結晶性珪素膜を得ることができる。   With respect to the other steps, as in the case of Example 39, as shown in FIG. 39E, a crystalline silicon film 267 with a reduced concentration of nickel contained was obtained. As a method for introducing nickel element, in addition to a method using a solution as in this embodiment, a sputtering method, a CVD method, and an adsorption method can be used. In addition, when a metal element that promotes crystallization of silicon other than nickel is used, a crystalline silicon film in which the concentration of the metal is similarly reduced can be obtained.

《実施例47》
本実施例47は、図40(E)の状態、または図41(A)の状態、または図42(A)の状態において、レーザー光の照射を行い、得られた結晶性珪素膜からなる島状のパターンの結晶性を向上させた例である。図40(E)、図41(A)又は図42(A)の状態においてレーザー光を照射する場合、比較的低い照射エネルギー密度でもって、所定のアニール効果を得ることができる。これは、小さい面積の所にレーザーエネルギーが照射されるので、アニールに利用されるエネルギー効率が高まるためであると考えられる。
Example 47
In this example 47, an island made of a crystalline silicon film obtained by irradiating laser light in the state of FIG. 40E, FIG. 41A, or FIG. This is an example in which the crystallinity of the pattern is improved. When laser light is irradiated in the state of FIG. 40E, FIG. 41A, or FIG. 42A, a predetermined annealing effect can be obtained with a relatively low irradiation energy density. This is considered to be because the energy efficiency used for annealing increases because laser energy is irradiated to a small area.

《実施例48》
本実施例48は、レーザー光の照射によるアニール効果を高めるために、薄膜トランジスタの活性層のパターニングに工夫を凝らした例である。図44は本実施例における薄膜トランジスタの作製工程を示す図である。まず、コーニング1737ガラス基板344上に、下地膜として酸化珪素膜345成膜した。この下地膜としては酸化窒化珪素膜を用いることもできる。
Example 48
The present embodiment 48 is an example in which the device is devised for patterning the active layer of the thin film transistor in order to enhance the annealing effect by the laser light irradiation. FIG. 44 is a diagram showing a manufacturing process of a thin film transistor in this example. First, a silicon oxide film 345 was formed as a base film on a Corning 1737 glass substrate 344. A silicon oxynitride film can also be used as the base film.

次に、図示しない非晶質珪素膜を500オングストロームの厚さに成膜した。成膜には減圧熱CVD法を用いた。この非晶質珪素膜は、後に結晶化工程を経て結晶性珪素膜346となる。次に実施例39(図39参照)及び実施例41(図40参照)に示した方法により、それぞれ、図示しない非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得た。   Next, an amorphous silicon film (not shown) was formed to a thickness of 500 angstroms. A low pressure thermal CVD method was used for film formation. This amorphous silicon film later becomes a crystalline silicon film 346 through a crystallization step. Next, an amorphous silicon film (not shown) was crystallized by the methods shown in Example 39 (see FIG. 39) and Example 41 (see FIG. 40) to obtain a crystalline silicon film.

こうして図44(A)に示す状態を得た。以下、実施例39による場合を中心に記載するが、実施例41による場合についても同様である。図44(A)に示す状態を得た後、実施例39(図39)の作製工程に従って、ガラス基板上に結晶性珪素膜346を形成した。即ち、ニッケル元素を利用した加熱処理により、非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜346を得た。ここでの加熱処理条件は、温度620℃、4時間の加熱とした。   In this way, the state shown in FIG. Hereinafter, the case according to Example 39 will be mainly described, but the same applies to the case according to Example 41. After obtaining the state shown in FIG. 44A, a crystalline silicon film 346 was formed on the glass substrate in accordance with the manufacturing process of Example 39 (FIG. 39). That is, the amorphous silicon film was crystallized by a heat treatment using nickel element, and a crystalline silicon film 346 was obtained. The heat treatment conditions here were a temperature of 620 ° C. and heating for 4 hours.

上記結晶性珪素膜を得た後、薄膜トランジスタの活性層を構成するためのパターンを形成した。この場合、このパターンの断面形状を図44(B)の347で示すような形状とする。このように、図44(B)に示すようなパターン347を形成するのは、後のレーザー光の照射による処理工程において、パターンの形状が変形することを抑制するためである。   After obtaining the crystalline silicon film, a pattern for forming an active layer of the thin film transistor was formed. In this case, the cross-sectional shape of this pattern is a shape as indicated by 347 in FIG. In this manner, the pattern 347 as illustrated in FIG. 44B is formed in order to suppress the deformation of the pattern shape in the subsequent processing step by laser light irradiation.

前述のとおり、図38(A)に示すような基体257上に形成された通常の島状の珪素膜からなるパターン258に対し、レーザー光を照射した場合、図38(B)に示すように、レーザー光の照射後のパターン259の縁の部分に凸部260が形成されてしまう。これは、照射されたレーザー光のエネルギーが、熱の逃げ場がないパターンの縁の部分に集中するために起るものと考えられる。   As described above, when laser light is applied to the pattern 258 made of a normal island-like silicon film formed on the base 257 as shown in FIG. 38A, as shown in FIG. 38B. The convex part 260 will be formed in the edge part of the pattern 259 after irradiation of a laser beam. This is considered to occur because the energy of the irradiated laser beam is concentrated on the edge portion of the pattern where there is no heat escape.

この現象により形成される凸部260は、後に薄膜トランジスタを構成する配線の不良や薄膜トランジスタの動作不良の要因となる。そこで、本実施例に示す構成においては、活性層のパターン347を図44(B)に示すような断面形状とした。このような構成とすることにより、レーザー光の照射に際して、珪素膜のパターンが図38(B)に示すような形状になってしまうことを抑制することができる。符号347で示されるようなパターンは、パターニングの際に等方性のドライエッチングを利用し、このドライエッチング条件を制御することにより実現することができる。   The convex portion 260 formed by this phenomenon causes a defect in wiring that later constitutes the thin film transistor and a malfunction of the thin film transistor. Therefore, in the structure shown in this embodiment, the active layer pattern 347 has a cross-sectional shape as shown in FIG. With such a structure, it is possible to prevent the silicon film pattern from having a shape as illustrated in FIG. A pattern as indicated by reference numeral 347 can be realized by utilizing isotropic dry etching at the time of patterning and controlling the dry etching conditions.

ここで、下地膜345の面に対して、符号348で示される部分の角度を20°〜50°にすることが好ましい。符号348で示される部分の角度を20°を下回る角度とすることは、活性層の占有面積の増加や活性層形成の困難性が大きくなるので好ましくない。また、符号348で示される角度を50°を超える角度とすることは、図38(B)に示されような凸部260が形成されてしまうことを抑制する効果が低下するので、やはり好ましくない。   Here, it is preferable that the angle of the portion indicated by reference numeral 348 with respect to the surface of the base film 345 is 20 ° to 50 °. Setting the angle of the portion indicated by reference numeral 348 to be less than 20 ° is not preferable because an increase in the area occupied by the active layer and difficulty in forming the active layer increase. Also, setting the angle indicated by the reference numeral 348 to an angle exceeding 50 ° is also not preferable because the effect of suppressing the formation of the convex portion 260 as shown in FIG. 38B is reduced. .

図44(B)の符号347で示される形状のパターン(後に活性層となる)を得た後、図44(C)に示すようにレーザー光の照射を行った。この工程によって、パターン347中に局所的に固まって存在しているニッケル元素を拡散させることができ、またその結晶性を助長させることができる。次いで、レーザー光の照射が終了した後、酸素雰囲気中で加熱処理を行い、熱酸化膜349を形成した。ここでは酸素100%の雰囲気中において温度650℃、12時間の加熱処理を行うことにより、100オングストロームの熱酸化膜349を形成した。   After obtaining a pattern having a shape indicated by reference numeral 347 in FIG. 44B (to be an active layer later), laser light irradiation was performed as shown in FIG. By this step, nickel element which is locally solidified in the pattern 347 can be diffused and its crystallinity can be promoted. Next, after the laser light irradiation was completed, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere, so that a thermal oxide film 349 was formed. Here, a thermal oxide film 349 having a thickness of 100 Å is formed by performing a heat treatment at a temperature of 650 ° C. for 12 hours in an atmosphere of 100% oxygen.

この熱酸化膜349には、酸素の作用によって、パターン347中に含まれているニッケル元素がゲッタリングされる。この際、前の工程においてレーザー光の照射によって、ニッケル元素の固まりが破壊されているので、ニッケル元素のゲッタリングが効果的に行われる。なお、加熱処理の雰囲気としてハロゲンを含有させると、さらに有効にニッケル元素のゲッタリングを行うことができる。   The thermal oxide film 349 is gettered with the nickel element contained in the pattern 347 by the action of oxygen. At this time, since the mass of the nickel element is destroyed by the laser beam irradiation in the previous step, gettering of the nickel element is effectively performed. In addition, when halogen is contained as an atmosphere for the heat treatment, gettering of nickel element can be performed more effectively.

また、本実施例に示す構成を採用した場合、パターン347の側面からのゲッタリングも行われる。このことは、最終的に完成する薄膜トランシスタのOFF電流特性や信頼性を高める上で有用なものとなる。これは、活性層の側面に存在するニッケル元素(他の珪素の結晶化を助長する金属元素の場合も同じ)の存在が、OFF電流の増大や特性の不安定性に大きく関係するからである。   Further, when the configuration shown in this embodiment is employed, gettering from the side surface of the pattern 347 is also performed. This is useful in improving the OFF current characteristics and reliability of the finally completed thin film transistor. This is because the presence of nickel element (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon) present on the side surface of the active layer is greatly related to an increase in OFF current and instability of characteristics.

図44(D)に示すゲッタリング用の熱酸化膜349を形成した後、この熱酸化膜349を除去した。こうして図44(E)に示す状態を得た。なお、本実施例のように下地膜345として酸化珪素膜を採用した場合には、この熱酸化膜349の除去工程において、酸化珪素膜345がエッチングされてしまうことが懸念される。しかし、本実施例に示すように、熱酸化膜349の膜厚が100オングストローム程度と薄い場合は、このことは大して問題とはならない。   After the gettering thermal oxide film 349 shown in FIG. 44D was formed, the thermal oxide film 349 was removed. In this way, the state shown in FIG. When a silicon oxide film is employed as the base film 345 as in this embodiment, there is a concern that the silicon oxide film 345 is etched in the step of removing the thermal oxide film 349. However, as shown in this embodiment, when the thickness of the thermal oxide film 349 is as thin as about 100 angstrom, this is not a big problem.

図44(E)に示す状態を得た後、新たな熱酸化膜350を形成した。この熱酸化膜350は、酸素100%の雰囲気中での加熱処理により形成した。ここでは、温度650℃、4時間の酸素雰囲気中での加熱処理によって、熱酸化膜350を100オングストロームの厚さに形成した。この熱酸化膜350は、後にレーザー光の照射を行う際に、パターン347の表面が荒れてしまうことを抑制するのに効果があり、また、後にゲイト絶縁膜の一部を構成する。   After obtaining the state shown in FIG. 44E, a new thermal oxide film 350 was formed. This thermal oxide film 350 was formed by heat treatment in an atmosphere of 100% oxygen. Here, the thermal oxide film 350 is formed to a thickness of 100 Å by heat treatment in an oxygen atmosphere at a temperature of 650 ° C. for 4 hours. The thermal oxide film 350 is effective in suppressing the surface of the pattern 347 from becoming rough when the laser beam is irradiated later, and constitutes a part of the gate insulating film later.

上記熱酸化膜350は、結晶性珪素膜との間における界面特性が極めて良好であるので、ゲイト絶縁膜の一部として利用することは有用である。なお、熱酸化膜350を形成した後、再度のレーザー光の照射を行ってもよい。こうしてニッケル元素の濃度が減少され、また高い結晶性を有する結晶性珪素膜347が得られた。この後、図41〜図43に示すような工程を経ることによって、薄膜トランジスタが作製される。   Since the thermal oxide film 350 has very good interface characteristics with the crystalline silicon film, it is useful to use it as a part of the gate insulating film. Note that after the thermal oxide film 350 is formed, laser light irradiation may be performed again. Thus, the concentration of nickel element was reduced, and a crystalline silicon film 347 having high crystallinity was obtained. Thereafter, a thin film transistor is manufactured through steps as shown in FIGS.

《実施例49》
本実施例49は、ガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を加える場合の工夫についての例である。本発明においては、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素を結晶化した後、当該金属元素をゲッタリングするが、このゲッタリング工程は、なるべく高い温度で行うことが好ましい。
Example 49
The present Example 49 is an example about the device in the case of applying heat treatment at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate. In the present invention, after crystallizing amorphous silicon using a metal element that promotes crystallization of silicon, the metal element is gettered. This gettering step is preferably performed at a temperature as high as possible. .

例えば、基板としてコーニング1737ガラス(歪点667℃)を使用した場合においても、熱酸化膜の形成によるニッケル元素のゲッタリングを行う際の温度としては、例えば650℃よりも、700℃である方がより高いゲッタリング作用を得ることができる。しかし、この場合に熱酸化膜の形成のための加熱温度を700℃とすると、該ガラス基板の変形が生じてしまう。   For example, even when Corning 1737 glass (strain point 667 ° C.) is used as a substrate, the temperature at which nickel element gettering is performed by forming a thermal oxide film is 700 ° C. rather than 650 ° C., for example. Higher gettering action can be obtained. However, in this case, if the heating temperature for forming the thermal oxide film is 700 ° C., the glass substrate is deformed.

本実施例は、この問題を解決した例である。即ち、本実施例に示す構成においては、上記ガラス基板を平坦性の保証された石英で構成された定盤上に配置し、この状態で加熱処理を行った。このようにすると、定盤の平坦性によって、軟化したガラス基板の平坦性もまた維持される。この場合、冷却についても、定盤上にガラス基板を配置した状態で行うことが重要となる。このような構成を採用することにより、ガラス基板の歪点以上の温度であっても加熱処理を施すことができる。   The present embodiment is an example in which this problem is solved. That is, in the configuration shown in this example, the glass substrate was placed on a surface plate made of quartz with guaranteed flatness, and heat treatment was performed in this state. In this way, the flatness of the softened glass substrate is also maintained by the flatness of the surface plate. In this case, it is important to perform cooling in a state where the glass substrate is disposed on the surface plate. By adopting such a configuration, heat treatment can be performed even at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate.

《実施例50》
本実施例50は、石英基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得た例である。本実施例では、まず石英基板上に成膜された非晶質珪素膜をニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜に変成した。
Example 50
Example 50 is an example in which a crystalline silicon film is obtained on a quartz substrate using nickel element. In this example, first, the amorphous silicon film formed on the quartz substrate was transformed into a crystalline silicon film having high crystallinity by the action of nickel element.

次いで、HClを添加した酸化性の雰囲気中において加熱処理を行い、熱酸化膜を形成した。この時、得られた結晶性珪素膜中に塩素(Cl)の作用により結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素がゲッタリングされる。そして、該ゲッタリングの後、高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、石英基板上に高い結晶性を有していながら、ニッケル元素の濃度の低い結晶性珪素膜を得た。   Next, heat treatment was performed in an oxidizing atmosphere to which HCl was added to form a thermal oxide film. At this time, nickel element remaining in the crystalline silicon film is gettered by the action of chlorine (Cl) in the obtained crystalline silicon film. After the gettering, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed. Thus, a crystalline silicon film having a low nickel element concentration while having high crystallinity on the quartz substrate was obtained.

図45は本実施例の作製工程を示す図である。まず、石英ガラス基板351上に、下地膜として酸化窒化珪素膜352を5000オングストロームの厚さに成膜した。この下地膜352は、石英ガラス基板351と後に成膜される珪素膜との熱膨張率の違いを緩和させる機能を有せしめるために、5000オングストローム程度以上とすることが好ましい。   FIG. 45 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a silicon oxynitride film 352 having a thickness of 5000 angstroms was formed as a base film on a quartz glass substrate 351. The base film 352 is preferably about 5000 angstroms or more in order to have a function of reducing a difference in thermal expansion coefficient between the quartz glass substrate 351 and a silicon film to be formed later.

酸化窒化珪素膜352の成膜は、原料ガスとしてシランとN2O ガスと酸素とを用いたプラズマCVD法を用いて実施した。なお、これに代えて、TEOSガスとN2O ガスとを用いたプラズマCVD法を用いてもよい。この下地膜352中に塩素で代表されるハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を該ハロゲン元素によってゲッタリングすることができる。 The silicon oxynitride film 352 was formed by a plasma CVD method using silane, N 2 O gas, and oxygen as source gases. Instead of this, a plasma CVD method using TEOS gas and N 2 O gas may be used. It is effective to add a trace amount of a halogen element typified by chlorine in the base film 352. In this manner, a metal element that promotes crystallization of silicon existing in the semiconductor layer can be gettered by the halogen element in a later step.

また、下地膜の成膜後に水素プラズマ処理を加えることは有効である。また、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことは有効である。これは、下地膜の表面に吸着している炭素成分を除去し、後に形成される半導体膜との界面特性を向上させることに効果がある。次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜353を1500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法により成膜した。減圧熱CVD法を用いるのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからであり、具体的には膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法を用いることができる。   It is also effective to add a hydrogen plasma treatment after forming the base film. In addition, it is effective to perform plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed. This is effective in removing the carbon component adsorbed on the surface of the base film and improving the interface characteristics with the semiconductor film to be formed later. Next, an amorphous silicon film 353 to be a crystalline silicon film later was formed to a thickness of 1500 angstrom by low pressure thermal CVD. The reason why the low pressure thermal CVD method is used is that the crystalline silicon film obtained later is superior in film quality, specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method can be used.

ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。これは、後の金属元素(珪素の結晶化を助長する金属元素)のゲッタリング工程において、酸素が重要な役割を果たすからである。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。また他の不純物濃度、例えば、窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。具体的には、それらを2×1019cm-3以下の濃度とすることが必要である。 The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . This is because oxygen plays an important role in the subsequent gettering step of a metal element (metal element that promotes crystallization of silicon). However, when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, care must be taken because crystallization of the amorphous silicon film is inhibited. Further, other impurity concentrations, for example, nitrogen and carbon impurity concentrations should be as low as possible. Specifically, it is necessary to set them to a concentration of 2 × 10 19 cm −3 or less.

この非晶質珪素膜の膜厚は、約1000〜5000オングストロームの範囲から選択することができる。次に、非晶質珪素膜353を結晶化させるためにニッケル元素を導入した。ここでは、10ppm(重量換算)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜353の表面に塗布することによってニッケル元素を導入した。ニッケル元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、またプラズマ処理や吸着法を使用することができる。このうち上記の溶液を用いる方法は、簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用である。   The thickness of the amorphous silicon film can be selected from a range of about 1000 to 5000 angstroms. Next, nickel element was introduced to crystallize the amorphous silicon film 353. Here, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm (weight conversion) nickel on the surface of the amorphous silicon film 353. As a method for introducing nickel element, in addition to the above method using a solution, a sputtering method, a CVD method, a plasma treatment or an adsorption method can be used. Of these, the method using the above solution is useful in that it is simple and the concentration of the metal element can be easily adjusted.

ニッケル酢酸塩溶液を塗布することにより、図45(A)の354で示されるように、ニッケル酢酸塩水溶液の水膜が形成される。この状態を得た後、図示しないスピナーを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。このようにして、ニッケル元素が非晶質珪素膜353の表面に接して保持された状態とした。   By applying the nickel acetate solution, a water film of an aqueous nickel acetate solution is formed as indicated by 354 in FIG. After obtaining this state, excess solution was blown off using a spinner (not shown). In this manner, the nickel element was held in contact with the surface of the amorphous silicon film 353.

なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩溶液を用いる代わりに、例えば硫酸ニッケルを用いることが好ましい。これは酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留することが懸念されるからである。ニッケル元素の導入量の調整は、溶液中におけるニッケル元素の濃度を調整することにより行うことができる。   In view of residual impurities in the subsequent heating step, for example, nickel sulfate is preferably used instead of the nickel acetate salt solution. This is because the nickel acetate salt solution contains carbon, which is feared to carbonize and remain in the film in the subsequent heating step. The amount of nickel element introduced can be adjusted by adjusting the concentration of nickel element in the solution.

次に、図45(B)に示す状態において、750℃〜1100℃の温度での加熱処理を行い、非晶質珪素膜353を結晶化させ、結晶性珪素膜355を得た。ここでは、温度900℃、4時間の加熱処理を水素を2容量%混合した窒素雰囲気中(還元雰囲気中)で行った。この加熱処理による結晶化工程において、雰囲気を還元雰囲気とするのは、加熱処理工程中において、酸化物が形成されてしまうことを防止するためである。具体的には、ニッケルと酸素とが反応してNiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。 Next, in the state shown in FIG. 45B, heat treatment is performed at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C., and the amorphous silicon film 353 is crystallized, so that a crystalline silicon film 355 is obtained. Here, the heat treatment at 900 ° C. for 4 hours was performed in a nitrogen atmosphere (in a reducing atmosphere) in which 2% by volume of hydrogen was mixed. The reason why the atmosphere is reduced in this crystallization process by heat treatment is to prevent the formation of oxide during the heat treatment process. Specifically, this is to prevent nickel and oxygen from reacting to form NiO x on the film surface or in the film.

酸素については、後のゲッタリング工程において、ニッケルと結合して、ニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかし、この結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要となる。   Oxygen is combined with nickel in a later gettering step and contributes greatly to the gettering of nickel. However, it has been found that the combination of oxygen and nickel at this crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization process by heating, it is important to suppress the formation of oxide as much as possible.

上記結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度は、ppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。また、上記結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素以外に、アルゴン等の不活性ガス、或いは窒素を含めたそれらの混合ガスを使用することができる。結晶性珪素膜355を得た後、パターニングを行い、後に薄膜トランジスタの活性層となる島状の領域356を形成した。   The oxygen concentration in the atmosphere for performing the heat treatment for crystallization needs to be on the order of ppm, preferably 1 ppm or less. Moreover, as gas which occupies most of the atmosphere which performs the heat processing for the said crystallization, inert gas, such as argon, or those mixed gas containing nitrogen other than nitrogen can be used. After obtaining the crystalline silicon film 355, patterning was performed to form an island-shaped region 356 that later becomes an active layer of the thin film transistor.

次に、図45(D)に示す工程において、再度の加熱処理を行った。この加熱処理は、ニッケル元素をゲッタリングするための熱酸化膜を形成するために行われる。ここでは5容量%の酸素、さらにこの酸素に対し3容量%のHClを含んだ窒素囲気中で、温度950℃の加熱処理を1時間30分実施した。この工程の結果、熱酸化膜357が200オングストロームの厚さに成膜された。   Next, heat treatment was performed again in the process illustrated in FIG. This heat treatment is performed to form a thermal oxide film for gettering the nickel element. Here, a heat treatment at a temperature of 950 ° C. was performed for 1 hour and 30 minutes in a nitrogen atmosphere containing 5% by volume of oxygen and 3% by volume of HCl with respect to this oxygen. As a result of this step, a thermal oxide film 357 was formed to a thickness of 200 angstroms.

この工程は、前記のとおり、珪素の結晶化のために初期の段階で意図的に導入したニッケル元素を島状のパターンに形成された結晶性珪素膜356中から除去するための工程である。この加熱処理は、前述の結晶化を行うために行った加熱処理よりも高い温度で行う。これは、ニッケル元素のゲッタリングを効果的に行うために重要な条件である。なお、結晶化を行うために実施した加熱処理温度と同等又はそれ以下の温度でも行えるが、効果が少ない。そしてこれらの点は、その他の珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた場合についても同じである。   As described above, this step is a step for removing the nickel element intentionally introduced at an early stage for crystallization of silicon from the crystalline silicon film 356 formed in an island pattern. This heat treatment is performed at a temperature higher than the heat treatment performed for the above-described crystallization. This is an important condition for effectively performing gettering of nickel element. Note that although it can be performed at a temperature equal to or lower than the heat treatment temperature performed for crystallization, the effect is small. These points are the same when other metal elements that promote crystallization of silicon are used.

熱酸化膜357が形成されることで、島状のパターンに形成された結晶性珪素膜356の膜厚は約100オングストローム程薄くなる。このゲッタリングにおいては、結晶性珪素膜中に存在する酸素が重要な役割を果たす。即ち、酸素とニッケルが結合することによって形成される酸化ニッケルに、塩素元素が作用する形でニッケル元素のゲッタリングが進行する。   By forming the thermal oxide film 357, the film thickness of the crystalline silicon film 356 formed in an island pattern is reduced by about 100 angstroms. In this gettering, oxygen present in the crystalline silicon film plays an important role. That is, nickel element gettering proceeds in a form in which chlorine element acts on nickel oxide formed by combining oxygen and nickel.

前述したように、酸素は、その濃度が多過ぎると、図45(B)に示す結晶化工程において、非晶質珪素膜353の結晶化を阻害する要素となる。しかし、上述のように、その存在はニッケルのゲッタリング過程においては重要な役割を果たす。従って、出発膜となる非晶質珪素膜中に存在する酸素濃度の制御は重要である。また、上記の工程においては、形成される酸化膜中にニッケル元素がゲッタリングされるので、酸化膜中におけるニッケル濃度が、他の領域に比較して、当然高くなっている。   As described above, if the concentration of oxygen is excessive, it becomes an element that inhibits crystallization of the amorphous silicon film 353 in the crystallization step shown in FIG. However, as mentioned above, its presence plays an important role in the nickel gettering process. Therefore, it is important to control the concentration of oxygen present in the amorphous silicon film serving as the starting film. In the above process, since nickel element is gettered in the oxide film to be formed, the nickel concentration in the oxide film is naturally higher than that in other regions.

また、結晶性珪素膜356と熱酸化膜357との界面の熱酸化膜357側近傍において、ニッケル元素が高くなる傾向が観察された。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、結晶性珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。また、両者の界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や結晶欠陥の存在が要因であると考えられる。   Further, a tendency for nickel element to increase was observed near the thermal oxide film 357 side at the interface between the crystalline silicon film 356 and the thermal oxide film 357. It is considered that this is because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the crystalline silicon film and the oxide film. Moreover, it is considered that the gettering progresses in the vicinity of the interface between the two due to the presence of stress and crystal defects in the vicinity of the interface.

本実施例においては、ハロゲン元素として塩素(Cl)を用いた例を示し、またその導入方法としてHClを用いた例を示した。しかし、HCl以外のガスとしては、HF、HBr、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種又はそれらの複数種類の混合ガスを用いることができる。また一般にハロゲンの水素化物を用いることができる。これらのガスは、雰囲気中での含有量(体積含有量)をHFであれば0.25〜5%、HBrであれば1〜15%、Cl2 であれば0.25〜5%、F2であれば0.125〜2.5%、Br2であれば0.5〜10%とすることが好ましい。 In this embodiment, an example using chlorine (Cl) as a halogen element is shown, and an example using HCl as an introduction method thereof is shown. However, as the gas other than HCl, one type selected from HF, HBr, Cl 2 , F 2 and Br 2 or a mixed gas of a plurality of types thereof can be used. In general, a hydride of halogen can be used. These gases are 0.25 to 5% if the content (volume content) in the atmosphere is HF, 1 to 15% if HBr, 0.25 to 5% if Cl 2 , F 2 is preferably 0.125 to 2.5%, and Br 2 is preferably 0.5 to 10%.

上記の範囲を下回る濃度とすると、有意な効果が得られなくなり、また上記の範囲を超える濃度とすると、珪素膜の表面が荒れてしまう。次いで、上記のようにハロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気中での加熱処理によって熱酸化膜を形成した後、このニッケルを高濃度に含んだ熱酸化膜357を除去した。この熱酸化膜357の除去はバッファーフッ酸(その他フッ酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングやドライエッチングを用いて行うが、本実施例ではバッファーフッ酸によるウェットエッチングを用いた。   If the concentration is lower than the above range, a significant effect cannot be obtained. If the concentration exceeds the above range, the surface of the silicon film is roughened. Next, a thermal oxide film was formed by heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element as described above, and then the thermal oxide film 357 containing nickel at a high concentration was removed. The thermal oxide film 357 is removed by wet etching or dry etching using buffer hydrofluoric acid (other hydrofluoric acid-based etchant). In this embodiment, wet etching using buffer hydrofluoric acid was used.

こうして、図45(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減させた結晶性珪素膜からなる島状のパターン356を得ることができた。ここで、得られた結晶性珪素膜356の表面近傍にはニッケル元素が比較的高濃度に含まれるので、上記の酸化膜357のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜356の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。   Thus, as shown in FIG. 45E, an island-shaped pattern 356 made of a crystalline silicon film with a reduced concentration of nickel contained was obtained. Here, since the nickel element is contained at a relatively high concentration in the vicinity of the surface of the obtained crystalline silicon film 356, the etching of the oxide film 357 is further advanced to slightly exceed the surface of the crystalline silicon film 356. Etching is effective.

また、熱酸化膜357を除去した後に、レーザー光又は強光を照射して、結晶性珪素膜356の結晶性をさらに助長することは有効である。即ち、ニッケル元素のゲッタリングが行われた後に、レーザー光の照射や強光の照射を行うことは有効である。使用するレーザー光としてはKrFエキシマレーザー(波長248nm)、XeClエキシマレーザー(波長308nm)、或いはその他の種類のエキシマレーザーを用いることができる。また、強光としては、例えば紫外線や赤外線の照射で行える。   It is also effective to further promote the crystallinity of the crystalline silicon film 356 by irradiating laser light or strong light after removing the thermal oxide film 357. That is, it is effective to perform laser light irradiation or strong light irradiation after nickel element gettering. As a laser beam to be used, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), or other types of excimer lasers can be used. Moreover, as strong light, it can carry out by irradiation of an ultraviolet-ray or infrared rays, for example.

また、図45(E)に示す状態を得た後、再度の加熱処理により、図示しない熱酸化膜を形成することは有効である。この熱酸化膜は、後に薄膜トランジスタを構成する際に、ゲイト絶縁膜の一部又はゲイト絶縁膜として機能する。熱酸化膜は、結晶性珪素からなる活性層との界面特性を良好にできるので、ゲイト絶縁膜を構成するものとしては最適なものとなる。   In addition, it is effective to form a thermal oxide film (not shown) by heat treatment again after obtaining the state shown in FIG. This thermal oxide film functions as a part of the gate insulating film or as the gate insulating film when the thin film transistor is formed later. Since the thermal oxide film can improve the interface characteristics with the active layer made of crystalline silicon, the thermal oxide film is optimal for constituting the gate insulating film.

《実施例51》
本実施例51は、実施例50に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。この場合、Cuを導入するための溶液として、酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2O) 等を用いればよい。本実施例において酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕を用い、その他の工程は実施例50と同様にして図45(E)に示す状態を得た。
Example 51
This Example 51 is an example in which Cu is used as the metal element for promoting the crystallization of silicon in the configuration shown in the Example 50. In this case, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ], cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), or the like may be used as a solution for introducing Cu. In this example, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ] was used, and the other steps were performed in the same manner as in Example 50 to obtain the state shown in FIG.

《実施例52》
本実施例52は、実施例50とは異なる形態の結晶成長を行わせた例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。
Example 52
The present Example 52 is an example in which crystal growth of a form different from that of the Example 50 was performed. This embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to the substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon.

図46に本実施例の作製工程を示す。まず、石英基板358上に、下地膜359として酸化窒化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜360を減圧熱CVD法によって、2000オングストロームの厚さに成膜した。なお、減圧熱CVD法の代わりにプラズマCVD法を用いてもよい。   FIG. 46 shows a manufacturing process of this example. First, a silicon oxynitride film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 359 on a quartz substrate 358. Next, an amorphous silicon film 360 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 2000 angstrom by low pressure thermal CVD. Note that a plasma CVD method may be used instead of the low pressure thermal CVD method.

次に、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号361で示されるマスクを形成した。該マスクには符号362で示される領域に開口が形成されている。この開口362が形成されている領域においては、非晶質珪素膜360が露呈している。開口362は、図面の奥行から手前側方向への長手方向に細長い長方形を有している。この開口362の幅は20μm以上とするのが適当であり、またその長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すればよい。ここでは幅を20μm、長さを1cmとした。   Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 361. The mask has an opening in a region indicated by reference numeral 362. In the region where the opening 362 is formed, the amorphous silicon film 360 is exposed. The opening 362 has a rectangular shape elongated in the longitudinal direction from the depth of the drawing to the front side. The width of the opening 362 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be formed with a required length. Here, the width was 20 μm and the length was 1 cm.

次いで、マスク361及び開口362に、重量換算で10ppmのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、図示しないスピナーを用いてスピンドライを実施して余分な溶液を除去した。こうして、図46(A)中の点線363で示されるように、ニッケル元素が非晶質珪素膜360の露呈した表面に接して保持された状態が実現される。   Next, an aqueous nickel acetate solution containing 10 ppm of nickel element in terms of weight was applied to the mask 361 and the opening 362, and then spin drying was performed using a spinner (not shown) to remove excess solution. Thus, as indicated by a dotted line 363 in FIG. 46A, a state in which the nickel element is held in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 360 is realized.

次に、水素を2容量%含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度800℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図46(B)の364で示されるように、基板358に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長はニッケル元素が導入された開口362の領域から周囲に向かって進行している。このような基板に平行な方向への結晶成長を、本明細書中、横成長又はラテラル成長と指称する。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 800 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 2% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth in a direction parallel to the substrate 358 progressed as indicated by 364 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 362 into which nickel element is introduced toward the periphery. Such crystal growth in a direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例に示すような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜を得た。なお開口362が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長とよばれる垂直方向への結晶成長が進行している。   Under the conditions as shown in this embodiment, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a silicon film having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 362 is formed, crystal growth in the vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface.

次いで、マスク361を除去した後、さらにパターニングを施すことにより、図46(C)に示したように、基板に平行な方向に結晶成長した(即ち、横成長した)結晶性珪素膜からなる島状のパターン366を形成した。その後、酸素を10容量%、さらに酸素に対して3容量%のHClを含んだ窒素雰囲気中において、温度950℃、1時間30分の加熱処理を実施した。   Next, after removing the mask 361, further patterning is performed, and as shown in FIG. 46C, an island made of a crystalline silicon film that has grown in a direction parallel to the substrate (that is, laterally grown). A pattern 366 was formed. Thereafter, heat treatment was performed at a temperature of 950 ° C. for 1 hour and 30 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% by volume of oxygen and 3% by volume of HCl with respect to oxygen.

この結果、符号367で示される熱酸化膜が200オングストロームの厚さに成膜された。図46(D)はこの状態を示している。この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ(即ち、ニッケル元素をゲッタリングした)酸化膜367が形成され、これにより、珪素膜367中のニッケル元素の濃度が相対的に減少した。   As a result, a thermal oxide film denoted by reference numeral 367 was formed to a thickness of 200 angstroms. FIG. 46 (D) shows this state. In this step, an oxide film 367 containing nickel element at a high concentration (that is, gettering nickel element) is formed, and thereby the concentration of nickel element in the silicon film 367 is relatively reduced. .

従って、この熱酸化膜367中には、その成膜に従ってゲッタリングされたニッケル元素が高濃度に含まれる。また熱酸化膜367が成膜されることにより、結晶性珪素膜366は500オングストローム程度の膜厚となる。次に、ニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜367を除去した。こうして、図46(E)に示す状態を得た。   Therefore, the thermal oxide film 367 contains a high concentration of nickel element gettered according to the film formation. Further, by forming the thermal oxide film 367, the crystalline silicon film 366 has a thickness of about 500 angstroms. Next, the thermal oxide film 367 containing nickel element at a high concentration was removed. In this way, the state shown in FIG.

この状態においては、活性層(島状に形成された結晶性珪素膜)366中において、ニッケル元素が結晶性珪素膜の表面に向かって濃度が高くなっている濃度分布を有しているが、この状態は、熱酸化膜367の形成の際に、この熱酸化膜367中にニッケル元素がゲッタリングされて行ったことに起因している。従って、この熱酸化膜367を除去した後に、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングし、ニッケル元素の濃度が高い領域を除去することは有用である。   In this state, the active layer (crystalline silicon film formed in an island shape) 366 has a concentration distribution in which the concentration of nickel element increases toward the surface of the crystalline silicon film. This state is due to nickel element gettering in the thermal oxide film 367 when the thermal oxide film 367 is formed. Therefore, after removing the thermal oxide film 367, it is useful to further etch the surface of the crystalline silicon film to remove the region having a high nickel element concentration.

このようにして得られた、横成長領域からなるパターン366中に残留するニッケル元素の濃度は、実施例50で示した場合に比較して、さらに低いものとすることができる。これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度がそもそも低いことにも起因する。こうして、横成長領域からなるパターン366中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。 The concentration of the nickel element remaining in the pattern 366 made of the lateral growth region thus obtained can be made lower than that shown in Example 50. This is also due to the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Thus, the nickel element concentration in the pattern 366 formed of the lateral growth region can be easily set to an order of 10 17 cm −3 or less.

また、本実施例のように横成長領域を利用して薄膜トランジスタを形成した場合には、実施例50に示したような縦成長(実施例50の場合には、全面が縦成長する)領域を利用した場合に比較して、より高移動度を有する半導体装置を得ることができる。図46(E)に示す状態を得た後、さらに活性層366の表面に熱酸化膜(図示せず)を成膜した。この熱酸化膜の成膜は、950℃の酸素雰囲気中で30分の加熱処理を行うことによって、500オングストロームの厚さに成膜することができた。   Further, when the thin film transistor is formed by utilizing the lateral growth region as in the present embodiment, the vertical growth region as shown in the embodiment 50 (in the case of the embodiment 50, the entire surface is vertically grown) is formed. A semiconductor device having higher mobility can be obtained as compared with the case where it is used. After obtaining the state shown in FIG. 46E, a thermal oxide film (not shown) was further formed on the surface of the active layer 366. The thermal oxide film can be formed to a thickness of 500 angstroms by performing a heat treatment for 30 minutes in an oxygen atmosphere at 950 ° C.

勿論、上記熱酸化膜の膜厚は、加熱時間や加熱温度、さらに雰囲気中の酸素濃度を制御することによって、所望、所定の値とすることができる。この後、例えば薄膜トランジスタを作製する場合には、この熱酸化膜を覆って、さらにプラズマCVD法等で酸化珪素膜を成膜し、上記熱酸化膜と合わせてゲイト絶縁膜を形成することができる。また、熱酸化膜を所望、所定の膜厚とし、そのままゲイト絶縁膜としてもよい。   Of course, the thickness of the thermal oxide film can be set to a desired and predetermined value by controlling the heating time, the heating temperature, and the oxygen concentration in the atmosphere. Thereafter, for example, when a thin film transistor is manufactured, a silicon oxide film is formed by plasma CVD or the like so as to cover the thermal oxide film, and a gate insulating film can be formed together with the thermal oxide film. . Further, the thermal oxide film may have a desired and predetermined film thickness and may be used as it is as a gate insulating film.

《実施例53》
本実施例53は、本発明に係る結晶性珪素膜を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製した例である。図47は、本実施例における作製工程を示す図である。
Example 53
Example 53 is an example in which a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device is manufactured using the crystalline silicon film according to the present invention. FIG. 47 is a diagram showing a manufacturing process in this example.

まず、実施例50及び実施例52に示した工程により、それぞれ、ガラス基板上に活性層の形状にパターニングされた島状の半導体層(結晶性珪素膜からなる層)を形成した。以下の工程は、両者共同じである。図47(A)に示す状態において、369がガラス基板、370が下地膜、371が結晶性珪素膜で構成された活性層である。   First, by the steps shown in Example 50 and Example 52, island-shaped semiconductor layers (layers made of a crystalline silicon film) patterned in the shape of an active layer were formed on a glass substrate, respectively. The following steps are the same for both. In the state shown in FIG. 47A, 369 is a glass substrate, 370 is a base film, and 371 is an active layer made of a crystalline silicon film.

次に、熱酸化膜368を形成する前に、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を施した。このプラズマは高周波放電によって生成させた。このプラズマ処理によって、活性層371の露呈した表面に存在している有機物を除去した。正確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマによってこの酸化した有機物が還元気化される。   Next, before the thermal oxide film 368 was formed, plasma treatment was performed in a reduced pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was generated by high frequency discharge. By this plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 371 were removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by the oxygen plasma, and the oxidized organic substance is reduced and vaporized by the hydrogen plasma.

こうして活性層371の露呈した表面に存在する有機物が除去される。この有機物の除去は、活性層371の表面における固定電荷の存在を抑制する上で非常に効果がある。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであり、その存在を少なくすることは非常に有用である。次いで、熱酸化法により、その表面に200オングストロームの熱酸化膜368を形成し、図47(A)に示す状態を得た。   In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 371 are removed. This removal of organic matter is very effective in suppressing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 371. Fixed charges resulting from the presence of organic substances hinder the operation of the device and cause instability of characteristics, and it is very useful to reduce the presence thereof. Next, a thermal oxidation film 368 of 200 angstroms was formed on the surface by thermal oxidation, and the state shown in FIG. 47A was obtained.

その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜372を1000オングストロームの厚さに成膜した。成膜方法としては、酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法やTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法などが用い得るが、ここではTEOSとN2O との混合ガスを用いた。この酸化窒化珪素膜372は熱酸化膜368と合わせてゲイト絶縁膜として機能する。 Thereafter, a silicon oxynitride film 372 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. As a film forming method, a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O, a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O, and the like can be used. Here, TEOS and N 2 are used. A mixed gas with 2 O was used. This silicon oxynitride film 372 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 368.

ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入(侵入)すると、絶縁膜としての機能が低下し、薄膜トランシスタの特性の不安定性やバラツキの原因となるが、それらを防ぐ上で、該酸化窒化珪素膜中にハロゲン元素を含有させることは有効である。即ち、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することで、活性層中に存在するニッケル元素の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを防ぐことができる。また、酸化窒化珪素膜とすることは、その緻密な膜質から、ゲイト絶縁膜中に金属元素が進入しにくくなるという有意性がある。なお、ゲイト絶縁膜としては、通常利用されている酸化珪素膜を用いることもできる。   When a metal element enters (penetrates) into the gate insulating film, the function as the insulating film is deteriorated, causing instability and variations in characteristics of the thin film transistor. In order to prevent them, the silicon oxynitride film It is effective to contain a halogen element. That is, by fixing the nickel element by the action of the halogen element, it is possible to prevent the function of the gate insulating film from being deteriorated due to the influence of the nickel element present in the active layer. In addition, the silicon oxynitride film has a significance that it is difficult for a metal element to enter the gate insulating film due to its dense film quality. Note that a commonly used silicon oxide film can also be used as the gate insulating film.

ゲイト絶縁膜として機能する酸化窒化珪素膜372を成膜した後、後にゲイト電極として機能する、図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここでヒロックやウィスカーとは、加熱が行われることによって、アルミニウムの異常成長が発生し、針状或いは刺状の突起部が形成されてしまうことを意味する。   After forming a silicon oxynitride film 372 functioning as a gate insulating film, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by a sputtering method. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean that abnormal heating of aluminum occurs when heating is performed, and needle-like or stab-like protrusions are formed.

上記アルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として行った。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことで、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。この図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜は、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。   After the aluminum film was formed, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality is formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode. The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次に、レジストマスク374を形成し、そしてアルミニウム膜を373で示されるパターンにパターニングした。こうして図47(B)に示す状態を得た。次いで再度の陽極酸化を行った。ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン373を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号376で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。   Next, a resist mask 374 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 373. Thus, the state shown in FIG. 47B was obtained. Then, another anodic oxidation was performed. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 376 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 373 as an anode.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク374が存在する関係で、アルミニウムパターンの側面に選択的に陽極酸化膜376が形成される。この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化の時間によって制御することができる。   In this step, an anodic oxide film 376 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern because the resist mask 374 having high adhesion exists on the upper portion. This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いでレジストマスク306を除去した後、さらに、再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜376中に電解溶液が進入する関係から、符号377で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。   Next, after removing the resist mask 306, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. Then, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 377 because the electrolyte solution enters the porous anodic oxide film 376.

この緻密な陽極酸化膜377の膜厚は1000オングストロームとした。この膜厚の制御は印加電圧によって行った。ここで、露呈した酸化窒化珪素膜372と熱酸化膜368をエッチングした。このエッチングはドライエッチングを利用した。次いで、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜376を除去した。こうして図47(D)に示す状態を得た。   The dense anodic oxide film 377 has a thickness of 1000 angstroms. This film thickness was controlled by the applied voltage. Here, the exposed silicon oxynitride film 372 and the thermal oxide film 368 were etched. This etching utilized dry etching. Next, the porous anodic oxide film 376 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG.

その後、不純物イオンの注入を行ったが、ここではNチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにP(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法によって実施した。この工程においては、ヘビードープがされる379と383の領域と、ライトドープがされる380と382の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜378の一部が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。   Thereafter, impurity ions were implanted. Here, P (phosphorus) ions were implanted by plasma doping in order to fabricate an N-channel type thin film transistor. In this step, regions 379 and 383 that are heavily doped and regions 380 and 382 that are lightly doped are formed. This is because part of the remaining silicon oxide film 378 functions as a semi-transmissive mask, and part of the implanted ions is shielded there.

次いで、紫外線の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。紫外線に代えて赤外線又はレーザー光を用いることもできる。こうしてソース領域379、チャネル形成領域381、ドレイン領域383、低濃度不純物領域380と382が自己整合的に形成された。ここで、符号382で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by irradiating with ultraviolet rays. Infrared rays or laser light can be used instead of ultraviolet rays. Thus, the source region 379, the channel formation region 381, the drain region 383, and the low concentration impurity regions 380 and 382 are formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 382 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

なお、緻密な陽極酸化膜377の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域381の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例においてもオフセットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。   Note that when the thickness of the dense anodic oxide film 377 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 381 with the film thickness. In this embodiment, the offset gate region is formed, but since the size thereof is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in the drawing.

次に、層間絶縁膜384として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは酸化珪素膜を形成した。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極385とドレイン電極386の形成を行った。こうして図47(E)に示す薄膜トランジスタを完成させた。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 384. Here, a silicon oxide film is formed. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Then, contact holes were formed, and a source electrode 385 and a drain electrode 386 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 47E was completed.

《実施例54》
本実施例54は、実施例53(図47)に示すのとは異なる工程で薄膜トランジスタを作製した例である。図48に本実施例の作製工程を示す。まず、実施例50又は実施例52に示した工程により、それぞれ、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。次に、それらをパターニングし、さらに酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。以下の工程は、両者共同じである。
Example 54
Example 54 is an example in which a thin film transistor was manufactured through a process different from that shown in Example 53 (FIG. 47). FIG. 48 shows a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 50 or Example 52, respectively. Next, they were patterned, and further plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. The following steps are the same for both.

次いで、熱酸化膜387を200オングストロームの厚さに成膜し、図48(A)に示す状態を得た。この熱酸化膜387の成膜は、温度950℃の酸素雰囲気中において30分の加熱処理を施すことによって実施した。図48(A)に示す状態において、符号388で示す部分がガラス基板、389が下地膜、390が結晶性珪素膜で構成された活性層である。なお、熱酸化膜387はゲッタリングのための熱酸化膜の除去後に、再度形成された熱酸化膜である。   Next, a thermal oxide film 387 was formed to a thickness of 200 angstroms to obtain the state shown in FIG. The thermal oxide film 387 was formed by performing a heat treatment for 30 minutes in an oxygen atmosphere at a temperature of 950 ° C. In the state shown in FIG. 48A, a portion indicated by reference numeral 388 is a glass substrate, 389 is a base film, and 390 is an active layer made of a crystalline silicon film. The thermal oxide film 387 is a thermal oxide film formed again after the removal of the thermal oxide film for gettering.

図48(A)に示す状態を得た後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化窒化珪素膜391を1000オングストロームの厚さに成膜した。この成膜は酸素とシランとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法により実施した。これに代えてTEOSとN2O との混合ガスを用いたプラズマCVD法を用いることもできる。酸化窒化珪素膜391は、熱酸化膜387とともにゲイト絶縁膜を構成する。なお、酸化窒化珪素膜のほかに、酸化珪素膜を用いることもできる。 After obtaining the state shown in FIG. 48A, a silicon oxynitride film 391 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. This film formation was performed by a plasma CVD method using a mixed gas of oxygen, silane, and N 2 O. Alternatively, a plasma CVD method using a mixed gas of TEOS and N 2 O can be used. The silicon oxynitride film 391 forms a gate insulating film together with the thermal oxide film 387. Note that a silicon oxide film can be used instead of the silicon oxynitride film.

次いで、後にゲイト電極として機能する図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。その後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として実施した。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行うことにより、アルミニウム膜の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜を形成させた。   Next, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. Thereafter, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was implemented by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, an anodic oxidation film having a dense film quality was formed on the surface of the aluminum film by performing anodization using the aluminum film as an anode and platinum as a cathode.

上記図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。次に、レジストマスク392を形成し、そしてアルミニウム膜を符号393で示されるパターンにパターニングした。   The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation. Next, a resist mask 392 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by reference numeral 393.

次いで、再度の陽極酸化を行ったが、ここでは3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン393を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号394で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成される。この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク392が存在する関係で、アルミニウムパターン393の側面に選択的に陽極酸化膜394が形成される。   Next, anodic oxidation was performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film denoted by reference numeral 394 is formed by performing anodization using the aluminum pattern 393 as an anode. In this step, an anodic oxide film 394 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern 393 because the resist mask 392 having high adhesion exists on the upper portion.

上記陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここではその膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は陽極酸化時間によって制御することができる。次いでレジストマスク392を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜394中に電解溶液が進入する関係から、符号395で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成された。   The anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time. Next, after removing the resist mask 392, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality was formed as indicated by reference numeral 395 because the electrolytic solution entered the porous anodic oxide film 394.

次に、最初の不純物イオンの注入を行った。この不純物イオンの注入によってソース領域396とドレイン領域398が形成される。なお、符号397の領域には不純物イオンは注入されない。次に、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸液を用いて多孔質状の陽極酸化膜394を除去した。こうして図48(D)に示す状態を得た。その後、再度不純物イオンの注入を行った。この不純物イオンは最初の不純物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件で実施した。   Next, the first impurity ions were implanted. A source region 396 and a drain region 398 are formed by this impurity ion implantation. Note that impurity ions are not implanted into the region 397. Next, the porous anodic oxide film 394 was removed using a mixed acid solution in which acetic acid, nitric acid and phosphoric acid were mixed. Thus, the state shown in FIG. 48D was obtained. Thereafter, impurity ions were implanted again. This impurity ion was performed under the condition of light doping rather than the initial impurity ion implantation condition.

上記の工程によって、符号399及び400で示すライトドープ領域が形成された。そして、符号401で示される領域がチャネル形成領域となる。次いで、レーザー光又は強光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行うが、ここではレーザー光を照射して実施した。こうしてソース領域396、チャネル形成領域401、ドレイン領域398、低濃度不純物領域399と400が自己整合的に形成された。ここで、符号400で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Through the above steps, lightly doped regions indicated by reference numerals 399 and 400 were formed. A region denoted by reference numeral 401 is a channel formation region. Next, the region into which the impurity ions have been implanted is activated by irradiating with laser light or strong light. Here, the laser light irradiation is performed. Thus, the source region 396, the channel formation region 401, the drain region 398, and the low-concentration impurity regions 399 and 400 are formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 400 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

次に、層間絶縁膜402として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは窒化珪素膜を形成した。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成して構成してもよい。次いでコンタクトホールの形成を行い、ソース電極403とドレイン電極404の形成を行った。こうして図48(E)に示す薄膜トランジスタを完成させた。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 402. Here, a silicon nitride film is formed. The interlayer insulating film may be formed by forming a layer made of a resin material on a silicon oxide film or a silicon nitride film. Next, contact holes were formed, and a source electrode 403 and a drain electrode 404 were formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 48E was completed.

《実施例55》
本実施例55は、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相補型に構成した例である。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。図49は本実施例の作製工程を示す図である。
Example 55
The present embodiment 55 is an example in which an N channel type thin film transistor and a P channel type thin film transistor are configured in a complementary manner. The configuration shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example. For example, it can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device. FIG. 49 is a diagram showing a manufacturing process of this example.

まず、図49(A)に示すように、ガラス基板406上に、下地膜407として酸化珪素膜、或いは酸化窒化珪素膜を成膜する。好ましくは酸化窒化珪素膜を使用するが、ここでは酸化窒化珪素膜を成膜した。次いで、図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法により成膜した。これに代えて減圧熱CVD法を用いてもよい。さらに、実施例50に示した方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した。   First, as illustrated in FIG. 49A, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed as a base film 407 over a glass substrate 406. Although a silicon oxynitride film is preferably used, a silicon oxynitride film is formed here. Next, an amorphous silicon film (not shown) was formed by a plasma CVD method. Instead, a reduced pressure thermal CVD method may be used. Further, this amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the method shown in Example 50.

次いで、酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理を行った後、得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層408と409を形成した。こうして図49(A)に示す状態を得た。なお、ここでは、活性層の側面を移動するキャリアの影響を抑制するために、図49(A)に示した状態において、HClを3容量%含んだ窒素雰囲気中で温度650℃、10時間の加熱処理を行った。   Next, after performing plasma treatment in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, the obtained crystalline silicon film was patterned to form active layers 408 and 409. Thus, the state shown in FIG. Here, in order to suppress the influence of carriers moving on the side surface of the active layer, in the state shown in FIG. 49A, the temperature is 650 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of HCl. Heat treatment was performed.

活性層408、409の側面に金属元素の存在によるトラップ準位が存在すると、OFF電流特性の悪化を招くので、上記のような処理を行い、活性層の側面における準位の密度を低下させておくことは有用である。次に、ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜405と酸化窒化珪素膜410を成膜した。ここで、基板として石英を用いる場合には、前述の熱酸化法による熱酸化膜のみによってゲイト絶縁膜を構成することが望ましい。   If the trap level due to the presence of the metal element is present on the side surfaces of the active layers 408 and 409, the OFF current characteristics are deteriorated. Therefore, the above processing is performed to reduce the level density on the side surfaces of the active layer. It is useful to leave. Next, a thermal oxide film 405 and a silicon oxynitride film 410 constituting a gate insulating film were formed. Here, when quartz is used as the substrate, it is desirable to form the gate insulating film only by the thermal oxide film formed by the above-described thermal oxidation method.

次いで、後にゲイト電極を構成するための図示しないアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さに成膜した。アルミニウム膜以外の金属としては、陽極酸化可能な金属(例えばタンタル)を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に極薄い緻密な陽極酸化膜を形成した。次に、アルミニウム膜上に図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った。そして、得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜413と414を形成した。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。   Next, an aluminum film (not shown) for forming a gate electrode later was formed to a thickness of 4000 angstroms. As the metal other than the aluminum film, an anodizable metal (for example, tantalum) can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film was formed on the surface by the method described above. Next, a resist mask (not shown) was placed on the aluminum film, and the aluminum film was patterned. Then, anodization was performed using the obtained aluminum pattern as an anode, and porous anodic oxide films 413 and 414 were formed. The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms.

さらに、再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を行い、緻密な陽極酸化膜415と416を形成した。ここで緻密な陽極酸化膜415と416の膜厚は800オングストロームとした。こうして図49(B)に示す状態を得た。さらに露呈した酸化珪素膜410と熱酸化膜405をドライエッチングによって除去し、図49(C)に示す状態を得た。その後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜413と414を除去した。こうして図49(D)に示す状態を得た。   Furthermore, anodization was performed again under the conditions for forming a dense anodic oxide film, and dense anodic oxide films 415 and 416 were formed. Here, the dense anodic oxide films 415 and 416 have a thickness of 800 angstroms. Thus, the state shown in FIG. 49B was obtained. Further, the exposed silicon oxide film 410 and the thermal oxide film 405 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG. Thereafter, the porous anodic oxide films 413 and 414 were removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. Thus, the state shown in FIG.

ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(リン)イオンが、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンが注入されるようにした。この不純物イオン(Pイオン)の注入によって、高濃度のN型を有するソース領域419とドレイン領域422が自己整合的に形成された。また、低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域420が同時に形成され、同時に、チャネル形成領域421が形成された。   Here, resist masks are alternately arranged so that P (phosphorus) ions are implanted into the left thin film transistor and B (boron) ions are implanted into the right thin film transistor. By the implantation of impurity ions (P ions), a source region 419 and a drain region 422 having a high concentration N-type were formed in a self-aligned manner. In addition, a weak N-type region 420 doped with P ions at a low concentration was formed at the same time, and a channel formation region 421 was formed at the same time.

符号420で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜417が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜417を透過したPイオンがゲイト絶縁膜417によって一部遮蔽されるからである。また同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域426とドレイン領域423が自己整合的に形成される。また、低濃度不純物領域425が同時に形成され、同時にチャネル形成領域424が形成される。   The reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 420 is formed is that the remaining gate insulating film 417 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 417 are partially shielded by the gate insulating film 417. Further, the source region 426 and the drain region 423 having strong P-type are formed in a self-aligned manner by the same principle and method. Further, a low concentration impurity region 425 is formed at the same time, and a channel formation region 424 is formed at the same time.

なお、緻密な陽極酸化膜415と416の膜厚が2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜415と416の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。次いで、レーザー光の照射を行い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行った。なおレーザー光に代えて強光を用ることもできる。   If the dense anodic oxide films 415 and 416 are as thick as 2000 angstroms, the offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness. In the case of this embodiment, since the dense anodic oxide films 415 and 416 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored. Next, laser light was irradiated to anneal the region into which impurity ions were implanted. Note that strong light can be used instead of laser light.

次いで、図49(E)に示すように、層間絶縁膜として窒化珪素膜427と酸化珪素膜428を成膜した。膜の厚さはそれぞれ1000オングストロームとした。なお、酸化珪素膜428は成膜しなくてもよい。こうして窒化珪素膜によって、薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることにより、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。   Next, as shown in FIG. 49E, a silicon nitride film 427 and a silicon oxide film 428 were formed as interlayer insulating films. The thickness of each film was 1000 angstroms. Note that the silicon oxide film 428 is not necessarily formed. Thus, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure.

さらに、樹脂材料からなる層間絶縁膜429をスピンコート法を用いて形成した。層間絶縁膜429の厚さは、ここでは1μmとした。そしてコンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極430とドレイン電極431を形成すると同時に、右側の薄膜トランジスタのソース電極432とドレイン電極431を形成した。ここで、ドレイン電極431は共通に配置されたものとなる。こうして図49(F)に示す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相補型に構成した薄膜トランジスタを完成させた。   Further, an interlayer insulating film 429 made of a resin material was formed using a spin coating method. Here, the thickness of the interlayer insulating film 429 is 1 μm. Then, contact holes were formed to form the source electrode 430 and the drain electrode 431 of the left N-channel thin film transistor, and at the same time, the source electrode 432 and the drain electrode 431 of the right thin film transistor were formed. Here, the drain electrodes 431 are arranged in common. In this manner, a thin film transistor in which the N-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor shown in FIG.

以上のようにして、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路を構成することができる。本実施例に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化珪素膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られる。この構成により可動イオンや水分が侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。また、さらに多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   As described above, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure can be formed. In the structure shown in this embodiment, a structure in which the thin film transistor is covered with a silicon nitride film and further covered with a resin material can be obtained. With this configuration, it is possible to make the movable ion and moisture highly resistant to intrusion. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitance from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例56》
本実施例56は、実施例50に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例である。この場合には、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。この場合は、下地膜の形成後にニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素(当該金属元素)が接して保持された状態とする。
Example 56
The present embodiment 56 is an example in which nickel element is directly introduced into the surface of the base film in the step shown in the embodiment 50. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this case, nickel element is introduced after the formation of the base film, and the nickel element (the metal element) is first held in contact with the surface of the base film.

本実施例では、下地膜の表面に、酢酸ニッケル塩の水溶液を塗布することで、直接ニッケル元素を導入し、その他の工程については実施例50と同様にして、図45(E)に示すように、含有ニッケル濃度を低減した結晶性珪素膜からなる島状のパターン356を得た。ニッケル元素の導入方法としては、溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、また吸着法等を用いることができる。   In this embodiment, nickel element is directly introduced by applying an aqueous solution of nickel acetate to the surface of the base film, and the other steps are the same as in Embodiment 50, as shown in FIG. In addition, an island-shaped pattern 356 made of a crystalline silicon film with a reduced nickel content was obtained. As a method for introducing nickel element, in addition to a method using a solution, a sputtering method, a CVD method, an adsorption method, or the like can be used.

《実施例57》
本実施例57は、前記各実施例に対応する図45(E)の状態、図46(E)の状態、図47(A)の状態及び図48(A)の状態において、レーザー光の照射を行うことにより、得られた結晶性珪素膜からなる島状のパターンの結晶性を向上させた例である。本実施例では、それらそれぞれの状態でレーザー光の照射を行い、結晶性珪素膜からなる島状のパターンの結晶性を向上させた。
Example 57
The present embodiment 57 is irradiated with laser light in the state of FIG. 45 (E), the state of FIG. 46 (E), the state of FIG. 47 (A) and the state of FIG. 48 (A) corresponding to each of the above embodiments. This is an example in which the crystallinity of the island-shaped pattern made of the crystalline silicon film obtained is improved. In this embodiment, laser light was irradiated in each of these states to improve the crystallinity of the island-shaped pattern made of the crystalline silicon film.

上記各図45(E)、図46(E)、図47(A)、図48(A)の状態において、レーザー光を照射する場合には、パターニング前の膜全体に対してアニールを施す場合に比較して、比較的低い照射エネルギー密度でもって、所定のアニール効果を得ることができる。これは、小さい面積の箇所にレーザーエネルギーが照射されるので、アニールに利用されるエネルギー効率が高まるためであると考えられる。   45E, 46E, 47A, and 48A, in the case of irradiating laser light, annealing is performed on the entire film before patterning. As compared with the above, a predetermined annealing effect can be obtained with a relatively low irradiation energy density. This is considered to be because the energy efficiency used for annealing increases because the laser energy is irradiated to a small area.

《実施例58》
本実施例58は、ガラス基板上にニッケル元素を利用して結晶性珪素膜を得た例である。本実施例では、まずニッケル元素の作用により高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得た。そしてレーザー光の照射を行った。このレーザー光の照射を行うことで、膜の結晶性を高めるとともに、局所的に集中して存在しているニッケル元素を膜中に拡散させる。即ちニッケルの固まりを減少又は消滅させた。
Example 58
Example 58 is an example in which a crystalline silicon film is obtained on a glass substrate using nickel element. In this example, first, a crystalline silicon film having high crystallinity was obtained by the action of nickel element. Laser irradiation was then performed. By irradiating this laser light, the crystallinity of the film is enhanced and nickel elements present locally are diffused in the film. That is, the mass of nickel was reduced or eliminated.

次いで、F(フッ素)を含んだ酸化膜を熱酸化法によって、この結晶性珪素膜上に形成した。この時、得られた結晶性珪素膜中に残存したニッケル元素がF元素の作用により熱酸化膜中にゲッタリングされる。この場合、ニッケル元素が先のレーザー光の照射によって分散して存在しているので、効果的にゲッタリングが進行する。さらに上記のようにゲッタリングして高濃度にニッケル元素を含有した熱酸化膜を除去した。このようにすることにより、ガラス基板上に高い結晶性を有していながら、かつニッケル元素濃度の低い結晶性珪素膜を得た。   Next, an oxide film containing F (fluorine) was formed on the crystalline silicon film by a thermal oxidation method. At this time, the nickel element remaining in the obtained crystalline silicon film is gettered into the thermal oxide film by the action of the F element. In this case, since the nickel element is dispersed by the previous laser beam irradiation, gettering proceeds effectively. Further, the thermal oxide film containing nickel element at a high concentration was removed by gettering as described above. By doing so, a crystalline silicon film having a high crystallinity on the glass substrate and a low nickel element concentration was obtained.

図50は本実施例の作製工程を示す図である。まずコーニング1737ガラス基板(歪点667℃)433上に、下地膜として酸化珪素膜434を3000オングストロームの厚さに成膜した。この成膜にはスパッタ法を使用した。酸化珪素膜434は、後の工程において、ガラス基板中からの不純物の拡散を防ぐ機能を有する。またガラス基板と後に成膜される珪素膜との間に働く応力を緩和する機能を有する。   FIG. 50 is a diagram showing a manufacturing process of this example. First, a silicon oxide film 434 having a thickness of 3000 angstroms was formed on a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) 433 as a base film. A sputtering method was used for this film formation. The silicon oxide film 434 has a function of preventing diffusion of impurities from the glass substrate in a later step. It also has a function of relieving stress acting between the glass substrate and a silicon film to be formed later.

下地膜434中にハロゲン元素を微量に含有させておくことは有効である。このようにすると、後の工程において、半導体層中に存在する珪素の結晶化を助長する金属元素を、ハロゲン元素によって、下地膜中にゲッタリングすることができる。また、下地膜の成膜後に水素プラズマ処理を加えることは有効である。これは、下地膜の表面に存在する炭化物を除去し、後に形成される珪素膜との界面に固定電荷の準位が存在することを抑制する効果があるからである。水素プラズマ処理に代わる方法として、酸素と水素とを混合した雰囲気でのプラズマ処理を行うことも有効である。   It is effective to contain a trace amount of halogen element in the base film 434. In this manner, in a later step, a metal element that promotes crystallization of silicon existing in the semiconductor layer can be gettered into the base film with a halogen element. It is also effective to add a hydrogen plasma treatment after forming the base film. This is because the carbide existing on the surface of the base film is removed, and there is an effect of suppressing the existence of fixed charge levels at the interface with the silicon film to be formed later. As an alternative to hydrogen plasma treatment, it is also effective to perform plasma treatment in an atmosphere in which oxygen and hydrogen are mixed.

次に、後に結晶性珪素膜となる非晶質珪素膜435を500オングストロームの厚さに減圧熱CVD法で成膜した。減圧熱CVD法を用いたのは、その方が後に得られる結晶性珪素膜の膜質が優れているからであり、具体的には、膜質が緻密であるからである。なお、減圧熱CVD法以外の方法としては、プラズマCVD法を用いることができる。ここで作製する非晶質珪素膜は、膜中の酸素濃度が5×1017cm-3〜2×1019cm-3であることが望ましい。 Next, an amorphous silicon film 435 to be a crystalline silicon film later was formed to a thickness of 500 angstrom by a low pressure thermal CVD method. The reason why the low pressure thermal CVD method is used is that the crystalline silicon film obtained later is superior in film quality, specifically, the film quality is dense. As a method other than the low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method can be used. The amorphous silicon film produced here preferably has an oxygen concentration in the film of 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .

これは、後の金属元素(珪素の結晶化を助長する金属元素)をゲッタリングする工程(本実施例の場合はニッケルのゲッタリング工程)において、酸素が重要な役割を果たすからである。ただし、酸素濃度が上記濃度範囲より高い場合は、非晶質珪素膜の結晶化が阻害されるので注意が必要である。また、酸素濃度が上記濃度範囲より低い場合には、金属元素のゲッタリング作用への寄与が小さくなる。また他の不純物濃度、例えば窒素や炭素の不純物濃度は極力低い方がよい。これらは、具体的には2×1019cm-3以下の濃度とすることが好ましい。 This is because oxygen plays an important role in a process of gettering a metal element (a metal element that promotes crystallization of silicon) later (in this embodiment, a nickel gettering process). However, when the oxygen concentration is higher than the above concentration range, care must be taken because crystallization of the amorphous silicon film is inhibited. Further, when the oxygen concentration is lower than the above concentration range, the contribution of the metal element to the gettering action is reduced. Also, other impurity concentrations, such as nitrogen and carbon impurity concentrations, should be as low as possible. Specifically, the concentration is preferably 2 × 10 19 cm −3 or less.

この非晶質珪素膜の膜厚の上限は2000オングストローム程度である。これは、後のレーザー光の照射による効果を得るには、あまり厚い膜であることが不利であるからである。厚い膜が不利であるのは、珪素膜に照射されるレーザー光の殆んどは膜の表面において吸収されてしまうことに原因がある。なお、非晶質珪素膜435の膜厚の下限は、成膜方法の如何にもよるが、実用的には200オングストローム程度である。それ以下の膜厚の場合、その膜厚の均一性に問題が出る。   The upper limit of the thickness of the amorphous silicon film is about 2000 angstroms. This is because it is disadvantageous that the film is too thick in order to obtain the effect of subsequent laser light irradiation. The disadvantage of the thick film is that most of the laser light applied to the silicon film is absorbed on the surface of the film. Note that the lower limit of the film thickness of the amorphous silicon film 435 is practically about 200 angstroms although it depends on the film forming method. If the thickness is less than that, a problem arises in the uniformity of the thickness.

次に、非晶質珪素膜435を結晶化させるための金属元素を導入した。ここでは、珪素の結晶化を助長する金属元素としてニッケル元素を利用し、ニッケル元素の導入方法として、溶液を用いる方法を利用した。ここでは、10ppm(重量)のニッケルを含んだニッケル酢酸塩水溶液を非晶質珪素膜435の表面に塗布することでニッケル元素を導入した。ニッケル元素の導入方法としては、上記の溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらにはプラズマ処理や吸着法を用いることができる。このうち溶液を用いる方法は、簡便であり、また金属元素の濃度調整が簡単であるという点で有用である。   Next, a metal element for crystallizing the amorphous silicon film 435 was introduced. Here, a nickel element is used as a metal element for promoting crystallization of silicon, and a method using a solution is used as a method for introducing the nickel element. Here, nickel element was introduced by applying a nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm (weight) of nickel to the surface of the amorphous silicon film 435. As a method for introducing nickel element, in addition to the method using the above solution, a sputtering method, a CVD method, a plasma treatment or an adsorption method can be used. Among these, the method using a solution is useful in that it is simple and the concentration of the metal element can be easily adjusted.

ニッケル酢酸塩水溶液を塗布することにより、図50(A)の436で示されるニッケル酢酸塩水溶液の水膜が形成された。この状態を得た後、図示しないスピナーを用いて余分な溶液を吹き飛ばした。このようにして、ニッケル元素が非晶質珪素膜435の表面に接して保持された状態とした。非晶質珪素膜435に導入されるニッケル元素の量は、水膜436の保持時間や、スピナーを用いたその除去条件によっても調整することができる。   By applying the nickel acetate aqueous solution, a water film of the nickel acetate aqueous solution indicated by 436 in FIG. 50 (A) was formed. After obtaining this state, excess solution was blown off using a spinner (not shown). In this way, nickel was held in contact with the surface of the amorphous silicon film 435. The amount of nickel element introduced into the amorphous silicon film 435 can also be adjusted by the retention time of the water film 436 and the removal conditions using a spinner.

なお、後の加熱工程における不純物の残留を考慮すると、酢酸ニッケル塩水溶液を用いる代わりに、例えば硫酸ニッケル等を用いることが好ましい。これは、酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んでおり、これが後の加熱工程において炭化して膜中、あるいは膜の表面に炭素成分が残留することが懸念されるからである。   In view of residual impurities in the subsequent heating step, it is preferable to use, for example, nickel sulfate instead of the nickel acetate aqueous solution. This is because the nickel acetate salt solution contains carbon, which may be carbonized in a subsequent heating step and carbon components may remain in the film or on the surface of the film.

次いで、図50(B)に示す状態において、加熱処理を行い、非晶質珪素膜435を結晶化させ、結晶性珪素膜437を得た。ここでは水素を3容量%含んだ640℃の窒素雰囲気中において加熱処理を行い、加熱時間は4時間とした。加熱処理の温度は500〜700℃の範囲の温度で行えるが、ガラス基板の歪点以下の温度で行うことが好ましい。本実施例で用いているコーニング1737ガラス基板の歪点は667℃であることから、その上限は余裕を見て650℃程度とすることが好ましい。   Next, in the state shown in FIG. 50B, heat treatment was performed to crystallize the amorphous silicon film 435, so that a crystalline silicon film 437 was obtained. Here, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 640 ° C. containing 3% by volume of hydrogen, and the heating time was 4 hours. The heat treatment can be performed at a temperature in the range of 500 to 700 ° C., but is preferably performed at a temperature below the strain point of the glass substrate. Since the strain point of the Corning 1737 glass substrate used in this example is 667 ° C., the upper limit is preferably about 650 ° C. with a margin.

上記の加熱処理による結晶化工程において、雰囲気を還元雰囲気とするのは加熱処理工程中において、酸化物が形成されてしまうことを防止するためである。具体的には、ニッケルと酸素とが反応して、NiOX が膜の表面や膜中に形成されてしまうことを抑制するためである。酸素は、後のゲッタリング工程においてニッケルと結合して、ニッケルのゲッタリングに多大な貢献をすることとなる。しかし、この結晶化の段階で酸素とニッケルとが結合することは、結晶化を阻害するものであることが判明している。従って、この加熱による結晶化の工程においては、酸化物の形成を極力抑制することが重要となる。 The reason why the atmosphere is reduced in the crystallization process by the heat treatment is to prevent oxides from being formed during the heat treatment process. More specifically, the reaction with nickel and oxygen, because the NiO X is prevented from undesirably formed on the surface of the film or within the film. Oxygen combines with nickel in a later gettering step and contributes greatly to nickel gettering. However, it has been found that the combination of oxygen and nickel at this crystallization stage inhibits crystallization. Therefore, in the crystallization process by heating, it is important to suppress the formation of oxide as much as possible.

また、上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気中の酸素濃度は、ppmオーダー、好ましくは1ppm以下とすることが必要である。上記の結晶化のための加熱処理を行う雰囲気の殆んどを占める気体としては、窒素以外にアルゴン等の不活性ガス、或いはこれらの混合ガスを利用することができる。上記の加熱処理による結晶化工程の後においては、ニッケル元素がある程度の固まりとして残存している。このことは、TEM(透過型電子顕微鏡)による観察から確認された。このニッケルがある程度の固まりで存在しているという事実の原因は明らかではないが、何らかの結晶化のメカニズムと関係しているものと考えられる。   In addition, the oxygen concentration in the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed needs to be on the order of ppm, preferably 1 ppm or less. As a gas occupying most of the atmosphere in which the heat treatment for crystallization is performed, an inert gas such as argon or a mixed gas thereof can be used in addition to nitrogen. After the crystallization step by the heat treatment, nickel element remains as a certain amount of solid. This was confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope). The cause of the fact that nickel is present in a certain amount of mass is not clear, but it is thought to be related to some crystallization mechanism.

次に、図50C)に示すようにレーザー光の照射を行った。ここではKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用い、レーザー光のビーム形状を線状としたものを走査しながら照射する方法を採用した。このレーザー光の照射を行うことで、前述の加熱処理による結晶化の結果、局所的に集中していたニッケル元素がある程度膜437中に分散する。即ち、ニッケル元素の固まりを消滅又は減少させ、ニッケル元素を分散させることができる。上記レーザー光としては、XeClエキシマレーザー(波長308nm)やその他の種類のエキシマレーザーを用いることもできる。またレーザー光ではなく、例えば紫外線や赤外線の照射を行う構成としてもよい。   Next, as shown in FIG. 50C), laser light was irradiated. Here, a method of using a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and irradiating while scanning a linear laser beam shape was adopted. By this laser light irradiation, nickel elements that have been locally concentrated as a result of the crystallization by the heat treatment described above are dispersed in the film 437 to some extent. That is, the nickel element mass can be eliminated or reduced, and the nickel element can be dispersed. As the laser light, an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) or other types of excimer lasers can be used. Moreover, it is good also as a structure which irradiates with an ultraviolet-ray and infrared rays instead of a laser beam.

次に、図50(D)に示す工程において再度の加熱処理を行った。この加熱処理はニッケル元素をゲッタリングするための熱酸化膜を形成するための処理であり、ここでは雰囲気を水素を3容量%、ClF3 を100ppm(容量)含んだ酸素雰囲気とし、この雰囲気中で温度640℃の加熱処理を行った。この工程においては、200オングストロームの厚さに熱酸化膜を形成した。 Next, heat treatment was performed again in the process illustrated in FIG. This heat treatment is a treatment for forming a thermal oxide film for gettering nickel element. Here, the atmosphere is an oxygen atmosphere containing 3 % by volume of hydrogen and 100 ppm (capacity) of ClF 3. Then, a heat treatment at a temperature of 640 ° C. was performed. In this step, a thermal oxide film was formed to a thickness of 200 angstroms.

この工程は、結晶化のために初期の段階で意図的に混入させたニッケル元素を結晶性珪素膜437中から除去するための工程である。この加熱処理は、基板が普通のガラス基板の場合には、500〜700℃程度の温度範囲で行われる。この加熱処理温度の上限は、使用するガラス基板の歪点によって制限され、使用するガラス基板の歪点以上の温度で加熱処理を行うと、基板が変形するので注意が必要である。   This step is a step for removing nickel element intentionally mixed in the initial stage for crystallization from the crystalline silicon film 437. This heat treatment is performed in a temperature range of about 500 to 700 ° C. when the substrate is an ordinary glass substrate. The upper limit of the heat treatment temperature is limited by the strain point of the glass substrate to be used, and care should be taken because the substrate is deformed when the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the glass substrate to be used.

この工程において、前述のレーザー光の照射によって分散されたニッケル元素が、形成される酸化膜438中にゲッタリングされて行く。このため酸化膜438中におけるニッケル濃度が他の領域に比較して当然高くなる。また、結晶性珪素膜437の熱酸化膜438との界面近傍においてニッケル元素が高くなる傾向が観察された。これは、ゲッタリングが主に行われる領域が、珪素膜と酸化膜との界面近傍の酸化膜側であることが要因であると考えられる。   In this step, the nickel element dispersed by the laser beam irradiation is gettered into the oxide film 438 to be formed. Therefore, the nickel concentration in oxide film 438 is naturally higher than that in other regions. Further, a tendency for nickel element to increase in the vicinity of the interface between the crystalline silicon film 437 and the thermal oxide film 438 was observed. This is considered to be because the region where gettering is mainly performed is on the oxide film side in the vicinity of the interface between the silicon film and the oxide film.

また、界面近傍においてゲッタリングが進行するのは、界面近傍の応力や欠陥の存在が要因であると考えられる。また、珪素膜437と熱酸化膜438との界面近傍においてフッ素及び塩素の濃度が高くなる傾向が観察された。このようにして得られた結晶性珪素膜は、珪素の結晶化を助長する金属元素が1×1016cm-3〜5×1018cm-3の濃度で含まれ、フッ素原子が1×1015cm-3〜1×1020cm-3の濃度で含まれ、水素原子が1×1017cm-3〜1×1021cm-3の 濃度で含まれたものとなる。 In addition, it is considered that the gettering progresses in the vicinity of the interface due to the presence of stress and defects in the vicinity of the interface. Moreover, the tendency for the concentration of fluorine and chlorine to increase near the interface between the silicon film 437 and the thermal oxide film 438 was observed. The crystalline silicon film thus obtained contains a metal element that promotes crystallization of silicon at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 and contains 1 × 10 fluorine atoms. It is contained at a concentration of 15 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , and hydrogen atoms are contained at a concentration of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .

図50(D)に示す熱酸化膜438の形成が終了した後、ニッケルを高濃度に含んだ該酸化膜438を除去した。この酸化膜438の除去はバッファーフッ酸(その他フッ酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングやドライエッチングを用いて行えるが、ここではバッファーフッ酸によるウェットエッチングを行った。こうして、図50(E)に示すように、含有ニッケル濃度が低減した結晶性珪素膜439が得られた。   After the formation of the thermal oxide film 438 shown in FIG. 50D, the oxide film 438 containing nickel at a high concentration was removed. The oxide film 438 can be removed by wet etching using buffer hydrofluoric acid (other hydrofluoric acid-based etchants) or dry etching. Here, wet etching using buffer hydrofluoric acid was performed. Thus, as shown in FIG. 50E, a crystalline silicon film 439 with a reduced concentration of nickel was obtained.

得られた結晶性珪素膜439の表面近傍には、比較的ニッケル元素が高濃度に含まれるので、上記の酸化膜438のエッチングをさらに進めて、結晶性珪素膜439の表面を少しオーバーエッチングすることは有効である。また、熱酸化膜438を除去した後に、再びレーザー光を照射して、得られた結晶性珪素膜439の結晶性をさらに助長することは有効である。   In the vicinity of the surface of the obtained crystalline silicon film 439, since a relatively high concentration of nickel element is contained, the etching of the oxide film 438 is further advanced to slightly over-etch the surface of the crystalline silicon film 439. It is effective. It is also effective to further promote the crystallinity of the obtained crystalline silicon film 439 by removing the thermal oxide film 438 and irradiating the laser beam again.

《実施例59》
本実施例59は、実施例58に示す構成において、珪素の結晶化を助長する金属元素として、Cuを用いた場合の例である。この場合、Cuを導入するための溶液として、酢酸第2銅〔Cu(CH3 COO)2 〕や塩化第2銅(CuCl2 2H2O)等が用いられるが、ここでは塩化第2銅(CuCl2 2H2O)水溶液を用いた。他の工程は、実施例58に示す工程と同じとし、図50(E)の状態を得た。
Example 59
Example 59 is an example in which Cu is used as the metal element for promoting crystallization of silicon in the configuration shown in Example 58. In this case, cupric acetate [Cu (CH 3 COO) 2 ], cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), or the like is used as a solution for introducing Cu. A CuCl 2 2H 2 O) aqueous solution was used. Other steps were the same as those shown in Example 58, and the state shown in FIG.

《実施例60》
本実施例60は、実施例58とは異なる形態の結晶成長を行わせた例である。本実施例は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成長を行わせる方法に関する。図51に本実施例の作製工程を示す。
Example 60
The present Example 60 is an example in which crystal growth in a form different from that of the Example 58 is performed. This embodiment relates to a method of performing crystal growth in a direction parallel to the substrate, called lateral growth, using a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 51 shows a manufacturing process of this example.

まず、コーニング1737ガラス基板440上に、下地膜441として酸化珪素膜を3000オングストロームの厚さに成膜した。次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪素膜442を減圧熱CVD法によって600オングストロームの厚さに成膜した。この非晶質珪素膜の厚さは、前述したように2000オングストローム以下とすることが好ましい。上記基板としては石英基板等の他の基板を用いてもよい。   First, a silicon oxide film having a thickness of 3000 angstroms was formed as a base film 441 on a Corning 1737 glass substrate 440. Next, an amorphous silicon film 442 serving as a starting film for the crystalline silicon film was formed to a thickness of 600 angstrom by low pressure thermal CVD. As described above, the thickness of the amorphous silicon film is preferably 2000 angstroms or less. Another substrate such as a quartz substrate may be used as the substrate.

次に、図示しない酸化珪素膜を1500オングストロームの厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、符号443で示されるマスクを形成した。このマスクは符号444で示される領域に開口が形成されている。この開口444が形成されている領域においては、非晶質珪素膜442が露呈している。開口444は、図面の奥行から手前方向に長手方向の細長い長方形を有している。この開口444の幅は20μm以上とするのが適当であり、その長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すればよい。本実施例では、その幅を50μm、長さを8cmとした。   Next, a silicon oxide film (not shown) was formed to a thickness of 1500 angstroms and patterned to form a mask indicated by reference numeral 443. This mask has an opening formed in a region indicated by reference numeral 444. In the region where the opening 444 is formed, the amorphous silicon film 442 is exposed. The opening 444 has an elongated rectangular shape in the longitudinal direction from the depth of the drawing toward the front. The width of the opening 444 is suitably 20 μm or more, and the length in the longitudinal direction may be formed with a required length. In this example, the width was 50 μm and the length was 8 cm.

そして、実施例58で示したと同じく、重量換算で10ppmのニッケル元素を含んだ酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、スピナーを用いてスピンドライを行い、余分な溶液を除去した。こうして、ニッケル元素が、図51(A)の点線445で示されるように、非晶質珪素膜442の露呈した表面に接して保持された状態が実現された。   And as shown in Example 58, after applying nickel acetate aqueous solution containing 10 ppm of nickel element in terms of weight, spin drying was performed using a spinner to remove excess solution. Thus, a state in which the nickel element was held in contact with the exposed surface of the amorphous silicon film 442 was realized as indicated by a dotted line 445 in FIG.

次に、水素を3容量%含有した極力酸素を含まない窒素雰囲気中において、温度640℃、4時間の加熱処理を行った。すると、図51(B)の446で示されるような、基板440に平行な方向への結晶成長が進行した。この結晶成長はニッケル元素が導入された開口444の領域から周囲に向かって進行する。このような、基板に平行な方向への結晶成長を、本明細書中、横成長又はラテラル成長と指称している。   Next, heat treatment was performed at a temperature of 640 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen and containing as little oxygen as possible. Then, crystal growth progressed in a direction parallel to the substrate 440 as indicated by 446 in FIG. This crystal growth proceeds from the region of the opening 444 into which nickel element is introduced toward the periphery. Such crystal growth in a direction parallel to the substrate is referred to as lateral growth or lateral growth in this specification.

本実施例に示すような条件においては、この横成長を100μm以上にわたって行わせることができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜447が得られた。なお、開口444が形成されている領域においては、珪素膜の表面から下地界面に向かって縦成長とよばれる垂直方向への結晶成長が進行している。次いで、ニッケル元素を選択的に導入するための酸化珪素膜からなるマスク443を除去した。こうして、図51(C)に示す状態を得た。この状態では、結晶性珪素膜447中に、縦成長領域、横成長領域、結晶成長が及ばなかった領域(非晶質状態)が存在している。   Under the conditions as shown in this embodiment, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. Thus, a silicon film 447 having a laterally grown region was obtained. In the region where the opening 444 is formed, crystal growth in the vertical direction called vertical growth proceeds from the surface of the silicon film toward the base interface. Next, the mask 443 made of a silicon oxide film for selectively introducing nickel element was removed. In this way, the state shown in FIG. In this state, the crystalline silicon film 447 includes a vertical growth region, a lateral growth region, and a region where the crystal growth does not reach (amorphous state).

この状態においては、ニッケル元素が膜中に偏在している。特に、開口444が形成されていた領域と符号446で示される結晶成長の先端部分においては、ニッケル元素が比較的高濃度で存在している。次に、レーザー光の照射を行ったが、ここでは実施例58と同様にKrFエキシマレーザーを用いた。この工程により、偏在したニッケル元素を拡散させ、後のゲッタリング工程においてゲッタリングを行い易い状態が得られる。   In this state, nickel element is unevenly distributed in the film. In particular, the nickel element is present at a relatively high concentration in the region where the opening 444 was formed and the tip portion of the crystal growth indicated by reference numeral 446. Next, laser light was irradiated. Here, a KrF excimer laser was used as in Example 58. By this step, the unevenly distributed nickel element is diffused, and a state in which gettering can be easily performed in the subsequent gettering step is obtained.

レーザー光の照射が終了した後、水素を3容量%、NF3 を100ppm(容量)含んだ雰囲気中において、温度650℃での加熱処理を行った。この工程において、ニッケル元素を膜中に高濃度に含んだ酸化膜448を200オングストロームの厚さに形成し、同時に珪素膜447中のニッケル元素濃度が相対的に減少させた。上記加熱処理による熱酸化膜の形成が終了した後、ニッケル元素を高い濃度で含んだ熱酸化膜448を除去した。 After completion of the laser light irradiation, heat treatment was performed at a temperature of 650 ° C. in an atmosphere containing 3 % by volume of hydrogen and 100 ppm (volume) of NF 3 . In this step, an oxide film 448 containing nickel element at a high concentration was formed to a thickness of 200 angstroms, and at the same time, the nickel element concentration in the silicon film 447 was relatively reduced. After the formation of the thermal oxide film by the heat treatment, the thermal oxide film 448 containing nickel element at a high concentration was removed.

上記熱酸化膜448を除去した後、さらに結晶性珪素膜の表面をエッチングすることは有効である。次いで、パターニングを行うことにより、横成長領域からなるパターン449を形成した。このようにして得られた横成長領域からなるパターン449中に残留するニッケル元素の濃度は、実施例58で示した場合に比較して、さらに低いものとすることができる。   It is effective to further etch the surface of the crystalline silicon film after removing the thermal oxide film 448. Next, patterning was performed to form a pattern 449 composed of a laterally grown region. The concentration of the nickel element remaining in the pattern 449 composed of the lateral growth region obtained in this way can be made lower than that in the case of the embodiment 58.

これは、横成長領域中に含まれる金属元素の濃度が、そもそも低いことにも起因する。具体的には、横成長領域からなるパターン448中のニッケル元素の濃度を1017cm-3以下のオーダーにすることが容易に可能である。なお、図51(E)に示すパターンを形成した後に、さらにエッチング処理を行い、パターン表面に存在しているニッケル元素を除去することは有用である。 This is also due to the fact that the concentration of the metal element contained in the lateral growth region is low in the first place. Specifically, the concentration of the nickel element in the pattern 448 composed of the lateral growth region can be easily set to an order of 10 17 cm −3 or less. In addition, after forming the pattern shown in FIG. 51E, it is useful to further perform an etching process to remove the nickel element existing on the pattern surface.

次いで、形成されたパターン449に、熱酸化膜450を形成した。この熱酸化膜の形成は、温度650℃の酸素雰囲気中での加熱処理を12時間行うことにより、200オングストロームの厚さに成膜した。また、この熱酸化膜450を形成する際に、雰囲気中にフッ素を含有させることは有効である。この熱酸化膜450の形成の際に、雰囲気中にフッ素を含有させると、フッ素の作用によりニッケル元素の固定化と珪素膜表面の不対結合手の中和とを行うことができる。即ち、活性層とゲイト絶縁膜との界面特性を向上させることができる。   Next, a thermal oxide film 450 was formed on the formed pattern 449. The thermal oxide film was formed to a thickness of 200 angstroms by performing a heat treatment in an oxygen atmosphere at a temperature of 650 ° C. for 12 hours. Further, it is effective to include fluorine in the atmosphere when forming the thermal oxide film 450. When the thermal oxide film 450 is formed, if fluorine is contained in the atmosphere, the action of fluorine can fix the nickel element and neutralize dangling bonds on the surface of the silicon film. That is, the interface characteristics between the active layer and the gate insulating film can be improved.

また、フッ素の代わりに塩素を利用するのでもよい。なお、この熱酸化膜は、薄膜トランジスタを構成するのであれば、後にゲイト絶縁膜の一部となる。またこの後、薄膜トランジスタを作製する場合には、熱酸化膜450を覆って、さらにプラズマCVD法等で酸化珪素膜を成膜し、ゲイト絶縁膜を形成する。   Further, chlorine may be used instead of fluorine. If this thermal oxide film constitutes a thin film transistor, it will become a part of the gate insulating film later. After that, when a thin film transistor is manufactured, a silicon oxide film is formed by plasma CVD or the like to cover the thermal oxide film 450, and a gate insulating film is formed.

《実施例61》
本実施例61は、本発明により得られた結晶性珪素膜を利用して、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型のEL表示装置の画素領域に配置される薄膜トランジスタを作製した例である。
Example 61
Embodiment 61 is an example in which a thin film transistor disposed in a pixel region of an active matrix liquid crystal display device or an active matrix EL display device is manufactured using the crystalline silicon film obtained according to the present invention. .

図52に本実施例の作製工程を示す。まず、実施例58及び実施例60に示した工程により、それぞれ、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。以下の工程は、両者とも同じである。実施例58に示した構成で結晶性珪素膜を得た場合には、それをパターニングすることにより、図50(A)〜(E)に示す工程を経た後、図52(A)に示す状態を得た。   FIG. 52 shows a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 58 and Example 60, respectively. The following steps are the same for both. When a crystalline silicon film is obtained with the structure shown in Embodiment 58, the state shown in FIG. 52 (A) is obtained by performing patterning of the silicon silicon film and passing through the steps shown in FIGS. Got.

図52(A)に示す状態において、452がガラス基板、453が下地膜、454が結晶性珪素膜で構成された活性層である。図52(A)に示す状態を得た後、酸素と水素を混合した減圧雰囲気でのプラズマ処理を実施した。このプラズマは、高周波放電によって生成させた。このプラズマ処理によって、活性層454の露呈した表面に存在している有機物が除去された。正確には、酸素プラズマによって活性層の表面に吸着している有機物が酸化され、さらに水素プラズマによってこの酸化した有機物が還元、気化される。こうして活性層454の露呈した表面に存在する有機物が除去された。   In the state shown in FIG. 52A, reference numeral 452 denotes a glass substrate, 453 denotes a base film, and 454 denotes an active layer made of a crystalline silicon film. After obtaining the state shown in FIG. 52A, plasma treatment was performed in a reduced pressure atmosphere in which oxygen and hydrogen were mixed. This plasma was generated by high frequency discharge. By this plasma treatment, organic substances present on the exposed surface of the active layer 454 were removed. Precisely, the organic substance adsorbed on the surface of the active layer is oxidized by the oxygen plasma, and the oxidized organic substance is further reduced and vaporized by the hydrogen plasma. In this way, organic substances present on the exposed surface of the active layer 454 were removed.

上記有機物の除去は、活性層454の表面における固定電荷の存在を減少させる上で非常に効果がある。有機物の存在に起因する固定電荷は、デバイスの動作を阻害したり、特性の不安定性の要因となるものであり、その存在を少なくすることは非常に有用である。そのように有機物の除去を行った後、温度640℃の酸素雰囲気中において熱酸化を行い、100オングストロームの熱酸化膜451を形成させた。この熱酸化膜は、半導体層との界面特性が高く、後にゲイト絶縁膜の一部を構成することとなる。こうして図52(A)に示す状態を得た。   The removal of the organic substance is very effective in reducing the presence of fixed charges on the surface of the active layer 454. Fixed charges resulting from the presence of organic substances hinder the operation of the device and cause instability of characteristics, and it is very useful to reduce the presence thereof. After removing the organic material in this manner, thermal oxidation was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 640 ° C. to form a thermal oxide film 451 having a thickness of 100 Å. This thermal oxide film has high interface characteristics with the semiconductor layer, and will later constitute a part of the gate insulating film. In this way, the state shown in FIG.

その後、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜455を1000オングストロームの厚さに成膜した。酸化珪素膜455の成膜は、プラズマCVD法により実施した。この酸化珪素膜455は熱酸化膜451と一体となってゲイト絶縁膜として機能する。なお、酸化珪素膜455中にハロゲン元素を含有させることは有効である。この場合、ハロゲン元素の作用によりニッケル元素を固定化することができる。そして、活性層中に存在するニッケル元素(その他珪素の結晶化を助長する金属元素の場合も同じ)の影響で、ゲイト絶縁膜の絶縁膜としての機能が低下してしまうことを抑制することができる。   Thereafter, a silicon oxide film 455 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms. The silicon oxide film 455 was formed by a plasma CVD method. This silicon oxide film 455 functions as a gate insulating film together with the thermal oxide film 451. Note that it is effective to include a halogen element in the silicon oxide film 455. In this case, the nickel element can be immobilized by the action of the halogen element. Further, it is possible to suppress the deterioration of the function of the gate insulating film as an insulating film due to the influence of nickel element existing in the active layer (the same applies to other metal elements that promote crystallization of silicon). it can.

次に、後にゲイト電極として機能する、図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜中にスカンジウムを含有させるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが発生することを抑制するためである。ここでヒロックやウィスカーとは、加熱の際のアルミニウムの異常成長に起因する針状或いは刺状の突起部のことを意味する。   Next, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress generation of hillocks and whiskers in the subsequent process. Here, hillocks and whiskers mean needle-like or stab-like protrusions resulting from abnormal growth of aluminum during heating.

上記のようにアルミニウム膜を成膜した後、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液を用い、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として実施した。この工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有する陽極酸化膜を100オングストロームの厚さに成膜した。この陽極酸化膜は、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。またこの陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御した。   After the aluminum film was formed as described above, a dense anodic oxide film (not shown) was formed. This anodic oxide film was formed using an electrolytic solution of an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid, an aluminum film as an anode, and platinum as a cathode. In this step, an anodic oxide film having a dense film quality was formed to a thickness of 100 angstroms on the aluminum film. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The thickness of the anodic oxide film was controlled by the applied voltage during anodic oxidation.

次いで、レジストマスク457を形成し、そしてアルミニウム膜を456で示されるパターンにパターニングした。こうして図52(B)に示す状態を得た。ここで再度の陽極酸化を行った。ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン456を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号459で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成された。   Next, a resist mask 457 was formed, and the aluminum film was patterned into a pattern indicated by 456. In this way, the state shown in FIG. 52 (B) was obtained. Here, anodic oxidation was performed again. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, anodization was performed using the aluminum pattern 456 as an anode, whereby a porous anodic oxide film indicated by reference numeral 459 was formed.

この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク457が存在する関係で、アルミニウムパターン456の側面に選択的に陽極酸化膜459が形成される。この陽極酸化膜459はその膜厚を数μmまで成長させることができる。ここでは、その膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は陽極酸化時間によって制御することができる。   In this step, an anodic oxide film 459 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern 456 because the resist mask 457 with high adhesion exists on the upper portion. This anodic oxide film 459 can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

次いで、レジストマスク457を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行った。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液とした陽極酸化を再び実施した。この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜459中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号460で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成された。   Next, after removing the resist mask 457, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation was again performed using the above-described ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution. In this step, an anodic oxide film having a dense film quality was formed as indicated by reference numeral 460 because the electrolyte solution entered (invaded) into the porous anodic oxide film 459.

この緻密な陽極酸化膜460の膜厚は1000オングストロームとしたが、この膜厚の制御は印加電圧によって行った。次いで、露呈した酸化珪素膜455をエッチングすると同時に、熱酸化膜451をエッチングした。このエッチングにはドライエッチングを利用した。そして酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜459を除去した。こうして図52(D)に示す状態を得た。   The film thickness of the dense anodic oxide film 460 was 1000 angstroms, but the film thickness was controlled by the applied voltage. Next, the exposed silicon oxide film 455 was etched, and at the same time, the thermal oxide film 451 was etched. Dry etching was used for this etching. Then, the porous anodic oxide film 459 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG.

この後、不純物イオンの注入を行ったが、ここではNチャネル型の薄膜トランジスタを作製するために、P(リン)イオンの注入をプラズマドーピング法によって行った。この工程においては、ヘビードープがされる462と466の領域とライトドープがされる463と465の領域が形成される。これは、残存した酸化珪素膜461が半透過なマスクとして機能し、注入されたイオンの一部がそこで遮蔽されるからである。   Thereafter, impurity ions were implanted. Here, in order to fabricate an N-channel type thin film transistor, P (phosphorus) ions were implanted by a plasma doping method. In this step, regions 462 and 466 that are heavily doped and regions 463 and 465 that are lightly doped are formed. This is because the remaining silicon oxide film 461 functions as a semi-transmissive mask, and a part of the implanted ions is shielded there.

次いで、レーザー光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を実施した。このレーザー光に代えて強光を適用することもできる。こうしてソース領域462、チャネル形成領域464、ドレイン領域466、低濃度不純物領域463と465が自己整合的に形成された。ここで、符号465で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。   Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by laser light irradiation. Instead of this laser light, strong light can be applied. Thus, the source region 462, the channel formation region 464, the drain region 466, and the low-concentration impurity regions 463 and 465 are formed in a self-aligned manner. Here, a region denoted by reference numeral 465 is a region called an LDD (lightly doped drain) region.

なお、緻密な陽極酸化膜460の膜厚を2000オングストローム以上というように厚くした場合、その膜厚でもってチャネル形成領域464の外側にオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例においてもオフセットゲイト領域は形成されているが、その寸法が小さいのでその存在による寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記載していない。なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜を2000オングストローム以上というように厚く形成するのは、200V以上の印加電圧が必要とされるので注意が必要である。   When the thickness of the dense anodic oxide film 460 is increased to 2000 angstroms or more, an offset gate region can be formed outside the channel formation region 464 with the film thickness. In this embodiment, the offset gate region is formed, but since the size thereof is small, the contribution due to its existence is small, and the drawing becomes complicated, so it is not shown in the drawing. It should be noted that an anodic oxide film having a dense film quality is formed as thick as 2000 angstroms or more because an applied voltage of 200 V or more is required.

次に、層間絶縁膜467として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここではその積層膜を形成した。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を用いてもよい。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極468とドレイン電極469の形成を行った。こうして図52(E)に示す薄膜トランジスタを得た。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 467. Here, the stacked film is formed. As the interlayer insulating film, a layer made of a resin material may be used on the silicon oxide film or the silicon nitride film. Then, contact holes were formed, and a source electrode 468 and a drain electrode 469 were formed. Thus, a thin film transistor shown in FIG. 52E was obtained.

《実施例62》
本実施例62は、実施例61(図52)に示す工程とは異なる工程で薄膜トランジスタを作製した例である。図53に本実施例の作製工程を示す。まず、実施例58及び実施例60に示した工程により、それぞれ、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成した。そしてそれをパターニングすることにより、図53(A)に示す状態を得た。以下の工程は、両者共に同じである。
Example 62
Example 62 is an example in which a thin film transistor was manufactured by a process different from the process shown in Example 61 (FIG. 52). FIG. 53 shows a manufacturing process of this example. First, a crystalline silicon film was formed on a glass substrate by the steps shown in Example 58 and Example 60, respectively. And the state shown to FIG. 53 (A) was obtained by patterning it. The following steps are the same for both.

図53(A)に示す状態を得た後、酸素と水素の混合減圧雰囲気中においてプラズマ処理を行った。図53(A)に示す状態において、471がガラス基板、472が酸化珪素膜からなる下地膜、符号473で示すのが結晶性珪素膜で構成された活性層である。また符号470はゲッタリングのための熱酸化膜を除去した後に、再度形成された熱酸化膜である。次いで、図53(B)に示すように、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜474をプラズマCVD法によって1000オングストロームの厚さに成膜した。   After obtaining the state shown in FIG. 53A, plasma treatment was performed in a mixed reduced pressure atmosphere of oxygen and hydrogen. In the state shown in FIG. 53A, 471 is a glass substrate, 472 is a base film made of a silicon oxide film, and reference numeral 473 is an active layer made of a crystalline silicon film. Reference numeral 470 denotes a thermal oxide film formed again after removing the thermal oxide film for gettering. Next, as shown in FIG. 53B, a silicon oxide film 474 constituting a gate insulating film was formed to a thickness of 1000 angstroms by plasma CVD.

酸化珪素膜474は、熱酸化膜470とともに、ゲイト絶縁膜を構成することになる。次に、後にゲイト電極として機能する図示しないアルミニウム膜をスパッタ法で成膜した。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2重量%含有させた。アルミニウム膜を成膜した後、その表面に、図示しない緻密な陽極酸化膜を形成した。この陽極酸化膜は、3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として実施した。   The silicon oxide film 474 and the thermal oxide film 470 constitute a gate insulating film. Next, an aluminum film (not shown) that functions as a gate electrode later was formed by sputtering. This aluminum film contained 0.2% by weight of scandium. After the aluminum film was formed, a dense anodic oxide film (not shown) was formed on the surface. This anodic oxide film was implemented by using an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution.

上記図示しない緻密な膜質を有する陽極酸化膜の膜厚は100オングストローム程度とした。この陽極酸化膜が、後に形成されるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有している。なお、この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印加電圧によって制御することができる。次にレジストマスク475を形成した。そしてアルミニウム膜を符号476で示されるパターンにパターニングした。   The film thickness of the anodic oxide film having a dense film quality (not shown) is about 100 angstroms. This anodic oxide film has a role of improving adhesion with a resist mask to be formed later. The film thickness of the anodic oxide film can be controlled by the applied voltage during anodic oxidation. Next, a resist mask 475 was formed. The aluminum film was patterned into a pattern indicated by reference numeral 476.

次いで再度の陽極酸化を行った。ここでは、3重量%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いた。この電解溶液中において、アルミニウムのパターン476を陽極とした陽極酸化を行うことにより、符号477で示される多孔質状の陽極酸化膜が形成された。この工程においては、上部に密着性の高いレジストマスク475が存在する関係で、アルミニウムパターン476の側面に選択的に陽極酸化膜477が形成される。   Then, another anodic oxidation was performed. Here, a 3 wt% oxalic acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. In this electrolytic solution, a porous anodic oxide film indicated by reference numeral 477 was formed by performing anodization using the aluminum pattern 476 as an anode. In this step, an anodic oxide film 477 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern 476 because the resist mask 475 having high adhesion exists on the upper portion.

上記陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで成長させることができる。ここではその膜厚を6000オングストロームとした。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によって制御することができる。次いで、レジストマスク475を除去した後、さらに再度の緻密な陽極酸化膜の形成を実施した。即ち、前述した3重量%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液として用いた陽極酸化を再び実施した。すると、多孔質状の陽極酸化膜477中に電解溶液が進入(侵入)する関係から、符号478で示されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成される。   The anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness was set to 6000 angstroms. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time. Next, after removing the resist mask 475, a dense anodic oxide film was formed again. That is, the anodic oxidation using the ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid as an electrolytic solution was performed again. As a result, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by reference numeral 478 because the electrolytic solution enters (invades) into the porous anodic oxide film 477.

次いで、最初の不純物イオンの注入を行った。ここではNチャネル型の薄膜トランジスタを作製するために、P(リン)イオンに注入を行った。なお、Pチャネル型の薄膜トランジスタを作製するのであれば、B(ホウ素)イオンの注入を行う。この不純物イオンの注入によって、ソース領域479とドレイン領域481が形成される。この時、符号480の領域には不純物イオンが注入されない。次に、酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔質状の陽極酸化膜477を除去した。こうして図53(D)に示す状態を得た。   Next, the first impurity ions were implanted. Here, in order to fabricate an N-channel thin film transistor, P (phosphorus) ions were implanted. Note that if a p-channel thin film transistor is manufactured, B (boron) ions are implanted. By this impurity ion implantation, a source region 479 and a drain region 481 are formed. At this time, impurity ions are not implanted into the region indicated by reference numeral 480. Next, the porous anodic oxide film 477 was removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid, and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. 53 (D) was obtained.

その後、再度不純物イオン(リンイオン)の注入を行った。この不純物イオンは、最初の不純物イオンの注入条件よりライトドーピングの条件(低ドーズ量)で実施した。この工程において、ライトドープ領域482と483が形成され、そして符号484で示される領域がチャネル形成領域となる。   Thereafter, impurity ions (phosphorus ions) were implanted again. This impurity ion was performed under the condition of light doping (low dose amount) than the initial impurity ion implantation condition. In this step, lightly doped regions 482 and 483 are formed, and a region indicated by reference numeral 484 becomes a channel forming region.

次いで、レーザー光の照射を行うことにより、不純物イオンが注入された領域の活性化を行った。なお、レーザー光に代えて赤外線や紫外線等の強光を照射してもよい。こうしてソース領域479、チャネル形成領域484、ドレイン領域481、低濃度不純物領域482と483が自己整合的に形成された。ここで、符号483で示されるのが、LDD(ライトドープドレイン)領域と称される領域となる。   Next, the region into which the impurity ions were implanted was activated by laser light irradiation. Note that strong light such as infrared rays or ultraviolet rays may be irradiated instead of the laser light. Thus, the source region 479, the channel formation region 484, the drain region 481, and the low concentration impurity regions 482 and 483 are formed in a self-aligned manner. Here, what is indicated by reference numeral 483 is a region referred to as an LDD (lightly doped drain) region.

次いで、層間絶縁膜485として、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成するが、ここでは窒化珪素膜を用いて形成した。層間絶縁膜としては、酸化珪素膜又は窒化珪素膜上に樹脂材料からなる層を形成したものを用いてもよい。そしてコンタクトホールの形成を行い、ソース電極486とドレイン電極487の形成を行い、さらに温度350℃の水素雰囲気中において1時間の加熱処理(水素化加熱処理)を行った。この工程において活性層中の欠陥や不対結合手が中和される。こうして図53(E)に示す薄膜トランジスタを得た。   Next, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof is formed as the interlayer insulating film 485. Here, a silicon nitride film is used. As the interlayer insulating film, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed with a layer made of a resin material may be used. Then, contact holes were formed, a source electrode 486 and a drain electrode 487 were formed, and a heat treatment (hydrogenation heat treatment) for 1 hour was performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 350 ° C. In this step, defects and dangling bonds in the active layer are neutralized. Thus, a thin film transistor shown in FIG. 53E was obtained.

《実施例63》
本実施例63は、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相補型に構成した例である。本実施例に示す構成は、例えば絶縁表面上に集積化された各種薄膜集積回路に利用することができる。また、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆動回路に利用することができる。図54は本実施例の工程を示す図である。
Example 63
Example 63 is an example in which an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor are configured to be complementary. The configuration shown in this embodiment can be used for various thin film integrated circuits integrated on an insulating surface, for example. For example, it can be used for a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device. FIG. 54 is a diagram showing a process of this example.

まず、図54(A)に示すようにガラス基板489上に下地膜490として酸化珪素膜を成膜した。なお、酸化珪素膜に代えて窒化珪素膜を用いてもよい。次いで、図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法又は減圧熱CVD法によって成膜するが、ここでは前者を用いた。さらに実施例58に示した方法により、この非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成した。そして酸素と水素の混合雰囲気中においてプラズマ処理をした後、該結晶性珪素膜をパターニングして、活性層491と492を得た。その後、符号488で示される熱酸化膜を形成した。熱酸化膜488の膜厚は100オングストローム程度とした。こうして図54(A)に示す状態を得た。   First, as shown in FIG. 54A, a silicon oxide film was formed as a base film 490 over a glass substrate 489. Note that a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide film. Next, an amorphous silicon film (not shown) is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Here, the former is used. Further, this amorphous silicon film was transformed into a crystalline silicon film by the method shown in Example 58. Then, after plasma treatment in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen, the crystalline silicon film was patterned to obtain active layers 491 and 492. Thereafter, a thermal oxide film indicated by reference numeral 488 was formed. The film thickness of the thermal oxide film 488 was about 100 angstroms. In this way, the state shown in FIG. 54 (A) was obtained.

次に、ゲイト絶縁膜493としての酸化珪素膜を成膜した。そして、後にゲイト電極を構成するための、図示しないアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さにスパッタ法により成膜した。アルミニウム膜以外の金属としては、陽極酸化可能な金属(例えばタンタル)を利用することができる。アルミニウム膜を形成した後、前述した方法により、その表面に図示しない極薄い緻密な陽極酸化膜を形成した。   Next, a silicon oxide film was formed as the gate insulating film 493. Then, an aluminum film (not shown) for forming a gate electrode later was formed to a thickness of 4000 angstrom by sputtering. As the metal other than the aluminum film, an anodizable metal (for example, tantalum) can be used. After forming the aluminum film, an extremely thin dense anodic oxide film (not shown) was formed on the surface by the method described above.

次に、アルミニウム膜上に、図示しないレジストマスクを配置し、アルミニウム膜のパターニングを行った。そして、得られたアルミニウムパターンを陽極として陽極酸化を行い、多孔質状の陽極酸化膜496と497を形成した。この多孔質状の陽極酸化膜の膜厚は5000オングストロームとした。次いで、図示しないレジストマスクを除去し、さらに再度緻密な陽極酸化膜を形成する条件で陽極酸化を実施した。この工程で緻密な陽極酸化膜498と499を形成した。   Next, a resist mask (not shown) was placed on the aluminum film, and the aluminum film was patterned. Then, anodization was performed using the obtained aluminum pattern as an anode, and porous anodic oxide films 496 and 497 were formed. The thickness of the porous anodic oxide film was 5000 angstroms. Next, the resist mask (not shown) was removed, and anodization was performed again under the conditions for forming a dense anodized film again. Dense anodic oxide films 498 and 499 were formed by this process.

ここで緻密な陽極酸化膜498と499の膜厚は800オングストロームとした。こうして図54(B)に示す状態を得た。さらに露呈した酸化珪素膜493と熱酸化膜488をドライエッチングによって除去し、図54(C)に示す状態を得た。その後、酢酸と硝酸とリン酸を混合した混酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜496と497を除去した。こうして図54(D)に示す状態を得た。   Here, the dense anodic oxide films 498 and 499 have a thickness of 800 angstroms. In this way, the state shown in FIG. 54 (B) was obtained. Further, the exposed silicon oxide film 493 and the thermal oxide film 488 were removed by dry etching to obtain the state shown in FIG. Thereafter, the porous anodic oxide films 496 and 497 were removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphoric acid. In this way, the state shown in FIG. 54 (D) was obtained.

ここで、交互にレジストマスクを配置して、左側の薄膜トランジスタにP(リン)イオンが、右側の薄膜トランジスタにB(ホウ素)イオンが注入されるようにし、それらをプラズマドーピング法によって注入した。この不純物イオンの注入によって、高濃度のN型を有するソース領域502とドレイン領域505が自己整合的に形成された。同時に、低濃度にPイオンがドープされた弱いN型を有する領域503が形成され、チャネル形成領域504が同時に形成された。   Here, resist masks were alternately arranged so that P (phosphorus) ions were implanted into the left thin film transistor and B (boron) ions were implanted into the right thin film transistor, and these were implanted by plasma doping. By the implantation of the impurity ions, a source region 502 and a drain region 505 having a high concentration N type are formed in a self-aligned manner. At the same time, a weak N-type region 503 doped with P ions at a low concentration was formed, and a channel formation region 504 was formed at the same time.

ここで、符号503で示される弱いN型を有する領域が形成されるのは、残存したゲイト絶縁膜500が存在するからである。即ち、ゲイト絶縁膜500を透過したPイオンがゲイト絶縁膜500によって一部遮蔽されるからである。また同様な原理、手法により、強いP型を有するソース領域509とドレイン領域506が自己整合的に形成された。同時に、低濃度不純物領域508が形成され、またチャネル形成領域507が同時に形成された。   Here, the reason why the weak N-type region indicated by reference numeral 503 is formed is that the remaining gate insulating film 500 exists. That is, P ions that have passed through the gate insulating film 500 are partially shielded by the gate insulating film 500. Further, the source region 509 and the drain region 506 having strong P-type were formed in a self-aligned manner by the same principle and method. At the same time, a low concentration impurity region 508 and a channel formation region 507 were formed at the same time.

なお、緻密な陽極酸化膜498と499の膜厚が2000オングストロームというように厚い場合には、その厚さでチャネル形成領域に接してオフセットゲイト領域を形成することができる。本実施例の場合は、緻密な陽極酸化膜498と499の膜厚が1000オングストローム以下と薄いので、その存在は無視することができる。   When the dense anodic oxide films 498 and 499 are as thick as 2000 angstroms, the offset gate region can be formed in contact with the channel formation region with that thickness. In the case of the present embodiment, since the dense anodic oxide films 498 and 499 are as thin as 1000 angstroms or less, their presence can be ignored.

次いで、レーザー光の照射を行い、不純物イオンが注入された領域のアニールを行った。なお、レーザー光に代えて紫外線等の強光を照射してもよい。そして図54(E)に示すように、層間絶縁膜として、窒化珪素膜510と酸化珪素膜511を成膜し、それぞれの膜厚を1000オングストロームとした。なお、酸化珪素膜511は必ずしも成膜しなくてもよい。ここで、窒化珪素膜によって、薄膜トランジスタが覆われることになる。窒化珪素膜は緻密であり、また界面特性がよいので、このような構成とすることで、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができる。   Next, laser light was irradiated to anneal the region into which impurity ions were implanted. Note that strong light such as ultraviolet rays may be irradiated instead of laser light. Then, as shown in FIG. 54E, a silicon nitride film 510 and a silicon oxide film 511 were formed as interlayer insulating films, and the respective film thicknesses were set to 1000 angstroms. Note that the silicon oxide film 511 is not necessarily formed. Here, the thin film transistor is covered with the silicon nitride film. Since the silicon nitride film is dense and has good interface characteristics, the reliability of the thin film transistor can be improved with such a structure.

さらに、樹脂材料からなる層間絶縁膜512をスピンコート法を用いて形成した。ここでは、層間絶縁膜512の厚さを1μmとした。そしてコンタクトホールの形成を行い、左側のNチャネル型の薄膜トランジスタのソース電極513とドレイン電極514を形成した。同時に右側の薄膜トランジスタのソース電極515とドレイン電極514を形成した。ここで、ドレイン電極514は両者共通に配置されたものとなる。   Further, an interlayer insulating film 512 made of a resin material was formed using a spin coat method. Here, the thickness of the interlayer insulating film 512 is 1 μm. Then, contact holes were formed, and a source electrode 513 and a drain electrode 514 of the left N-channel thin film transistor were formed. At the same time, a source electrode 515 and a drain electrode 514 of the right thin film transistor were formed. Here, the drain electrode 514 is disposed in common.

こうして、図54(F)に示す、相補型に構成されたCMOS構造を有する薄膜トランジスタ回路が構成された。本実施例に示す構成においては、薄膜トランジスタを窒化珪素膜で覆い、さらに樹脂材料によって覆った構成が得られる。この構成により、可動イオンや水分が侵入しにくい耐久性の高いものとすることができる。また、さらに多層配線を形成したような場合に、薄膜トランジスタと配線との間に容量が形成されてしまうことを防ぐことができる。   Thus, a thin film transistor circuit having a complementary CMOS structure shown in FIG. 54 (F) was formed. In the structure shown in this embodiment, a structure in which the thin film transistor is covered with a silicon nitride film and further covered with a resin material can be obtained. With this configuration, it is possible to achieve high durability in which mobile ions and moisture hardly enter. Further, when a multilayer wiring is formed, it is possible to prevent a capacitance from being formed between the thin film transistor and the wiring.

《実施例64》
本実施例64は、実施例58に示す工程において、下地膜の表面に直接ニッケル元素を導入した例である。この場合、ニッケル元素は非晶質珪素膜の下面に接して保持されることになる。この方法による場合には、下地膜を形成した後に、ニッケル元素の導入を行い、まず下地膜の表面にニッケル元素(当該金属元素)が接して保持された状態とする。
<< Example 64 >>
Example 64 is an example in which nickel element was directly introduced into the surface of the base film in the step shown in Example 58. In this case, the nickel element is held in contact with the lower surface of the amorphous silicon film. In this method, after the base film is formed, nickel element is introduced, and first, the nickel element (the metal element) is held in contact with the surface of the base film.

本実施例では、酢酸ニッケル塩の水溶液を下地膜の表面に塗布し、その他の工程は実施例58の場合と同様にして図50(E)に示す状態を得た。このニッケル元素の導入方法としては、そのように溶液を用いる方法のほかに、スパッタ法やCVD法、さらに吸着法を用いることができる。   In this example, an aqueous solution of nickel acetate was applied to the surface of the base film, and the other steps were performed in the same manner as in Example 58 to obtain the state shown in FIG. As a method for introducing the nickel element, a sputtering method, a CVD method, and an adsorption method can be used in addition to the method using the solution.

《実施例65》
本実施例65は、図51(E)の状態、または図52(A)の状態、または図53(A)の状態においてレーザー光の照射を行い、それ以前の工程で得られた結晶性珪素膜からなる島状のパターンの結晶性をさらに向上させた例である。図51(E)、図52(A)、図53(A)の状態においてレーザー光を照射する場合、比較的低い照射エネルギー密度でもって、所定のアニール効果を得ることができる。これは、小さい面積の箇所にレーザーエネルギーが照射されるので、アニールに利用されるエネルギー効率が高まるためであると考えられる。
Example 65
In Example 65, the crystalline silicon obtained in the previous step is irradiated with laser light in the state shown in FIG. 51E, FIG. 52A, or FIG. 53A. This is an example in which the crystallinity of an island-like pattern made of a film is further improved. When laser light is irradiated in the states of FIGS. 51E, 52A, and 53A, a predetermined annealing effect can be obtained with a relatively low irradiation energy density. This is presumably because the energy efficiency used for annealing is increased because the laser energy is irradiated to a small area.

《実施例66》
本実施例66は、ボトムゲイト型の薄膜トランジスタの作製例に関する。図55に本実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示す。まず、ガラス基板516上に下地膜として酸化珪素膜517を成膜した。
Example 66
Example 66 relates to an example of manufacturing a bottom gate thin film transistor. FIG. 55 shows a manufacturing process of the thin film transistor of this example. First, a silicon oxide film 517 was formed as a base film over the glass substrate 516.

次に、適当な金属材料又は金属シリサイド材料等を用いてゲイト電極518を形成するが、ここではアルミニウムを用いた。ゲイト電極518を形成した後、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜519を成膜した。さらに、プラズマCVD法により非晶質珪素膜520を成膜した。次いで、図55(B)に示すように、ニッケル酢酸塩水溶液を塗布し、ニッケル元素が、ニッケル酢酸塩水溶液の液膜として符号521で示されるように、非晶質珪素膜520の表面に接して保持された状態とした。   Next, a gate electrode 518 is formed using an appropriate metal material or metal silicide material, and aluminum is used here. After forming the gate electrode 518, a silicon oxide film 519 functioning as a gate insulating film was formed. Further, an amorphous silicon film 520 was formed by plasma CVD. Next, as shown in FIG. 55B, a nickel acetate aqueous solution is applied, and the nickel element is in contact with the surface of the amorphous silicon film 520 as indicated by reference numeral 521 as a liquid film of the nickel acetate aqueous solution. Held in a state.

次に、水素を3容量%含有させた窒素雰囲気中において温度650℃の加熱処理を行い、非晶質珪素膜520を結晶化させた。こうして結晶性珪素膜522を得た。この結晶性珪素膜に対して、HClを5容量%、NF3 を100ppm(容量)含んだ酸素雰囲気中において、温度650℃の加熱処理を行った。この加熱処理によって熱酸化膜523を形成して、図55(C)の状態とした後、この熱酸化膜523を除去した。 Next, heat treatment was performed at a temperature of 650 ° C. in a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of hydrogen, and the amorphous silicon film 520 was crystallized. Thus, a crystalline silicon film 522 was obtained. This crystalline silicon film was subjected to heat treatment at a temperature of 650 ° C. in an oxygen atmosphere containing 5% by volume of HCl and 100 ppm (volume) of NF 3 . A thermal oxide film 523 is formed by this heat treatment to obtain the state shown in FIG. 55C, and then the thermal oxide film 523 is removed.

次いで、結晶性珪素膜522と酸化珪素膜519をパターニングし、ゲイト絶縁膜525と薄膜トランジスタの活性層526を形成した。さらに図55(D)に示すように、レジストマスク524を配置した。図55(D)の状態で、ソース及びドレイン領域を形成するために不純物イオンの注入を行った。ここでは、Nチャネル型の薄膜トランジスタを作製するためにP(リン)イオンの注入を行った。この工程でソース領域527、ドレイン領域528が形成される。   Next, the crystalline silicon film 522 and the silicon oxide film 519 were patterned to form the gate insulating film 525 and the active layer 526 of the thin film transistor. Further, as shown in FIG. 55D, a resist mask 524 is provided. In the state of FIG. 55D, impurity ions were implanted to form the source and drain regions. Here, P (phosphorus) ions were implanted in order to fabricate an N-channel thin film transistor. In this step, a source region 527 and a drain region 528 are formed.

その後、等方性のアッシングを行い、レジストマスク524を全体的に後退させた。即ち、図55(E)中符号529として示すように、レジストマスク524を全体に小さくする。こうして後退させられたレジストマスク529を得た。次いで、図55(E)の状態において、再度のPイオンの注入を実施した。   Thereafter, isotropic ashing was performed, and the resist mask 524 was entirely retracted. That is, as shown by reference numeral 529 in FIG. 55E, the resist mask 524 is made small as a whole. Thus, a resist mask 529 that was retracted was obtained. Next, in the state of FIG. 55E, another P ion implantation was performed.

この工程は、図55(D)に示す工程におけるPイオンのドーズ量よりも少ないドーズ量でもって行った。こうして、符号530と531で示される低濃度不純物領域を形成した。次に、金属電極532と533を形成した。ここで電極532はソース電極となり、電極533はドレイン電極となる。こうしてボトムゲイト型の薄膜トランジスタが完成した。   This step was performed with a dose smaller than the dose of P ions in the step shown in FIG. Thus, low concentration impurity regions indicated by reference numerals 530 and 531 were formed. Next, metal electrodes 532 and 533 were formed. Here, the electrode 532 serves as a source electrode, and the electrode 533 serves as a drain electrode. Thus, a bottom gate type thin film transistor was completed.

《実施例67の前提となる態様》
図56〜図57は、薄膜トランジスタ(TFT)の作製工程の説明図であり、後述実施例67におけるTFT作製工程の説明図でもある。そこで、まず図56〜図57に基づき、実施例67の前提である発明の具体的態様例を説明する。
<< Aspects Assumptions of Example 67 >>
56 to 57 are explanatory diagrams of a manufacturing process of a thin film transistor (TFT), and are also explanatory diagrams of a TFT manufacturing process in Example 67 which will be described later. Therefore, based on FIGS. 56 to 57, a specific example of the invention that is a premise of the embodiment 67 will be described first.

図56(A)には、ガラス基板534上に、下地膜535、非晶質珪素膜536が順次に積層され、非晶質珪素膜536の表面にはニッケル(Ni)層537が形成されている。この状態で、加熱処理することにより、図56(B)に示すように非晶質珪素膜536が結晶化されて、結晶性珪素膜538が形成される。本態様ではニッケル層537を形成する工程は必須の工程ではないが、ニッケルは結晶化に必要な熱エネルギを下げる触媒として機能するため、結晶化処理の加熱温度を下げ、かつ処理時間を短縮することが可能になる。   In FIG. 56A, a base film 535 and an amorphous silicon film 536 are sequentially stacked over a glass substrate 534, and a nickel (Ni) layer 537 is formed on the surface of the amorphous silicon film 536. Yes. By performing heat treatment in this state, the amorphous silicon film 536 is crystallized as shown in FIG. 56B, so that a crystalline silicon film 538 is formed. In this embodiment, the step of forming the nickel layer 537 is not an essential step, but since nickel functions as a catalyst for reducing the thermal energy necessary for crystallization, the heating temperature of the crystallization treatment is lowered and the treatment time is shortened. It becomes possible.

このような触媒元素としては、ニッケル(Ni)の他に、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた少なくともの1種の元素を使用できるが、ニッケルがその触媒効果が最も顕著である。なお、ニッケル元素を使用せずに、公知の技術等を使用して結晶性珪素膜を形成することも可能である。また、結晶化工程としては、加熱処理の代わりに、レーザー光を照射するようにしてもよい。さらに、結晶性珪素膜を形成した後に、レーザー光や赤外光等による光アニールや、熱アニールを実施してもよい。   As such a catalyst element, in addition to nickel (Ni), at least one element selected from Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au can be used. Nickel is most prominent in its catalytic effect. Note that a crystalline silicon film can be formed using a known technique or the like without using nickel element. Further, as the crystallization step, laser light may be irradiated instead of heat treatment. Further, after the crystalline silicon film is formed, light annealing by laser light, infrared light, or the like, or thermal annealing may be performed.

図56(C)には熱酸化工程が図示されている。結晶性珪素膜538の表面に熱酸化膜539が成長するに従って、即ちSiーO結合が形成されるに従って、未結合状態のSiが生成される。この余剰のSiは、熱酸化膜539と結晶性珪素膜538との界面から、結晶性珪素膜538内部に拡散し、結晶粒界に存在するSiのダングリングボンドと結合して、結晶性珪素膜538の結晶粒界の欠陥がパッシベーションされる。これにより結晶性珪素膜538によって構成されるTFTの移動度を向上させることができる。   FIG. 56C illustrates a thermal oxidation process. As the thermal oxide film 539 grows on the surface of the crystalline silicon film 538, that is, as Si—O bonds are formed, unbonded Si is generated. This excess Si diffuses into the crystalline silicon film 538 from the interface between the thermal oxide film 539 and the crystalline silicon film 538 and combines with the dangling bonds of Si existing at the crystal grain boundaries to form crystalline silicon. Defects at the grain boundaries of the film 538 are passivated. Thereby, the mobility of the TFT constituted by the crystalline silicon film 538 can be improved.

また、以降の加熱を伴う作製工程において、欠陥をパッシベーションしているSiは、Hのように容易に結晶性珪素膜538から離脱することがないため、水素プラズマ処理を不要にすることができる。例えば、本発明に係る半導体装置の作製方法に従って作製されたNチャネルTFTに関して、水素プラズマ処理した後の移動度は、水素プラズマ処理前の移動度よりも10〜20%のみ増加する。これは、熱酸化工程において結晶性珪素膜538の欠陥が十分にパッシベーションされていることを示唆しており、また作製工程間に、欠陥をパッシベーションしているSiが離脱しないことも示唆している。   Further, in a manufacturing process with subsequent heating, Si that has been passivated for defects does not easily separate from the crystalline silicon film 538 unlike H, so that hydrogen plasma treatment can be omitted. For example, for an N-channel TFT manufactured according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the mobility after hydrogen plasma treatment is increased by 10 to 20% compared to the mobility before hydrogen plasma treatment. This suggests that the defects of the crystalline silicon film 538 are sufficiently passivated in the thermal oxidation process, and also that the Si passivating the defects does not leave during the manufacturing process. .

本発明における熱酸化工程の目的は、結晶性珪素膜の粒界の欠陥をパッシベーションするためのSiを供給するためであり、結晶性珪素膜538がTFTの活性層を構成することを考慮すると、熱酸化膜539は耐圧性等の膜質を考慮せずに、200〜500オングストローム程度の膜に成長させれば良い。また、本発明では、ガラス基板等にTFTを作製することを意図しているため、熱酸化工程は、加熱によって生ずる基板の歪みや、変形等が許容可能な条件下で実施する必要がある。例えば、加熱温度の上限はガラス基板の歪点を目安にすればよい。   The purpose of the thermal oxidation process in the present invention is to supply Si for passivating defects at the grain boundaries of the crystalline silicon film, and considering that the crystalline silicon film 538 constitutes the active layer of the TFT, The thermal oxide film 539 may be grown to a film of about 200 to 500 angstroms without considering the film quality such as pressure resistance. Further, in the present invention, since the TFT is intended to be manufactured on a glass substrate or the like, the thermal oxidation process needs to be performed under a condition that allows distortion or deformation of the substrate caused by heating. For example, the upper limit of the heating temperature may be based on the strain point of the glass substrate.

本態様においては、熱酸化工程はフッ素化合物が添加された酸化性雰囲気中で実施される。具体的には、酸素ガスにNF3 ガス等を添加した雰囲気中で熱酸化する。NF3 ガスの濃度を適宜に調節することにより、ガラス基板の歪み点以下の温度で、数時間〜10数時間加熱することで、数100オングストロームの膜厚に熱酸化膜を成長させることが可能である。 In this embodiment, the thermal oxidation step is performed in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound is added. Specifically, thermal oxidation is performed in an atmosphere in which NF 3 gas or the like is added to oxygen gas. By appropriately adjusting the concentration of NF 3 gas, it is possible to grow a thermal oxide film to a film thickness of several hundred angstroms by heating for several hours to several tens of hours at a temperature below the strain point of the glass substrate. It is.

NF3 ガスのようにフッ素ラジカルを供給するガスの他に、HClのようにClラジカルを供給するガスを酸化性雰囲気に添加することにより、熱酸化膜の成長が促進されるが、ガラス基板の歪点以下の温度、例えば500〜600℃程度の加熱で、数100オングストロームの膜厚に熱酸化膜を形成するには時間を要するため適当でない。酸素ガスにNF3 ガスが450ppm添加された酸化性雰囲気中では、温度600℃で4時間加熱することにより、200オングストローム程度の熱酸化膜を形成することが可能である。 The growth of the thermal oxide film is promoted by adding a gas for supplying Cl radicals such as HCl to the oxidizing atmosphere in addition to a gas for supplying fluorine radicals such as NF 3 gas. Since it takes time to form a thermal oxide film with a film thickness of several hundred angstroms by heating at a temperature below the strain point, for example, about 500 to 600 ° C., it is not appropriate. In an oxidizing atmosphere in which 450 ppm of NF 3 gas is added to oxygen gas, a thermal oxide film of about 200 angstroms can be formed by heating at a temperature of 600 ° C. for 4 hours.

また、熱酸化工程おいて、フッ素ラジカルは結晶性珪素膜538の表面の凸部に集中して供給されるため、該凸部が熱酸化が最も進行して、凹部の熱酸化は抑制される。また、熱酸化膜539は高濃度にフッ素を含有するため、応力が緩和されるので、結晶性珪素膜538の表面には、凸部が丸められた状態で熱酸化膜539が均一の厚さで形成される。   Further, in the thermal oxidation step, fluorine radicals are concentrated and supplied to the convex portions on the surface of the crystalline silicon film 538, so that the thermal oxidation of the convex portions proceeds most and the thermal oxidation of the concave portions is suppressed. . Further, since the thermal oxide film 539 contains fluorine at a high concentration, the stress is relieved, so that the thermal oxide film 539 has a uniform thickness on the surface of the crystalline silicon film 538 in a state where the convex portions are rounded. Formed with.

熱酸化工程は、基板の歪みや変形等が許容範囲となるにように、加熱温度、加熱時間を決定する必要があるため、熱酸化雰囲気中のフッ素化合物の濃度が増大してしまう場合もある。この結果、熱酸化膜538に多量のフッ素が含まれて、SiーF結合が形成されてしまう慮れがある。しかし、熱酸化膜539は結晶性珪素膜の粒界の欠陥をパッシベーションするSiを供給するために成長された膜であり、しかも、後で除去されるべき膜として形成されているため、その特性はゲイト絶縁膜のような高機能・高信頼性は要求されず、熱酸化膜539に存在するSiーF結合等の不安定性や耐圧性は問われない。   In the thermal oxidation process, it is necessary to determine the heating temperature and the heating time so that the distortion and deformation of the substrate are within an allowable range, so the concentration of the fluorine compound in the thermal oxidation atmosphere may increase. . As a result, there is a possibility that the thermal oxide film 538 contains a large amount of fluorine and an Si—F bond is formed. However, the thermal oxide film 539 is a film grown to supply Si for passivating the defects at the grain boundaries of the crystalline silicon film, and is formed as a film to be removed later. The gate insulating film is not required to have a high function and high reliability, and the instability such as Si—F bond existing in the thermal oxide film 539 and the pressure resistance are not questioned.

図56(D)は、熱酸化膜539を除去した後に、結晶性珪素膜538をパターニングして形成された活性層540とゲイト絶縁膜541を示した図である。ゲイト絶縁膜541を形成するには熱酸化法を採用することも可能であるが、ガラス基板について、その変形が許容できる程度の低温度で熱酸化して得られる熱酸化膜は膜質が優れていない。このため、本態様においては、所定の特性を有するゲイト絶縁膜を安定的に得るために、プラズマCVD法やスパッタリング法等の堆積法でゲイト絶縁膜を成膜する。   FIG. 56D shows an active layer 540 and a gate insulating film 541 formed by patterning the crystalline silicon film 538 after removing the thermal oxide film 539. A thermal oxidation method can be employed to form the gate insulating film 541. However, a thermal oxide film obtained by thermal oxidation at a low temperature that allows deformation of the glass substrate has excellent film quality. Absent. For this reason, in this embodiment, in order to stably obtain a gate insulating film having predetermined characteristics, the gate insulating film is formed by a deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method.

本態様では、熱酸化工程を経ることによって、活性層540(結晶性珪素膜538)の表面は平坦化されているため、ゲイト絶縁膜は、これを堆積法で成膜しても、被覆性を良好にして形成することができる。このため、ゲイト絶縁膜と活性層との界面準位を低下させることが可能になる。   In this embodiment, since the surface of the active layer 540 (crystalline silicon film 538) is flattened through the thermal oxidation process, the gate insulating film can be formed even if it is formed by a deposition method. It can be formed with good. For this reason, the interface state between the gate insulating film and the active layer can be lowered.

また、レーザー光を照射して得られた結晶性珪素膜は結晶性に優れているが、その表面には急峻な凸部を有するリッジが形成され、例えば、膜厚が700オングストローム程度の非晶質珪素膜を加熱して珪素化した後に、レーザーアニールを実施すると、その表面には100〜300オングストローム程度の高さを有するリッジが形成される。   A crystalline silicon film obtained by irradiating a laser beam is excellent in crystallinity, but a ridge having a steep convex portion is formed on the surface thereof. For example, an amorphous film having a thickness of about 700 angstroms is formed. When laser annealing is performed after the silicon silicon film is heated and siliconized, a ridge having a height of about 100 to 300 angstroms is formed on the surface.

例えば、酸素ガスにNF3 ガスを450ppm程度添加した雰囲気中で、12時間熱酸化して、膜厚500オングストローム程度の熱酸化膜を形成することによって、結晶性珪素膜表面の高低差を数10オングストローム程度にすることも可能である。従って、レーザー光により結晶化された結晶性珪素膜の表面にも、CVD法により絶縁膜を被覆性良好に堆積することができる。 For example, by performing thermal oxidation for 12 hours in an atmosphere in which about 450 ppm of NF 3 gas is added to oxygen gas, a thermal oxide film having a thickness of about 500 angstroms is formed. It is also possible to make it about angstrom. Therefore, the insulating film can be deposited with good coverage by the CVD method on the surface of the crystalline silicon film crystallized by the laser beam.

図57(A)は、不純物イオンをドーピングする工程を図示したものである。ゲイト電極542はマスクとして機能して、ソース領域544、ドレイン領域545、チャネル領域546が自己整合的に形成される。さらに、図57(B)に示すように、層間絶縁膜547、電極548、549が形成されて、TFTが完成される。   FIG. 57A illustrates a process of doping impurity ions. The gate electrode 542 functions as a mask, and the source region 544, the drain region 545, and the channel region 546 are formed in a self-aligned manner. Further, as shown in FIG. 57B, an interlayer insulating film 547 and electrodes 548 and 549 are formed to complete the TFT.

《実施例67》
本実施例67は、珪素の結晶化を助長する金属元素の触媒作用を利用して結晶化した珪素膜を使用してTFTを作製した例である。図56及び図57は、本実施例におけるTFTの作製工程の説明図であり、各工程毎の断面図である。本実施例においては、当該金属元素としてニッケルを使用した。
Example 67
Example 67 is an example in which a TFT was manufactured using a silicon film crystallized by utilizing the catalytic action of a metal element that promotes crystallization of silicon. 56 and 57 are explanatory views of a manufacturing process of the TFT in this embodiment, and are cross-sectional views for each process. In this example, nickel was used as the metal element.

図56(A)に示すように、ガラス基板534(コーニング1737、歪点667℃)上に、下地膜535として酸化珪素膜を3000オングストロームの厚さにプラズマCVD法又は減圧熱CVD法で成膜する。次にプラズマCVD法又は減圧熱CVD法により、実質的に真性(I型)な非晶質珪素膜536を700〜1000オングストロームの厚さに成膜する。ここでは上記両成膜に減圧熱CVD法を用い、非晶質珪素膜536の膜厚を700オングストロームとした。   As shown in FIG. 56A, a silicon oxide film is formed as a base film 535 to a thickness of 3000 angstrom on a glass substrate 534 (Corning 1737, strain point 667 ° C.) by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. To do. Next, a substantially intrinsic (I-type) amorphous silicon film 536 is formed to a thickness of 700 to 1000 angstroms by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Here, the low-pressure thermal CVD method is used for both film formations, and the thickness of the amorphous silicon film 536 is set to 700 angstroms.

酸化性雰囲気中において、UV(紫外線)光を非晶質珪素膜536の表面に照射して、その表面に図示しない酸化膜を数20オングストロームの厚さに形成した後に、その酸化膜の表面にニッケル元素を含有する溶液を塗布した。該酸化膜は非晶質珪素膜538表面の濡れ性を改善して、溶液が弾かれるのを抑制するためのものである。本実施例では、ニッケル元素を含有する溶液として、ニッケルの含有量(重量)が55ppmのニッケル酢酸塩水溶液を用いた。   In an oxidizing atmosphere, the surface of the amorphous silicon film 536 is irradiated with UV (ultraviolet light) to form an unillustrated oxide film having a thickness of several tens of angstroms on the surface, and then the surface of the oxide film is formed. A solution containing nickel element was applied. The oxide film is for improving the wettability of the surface of the amorphous silicon film 538 and preventing the solution from being repelled. In this example, a nickel acetate aqueous solution having a nickel content (weight) of 55 ppm was used as the solution containing nickel element.

本実施例では、スピナーによって、ニッケル酢酸塩溶液を塗布して、乾燥し、ニッケル層537を形成した。ニッケル層537は完全な膜を成しているとは限らないが、この状態で、上記図示しない酸化膜を介して、ニッケル元素が非晶質珪素膜536の表面に接して保持されている。なお、該溶液としてはニッケル塩の希薄溶液を用いるのがよいが、好ましくはニッケルの含有量が1〜100ppm程度の濃度の溶液として用いることができる。   In this example, a nickel acetate solution was applied by a spinner and dried to form a nickel layer 537. Although the nickel layer 537 does not necessarily form a complete film, in this state, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 536 through the oxide film (not shown). As the solution, a dilute solution of nickel salt is preferably used, but it can be preferably used as a solution having a nickel content of about 1 to 100 ppm.

ここで、非晶質珪素膜中におけるニッケル濃度が1×1016原子/cm-3以下であると、結晶化を助長する効果を得ることが困難である。他方、ニッケル濃度が5×1019原子/cm3 以上であると、得られた珪素膜の半導体としての特性が損なわれて、金属としての特性が表われてしまう。このため最終的に得られる珪素膜中における平均ニッケル濃度が1×1016〜5×1019原子/cm3 となるように、予めニッケル酢酸溶液中のニッケルの濃度や、塗布回数、塗布量等の工程条件を設定する。なお、ニッケルの濃度はSIMS(2次イオン質量分析方法)で計測すればよい。 Here, when the nickel concentration in the amorphous silicon film is 1 × 10 16 atoms / cm −3 or less, it is difficult to obtain an effect of promoting crystallization. On the other hand, when the nickel concentration is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more, the characteristics of the obtained silicon film as a semiconductor are impaired, and the characteristics as a metal are exhibited. For this reason, the concentration of nickel in the nickel acetic acid solution, the number of times of application, the amount of application, etc. in advance so that the average nickel concentration in the finally obtained silicon film is 1 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm 3. Set the process conditions. Note that the nickel concentration may be measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry).

図56(A)のように非晶質珪素膜536の表面にニッケル元素が保持された状態において、図56(B)に示すように、窒素雰囲気中で加熱処理して、非晶質珪素膜536を結晶化させて、結晶性珪素膜538を形成した。珪素を結晶化させるには、450℃以上の温度で加熱する必要があるが、450℃〜500℃程度の温度では、非晶質珪素膜を結晶化させるのに数10時間以上要するので、550℃以上の温度で加熱することが望ましい。なお、図56(B)に示す結晶化工程に限らず、加熱温度は加熱によって生ずるガラス基板の変形や縮みが許容できる範囲とする必要がある。   In the state where the nickel element is held on the surface of the amorphous silicon film 536 as shown in FIG. 56A, as shown in FIG. 536 was crystallized to form a crystalline silicon film 538. In order to crystallize silicon, it is necessary to heat at a temperature of 450 ° C. or higher, but at a temperature of about 450 ° C. to 500 ° C., it takes several tens of hours or more to crystallize the amorphous silicon film. It is desirable to heat at a temperature of ℃ or higher. Note that the heating temperature is not limited to the crystallization process illustrated in FIG. 56B, and the glass substrate needs to be in a range in which deformation or shrinkage of the glass substrate caused by the heating can be allowed.

加熱温度の上限の基準は、例えば、基板の歪み点とすればよい。本実施例では歪点が667℃のガラス基板534を使用しているため、加熱温度を620℃として、4時間加熱した。この加熱により、ニッケルが非晶質珪素膜536の表面から、下地膜535との界面へ向かって、ガラス基板534の面にほぼ直交する方向に拡散するのに伴って、珪素の結晶成長が進行して、結晶性珪素膜538が形成される。この結晶成長はガラス基板534に垂直な方向に進行する。このような結晶過程を縦成長と指称する。   For example, the upper limit of the heating temperature may be the strain point of the substrate. In this example, since the glass substrate 534 having a strain point of 667 ° C. is used, the heating temperature is set to 620 ° C. and the heating is performed for 4 hours. With this heating, the crystal growth of silicon proceeds as nickel diffuses from the surface of the amorphous silicon film 536 toward the interface with the base film 535 in a direction substantially perpendicular to the surface of the glass substrate 534. Thus, a crystalline silicon film 538 is formed. This crystal growth proceeds in a direction perpendicular to the glass substrate 534. Such a crystal process is referred to as vertical growth.

なお、必要であれば、結晶化工程後に、レーザー光や赤外光、或いは紫外光による光アニールや、熱アニールを実施して、結晶性珪素膜538の結晶性をより向上させてもよい。また光アニールと熱アニールとを併用してもよい。ただし、レーザーアニールを実施する場合には、レーザー光によって、熱エネルギを結晶性珪素膜538に効果的に供与するために、結晶性珪素膜538の出発膜である非晶質珪素膜536の膜厚は1000オングストローム以下、好ましくは700〜800オングストローム程度とする。   Note that, if necessary, crystallinity of the crystalline silicon film 538 may be further improved by performing light annealing or thermal annealing with laser light, infrared light, or ultraviolet light after the crystallization step. Further, light annealing and thermal annealing may be used in combination. However, in the case where laser annealing is performed, in order to effectively donate thermal energy to the crystalline silicon film 538 by laser light, the amorphous silicon film 536 that is a starting film of the crystalline silicon film 538 is used. The thickness is 1000 angstroms or less, preferably about 700 to 800 angstroms.

次に、フッ素原子を含有する酸化雰囲気中で加熱することにより、結晶性珪素膜538の表面に熱酸化膜539を200〜500オングストロームの膜厚に形成する。本実施例では、酸素ガス中にNF3 を400ppm(容量)添加した雰囲気中で600℃の温度で4時間加熱し、熱酸化膜539を200オングストローム程度の膜厚に形成した。 Next, a thermal oxide film 539 is formed to a thickness of 200 to 500 angstroms on the surface of the crystalline silicon film 538 by heating in an oxidizing atmosphere containing fluorine atoms. In this embodiment, the thermal oxide film 539 is formed to a thickness of about 200 Å by heating at 600 ° C. for 4 hours in an atmosphere in which 400 ppm (capacity) of NF 3 is added to oxygen gas.

この結果、結晶性珪素膜538の膜厚は、熱酸化膜539形成前に700オングストローム程度であったものが、600オングストローム程度となった。結晶性珪素膜538は、最終的にTFTの活性層を構成することとなるため、必要な厚さの活性層を得ることができるように、酸化膜539の膜厚をも考慮して、非晶質珪素膜536の膜厚を決定しておく必要がある。   As a result, the thickness of the crystalline silicon film 538 was about 700 angstroms, which was about 700 angstroms before the thermal oxide film 539 was formed. Since the crystalline silicon film 538 finally constitutes the active layer of the TFT, the thickness of the oxide film 539 is also taken into consideration so that an active layer having a required thickness can be obtained. It is necessary to determine the film thickness of the crystalline silicon film 536.

結晶性珪素膜538の表面に熱酸化膜539が形成されるに従って、未結合状態のSiが生成される。この余剰のSiは熱酸化膜539と結晶性珪素膜538との界面から、結晶性珪素膜538の内部に拡散して、結晶粒界に存在するSiのダングリングボンドと結合して、結晶性珪素膜538の結晶粒界の欠陥密度が減少される。また、以降の加熱を伴う作製工程において、欠陥をパッシベーションしているSiは、Hのように容易に結晶性珪素膜538から離脱することがないため、結晶性珪素膜538はTFT等の半導体装置の材料に好適である。   As the thermal oxide film 539 is formed on the surface of the crystalline silicon film 538, unbonded Si is generated. This surplus Si diffuses into the crystalline silicon film 538 from the interface between the thermal oxide film 539 and the crystalline silicon film 538 and combines with the dangling bonds of Si existing at the crystal grain boundaries to form a crystalline property. The defect density of the crystal grain boundary of the silicon film 538 is reduced. Further, in the manufacturing process with subsequent heating, Si that has been passivating defects is not easily detached from the crystalline silicon film 538 unlike H. Therefore, the crystalline silicon film 538 is a semiconductor device such as a TFT. It is suitable for these materials.

また、結晶性珪素膜538の表面は、凸部と凹部の酸化速度の違いのために、凸部が丸められ、平坦化される。なお、前記のように、結晶性珪素膜538にレーザー光を照射した場合には、その表面にリッジが形成されているため、そのリッジが可能な限り平坦化され、除去できるように、熱酸化工程後の結晶性珪素膜538の膜厚を考慮して、熱酸化膜539の膜厚やNF3 ガス濃度等の熱酸化の工程条件を設定すればよい。 Further, the surface of the crystalline silicon film 538 is rounded and flattened due to the difference in oxidation rate between the convex and concave portions. As described above, when the crystalline silicon film 538 is irradiated with laser light, since a ridge is formed on the surface thereof, thermal oxidation is performed so that the ridge can be flattened and removed as much as possible. In consideration of the thickness of the crystalline silicon film 538 after the process, thermal oxidation process conditions such as the thermal oxide film 539 thickness and NF 3 gas concentration may be set.

次いで、図56(D)に示すように、エッチングによって熱酸化膜539を除去する。このエッチングに際しては、酸化珪素と珪素とのエッチングレートの高いエッチング液又はエッチングガスを使用する。エッチャントとしては好ましくはバッファーフッ酸、その他のフッ酸系のエッチャントが使用されるが、本実施例では、バッファーフッ酸によるウェットエッチングにより熱酸化膜539を除去した。   Next, as shown in FIG. 56D, the thermal oxide film 539 is removed by etching. In this etching, an etching solution or etching gas having a high etching rate between silicon oxide and silicon is used. As the etchant, buffer hydrofluoric acid or other hydrofluoric acid type etchant is preferably used. In this embodiment, the thermal oxide film 539 is removed by wet etching using buffer hydrofluoric acid.

次いで、結晶性珪素膜538を島状にパターニングしてTFTの活性層540を形成した後、ゲイト絶縁膜541として酸化珪素膜を1000オングストロームの厚さにプラズマCVD法で成膜した。活性層540の表面は熱酸化工程において、平坦化されているため、ゲイト絶縁膜541を被覆性良好に堆積することできる。その後、ゲイト絶縁膜541の表面に、図示しないスカンジウムを微量に含有したアルミニウム膜を6000オングストロームの厚さに電子ビーム蒸着法で成膜して、図56(E)に示すようにパターニングしてゲイト電極542を形成した。   Next, the crystalline silicon film 538 is patterned into an island shape to form an active layer 540 of the TFT, and then a silicon oxide film is formed as a gate insulating film 541 to a thickness of 1000 angstrom by plasma CVD. Since the surface of the active layer 540 is planarized in the thermal oxidation process, the gate insulating film 541 can be deposited with good coverage. Thereafter, an aluminum film containing a small amount of scandium (not shown) is formed on the surface of the gate insulating film 541 to a thickness of 6000 angstrom by electron beam evaporation, and patterned to form a gate as shown in FIG. An electrode 542 was formed.

そして、電解溶液中において、ゲイト電極542を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物層543を形成した。この場合には、3重量%の酒石酸を含有するエチレングリコール溶液中で、ゲイト電極542を陽極とし、白金を陰極として、電圧を印加することにより、緻密な構造を有する陽極酸化物層543を2000オングストロームの厚さに形成した。なお、陽極酸化物543の膜厚は電圧の印加時間で制御可能であり、本実施例でも、これにより制御した。   Then, an oxide layer 543 was formed by performing anodic oxidation in the electrolytic solution using the gate electrode 542 as an anode. In this case, in an ethylene glycol solution containing 3% by weight of tartaric acid, a voltage is applied using the gate electrode 542 as an anode and platinum as a cathode, whereby an anodic oxide layer 543 having a dense structure is formed in 2000. An angstrom thickness was formed. Note that the film thickness of the anodic oxide 543 can be controlled by the voltage application time, and is also controlled in this embodiment.

次に、図57(A)に示すように、ソース領域544、ドレイン領域545を形成するために、イオン注入法或いはプラズマイオン注入法等により、活性層540に一導電型を付与する不純物イオンを注入する。Nチャネル型のTFTを形成する場合には、H2 ガスにより1〜10%(容量)に希釈されたフォスフィンを使用して、P(リン)イオンを活性層540に注入する。他方、Pチャネル型TFTを作製する場合には、同じく1〜10%(容量)に希釈されたジボランを使用してB(ホウ素)イオンを注入する。本実施例ではイオン注入法により、それぞれPイオン及びBイオンを注入し、それぞれNチャネル型及びPチャネル型のTFTを作製した。 Next, as shown in FIG. 57A, impurity ions imparting one conductivity type to the active layer 540 are formed by an ion implantation method or a plasma ion implantation method in order to form the source region 544 and the drain region 545. inject. In the case of forming an N-channel TFT, P (phosphorus) ions are implanted into the active layer 540 using phosphine diluted to 1 to 10% (capacity) with H 2 gas. On the other hand, when manufacturing a P-channel TFT, B (boron) ions are implanted using diborane diluted to 1 to 10% (capacity). In this example, P ions and B ions were implanted by an ion implantation method, respectively, to fabricate N channel type and P channel type TFTs, respectively.

不純物イオンが活性層540に注入されると、ゲイト電極542とその周囲の陽極酸化物543がマスクとして機能して、不純物イオンが注入された領域がソース領域544及びドレイン領域545として画定され、不純物イオンが注入されない領域がチャネル546として画定される。なお、ソース領域544、ドレイン545の不純物イオンの濃度が3×1019〜1×1021原子/cm3 となるように、ドーズ量、加速電圧等のドーピング条件を制御する。また、ドーピング後にレーザー光を照射して、ソース領域544、ドレイン領域545に注入された不純物イオンを活性化させる。 When impurity ions are implanted into the active layer 540, the gate electrode 542 and the surrounding anodic oxide 543 function as a mask, and regions into which the impurity ions are implanted are defined as a source region 544 and a drain region 545. A region where ions are not implanted is defined as channel 546. Note that doping conditions such as a dose and an acceleration voltage are controlled so that the concentration of impurity ions in the source region 544 and the drain 545 is 3 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . Further, after doping, laser light is irradiated to activate impurity ions implanted into the source region 544 and the drain region 545.

次に、図57(B)中、層間絶縁膜547として示すように、酸化珪素膜を7000オングストロームの厚さにプラズマCVD法により成膜した。次いで、コンタクトホールを形成し、アルミニウムを主成分とする材料により、それぞれソース領域544及びドレイン領域545と接続される電極548、549を形成した。   Next, as shown as an interlayer insulating film 547 in FIG. 57B, a silicon oxide film was formed to a thickness of 7000 Å by plasma CVD. Next, contact holes were formed, and electrodes 548 and 549 connected to the source region 544 and the drain region 545 were formed using a material mainly containing aluminum.

最後に、温度300℃で水素プラズマ処理を行うことにより、図57(B)に示す薄膜トランジスタを完成させた。なお、この水素プラズマ処理は活性層540の欠陥をパッシベーションするのではなく、活性層540とアルミニウムから成る電極548、549との界面のパッシベーションを主な目的とする。   Finally, hydrogen plasma treatment was performed at a temperature of 300 ° C., whereby the thin film transistor shown in FIG. 57B was completed. The main purpose of this hydrogen plasma treatment is not to passivate defects in the active layer 540 but to passivate the interface between the active layer 540 and the electrodes 548 and 549 made of aluminum.

本実施例の作製工程に従って作製されたPチャネル型のTFTの電界効果移動度は、水素プラズマ処理を実施する前と、水素プラズマ処理を実施した後とで大きなきな変化はなかった。これは、図56(C)に示す熱酸化工程にパッシベーションの効果がないのではなく、上述したように、水素プラズマ処理のみのパッシベーションでは、Pチャネル型TFTの電界効果移動度が顕著に改善されないことから予想されるように、Pチャネル型TFTにおいては、活性層540の結晶粒界の欠陥をパッシベーションすることは、電界効果移動度を改善する最良の手段ではないためであると考えられる。   The field-effect mobility of the P-channel TFT manufactured according to the manufacturing process of this example did not change significantly between before the hydrogen plasma treatment and after the hydrogen plasma treatment. This is because there is no passivation effect in the thermal oxidation step shown in FIG. 56C, and as described above, the field effect mobility of the P-channel TFT is not significantly improved by the passivation with only hydrogen plasma treatment. As expected, in P-channel TFTs, it is considered that passivation of crystal grain boundaries in the active layer 540 is not the best means for improving field effect mobility.

他方、本実施例の作製工程に従って作製されたNチャネル型のTFTは、水素プラズマ処理を実施する前では、電界効果移動度は200cm2 ・V-1・s-1であったが、水素プラズマ処理を実施した後では、電界効果移動度は10〜20%程度の増加のみであった。この事実は、従来、Nチャネル型TFTは水素プラズマ処理をしないと実用にならなかったが、本実施例のように、NF3 を添加して熱酸化処理をするのみで、実用可能なNチャネル型TFTを作製することが可能である、ことを示唆している。 On the other hand, the N-channel TFT manufactured in accordance with the manufacturing process of this example had a field effect mobility of 200 cm 2 · V −1 · s −1 before performing the hydrogen plasma treatment. After the treatment, the field effect mobility was only increased by about 10-20%. Conventionally, N-channel TFTs cannot be put to practical use unless hydrogen plasma treatment is performed. However, as in this embodiment, practical N-channel TFTs can be obtained only by adding NF 3 and performing thermal oxidation treatment. This suggests that a type TFT can be manufactured.

即ち、水素プラズマ処理において、水素によってパッシベーションされた活性層540の結晶粒界の欠陥はあまり多くなく、結晶粒界の欠陥の多くは図56(C)に示す熱酸化工程においてパッシベーションされていることを示している。従って、本実施例の水素プラズマ処理によりパッシベーションされる欠陥の殆んどは熱酸化工程以降に生ずる欠陥であり、主に、電極548、549を形成した際に生じた欠陥である。また、本実施例では、活性層540の結晶粒界の欠陥はSiでパッシベーションされている。Siは、Hのように熱的な影響によって容易に活性層から離脱しないので、本発明によって耐熱性に優れた高信頼性のTFTを形成することができる。   That is, in the hydrogen plasma treatment, there are not many crystal grain boundary defects in the active layer 540 passivated by hydrogen, and most of the crystal grain boundary defects are passivated in the thermal oxidation step shown in FIG. Is shown. Therefore, most of the defects that are passivated by the hydrogen plasma treatment of this embodiment are defects that occur after the thermal oxidation process, and are mainly defects that occur when the electrodes 548 and 549 are formed. In this embodiment, the defects in the crystal grain boundaries of the active layer 540 are passivated with Si. Since Si does not easily leave the active layer due to a thermal effect like H, a highly reliable TFT having excellent heat resistance can be formed according to the present invention.

《実施例68》
本実施例68は、珪素の結晶化を助長する金属元素の触媒作用を利用して結晶化した珪素膜を使用してTFTを作製した例である。図58及び図59は、本実施例のTFTの作製工程の説明図であり、工程毎の断面図である。本実施例では金属元素としてニッケルを使用した。
Example 68
Example 68 is an example in which a TFT was manufactured using a silicon film crystallized by utilizing the catalytic action of a metal element that promotes crystallization of silicon. 58 and 59 are explanatory views of a manufacturing process of the TFT of this example, and are cross-sectional views for each process. In this example, nickel was used as the metal element.

図58(A)に示すように、ガラス基板550(コーニング1737、歪点667℃)上に、下地膜551として酸化珪素膜を3000オングストロームの厚さにプラズマCVD法又は減圧熱CVD法で成膜する。ここではプラズマCVD法を用いた。次に、プラズマCVD法又は減圧熱CVD法により、実質的に真性な非晶質珪素膜552を700〜1000オングストロームの厚さに成膜した。ここでは、プラズマCVD法により、非晶質珪素膜552の膜厚を1000オングストロームに形成した。   As shown in FIG. 58A, a silicon oxide film is formed as a base film 551 on a glass substrate 550 (Corning 1737, strain point 667 ° C.) to a thickness of 3000 angstrom by plasma CVD or low pressure thermal CVD. To do. Here, a plasma CVD method was used. Next, a substantially intrinsic amorphous silicon film 552 was formed to a thickness of 700 to 1000 angstroms by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Here, the amorphous silicon film 552 is formed to a thickness of 1000 Å by plasma CVD.

酸化性雰囲気中において、UV(紫外線)光を非晶質珪素膜552の表面に照射して、その表面に、図示しない酸化膜を数20オングストロームの厚さに形成した。この酸化膜は非晶質珪素膜552の表面の濡れ性を改善して、溶液が弾かれるのを抑制するためのものである。次いで、上記図示しない酸化膜の表面に、1500オングストロームの膜厚の酸化珪素膜から成る開孔部(開口部)554を有するマスク膜553を形成した。   In an oxidizing atmosphere, UV (ultraviolet) light was irradiated on the surface of the amorphous silicon film 552, and an oxide film (not shown) was formed on the surface to a thickness of several tens of angstroms. This oxide film is for improving the wettability of the surface of the amorphous silicon film 552 and preventing the solution from being repelled. Next, a mask film 553 having an opening (opening) 554 made of a silicon oxide film having a thickness of 1500 angstroms was formed on the surface of the oxide film (not shown).

上記開孔部554は紙面に垂直な方向(手前から奥行方向)に長手方向のスリット状の形状を有する。開孔部554の幅は20μm以上とするのが適当で、他方、長手方向の寸法は基板寸法等に合わせて適宜に決定する。ここではその幅を50μm、長手方向の長さを3cmとした。   The opening 554 has a slit-like shape in the longitudinal direction in a direction perpendicular to the paper surface (from the front to the depth). The width of the opening 554 is suitably 20 μm or more, and the dimension in the longitudinal direction is appropriately determined according to the substrate size and the like. Here, the width was 50 μm and the length in the longitudinal direction was 3 cm.

次に、スピナーによって、ニッケル元素を55ppm(重量)含有するニッケル酢酸塩溶液を塗布して、乾燥し、ニッケル層555を形成した。ニッケル層555は完全な膜を成しているとは限らないが、この状態では、マスク膜553の開孔部554において、図示しない酸化膜を介して、ニッケル元素が非晶質珪素膜552の表面に接して保持されている。なお、該溶液としてはニッケル塩の希薄溶液を用いるのがよいが、好ましくはニッケルの含有量が1〜100ppm(重量)程度の範囲の濃度の溶液として用いることができる。   Next, a nickel acetate solution containing 55 ppm (weight) of nickel element was applied by a spinner and dried to form a nickel layer 555. Although the nickel layer 555 does not necessarily form a complete film, in this state, the nickel element is formed of the amorphous silicon film 552 through the oxide film (not shown) in the opening 554 of the mask film 553. It is held in contact with the surface. As the solution, a dilute solution of nickel salt is preferably used, but it can be preferably used as a solution having a nickel content in the range of about 1 to 100 ppm (weight).

次いで、温度620℃で4時間加熱して、非晶質珪素膜552を結晶化し、結晶性珪素膜556を形成した。この加熱によって、非晶質珪素膜552においてマスク膜553の開孔部554において露出された領域557の表面から下地膜551に向かって、結晶が縦成長するため、領域557は縦成長領域となる。   Next, the amorphous silicon film 552 was crystallized by heating at a temperature of 620 ° C. for 4 hours, whereby a crystalline silicon film 556 was formed. By this heating, crystals grow vertically from the surface of the region 557 exposed in the opening 554 of the mask film 553 in the amorphous silicon film 552 toward the base film 551, so that the region 557 becomes a vertically grown region. .

一方、領域558においては、縦成長領557を起点にして、図58(B)中矢印で指示するように、基板550の面と平行に結晶成長が進行する。このように一方向に結晶成長する結晶化過程を横成長と指称する。従って、結晶珪素膜556中の領域558は横成長領域である。   On the other hand, in the region 558, crystal growth proceeds in parallel with the surface of the substrate 550, as indicated by an arrow in FIG. 58B, starting from the vertical growth region 557. Such a crystallization process in which crystals grow in one direction is referred to as lateral growth. Accordingly, the region 558 in the crystalline silicon film 556 is a lateral growth region.

その後、酸化珪素膜から成るマスク膜553を除去した。次に、図58(C)に示すように、フッ素原子を含有する酸化雰囲気中で加熱することにより、結晶性珪素膜556の表面に熱酸化膜559を200〜500オングストロームの膜厚に形成する。なお、必要であれば、該熱酸化工程前に、レーザー光や赤外光による光アニールや、熱アニールを実施して、結晶性珪素膜556の結晶性をより向上させてもよい。また光アニールと熱アニールとを併用してもよい。   Thereafter, the mask film 553 made of a silicon oxide film was removed. Next, as shown in FIG. 58C, a thermal oxide film 559 is formed to a thickness of 200 to 500 angstroms on the surface of the crystalline silicon film 556 by heating in an oxidizing atmosphere containing fluorine atoms. . Note that, if necessary, the crystallinity of the crystalline silicon film 556 may be further improved by performing light annealing with laser light or infrared light or thermal annealing before the thermal oxidation step. Further, light annealing and thermal annealing may be used in combination.

本実施例における上記熱酸化工程は、酸素雰囲気中にNF3 ガスを450ppm(容量)添加した雰囲気中で、600℃の温度で12時間加熱して、熱酸化膜559を500オングストローム程度の膜厚に形成した。この結果、結晶性珪素膜556の膜厚は、熱酸化工程前に1000オングストローム程度であったものが、750オングストローム程度となった。 In the thermal oxidation process in this embodiment, the thermal oxide film 559 is heated to 600 ° C. for 12 hours in an atmosphere in which 450 ppm (capacity) of NF 3 gas is added to an oxygen atmosphere, so that the thermal oxide film 559 has a thickness of about 500 Å. Formed. As a result, the thickness of the crystalline silicon film 556 was about 750 angstroms, which was about 1000 angstroms before the thermal oxidation process.

結晶性珪素膜556の表面に熱酸化膜559が形成されるに従って、未結合状態のSiが生成される。このSi原子は結晶性珪素膜556の結晶粒界においてSiのダングリングボンドと結合して、結晶性珪素膜556の欠陥がパッシベーションされる。1000オングストロームの膜厚の結晶性珪素膜556に対して酸化珪素膜559を500オングストローム程度形成することで、結晶性珪素膜556の結晶粒界の欠陥密度を十分に減少させることができる。   As the thermal oxide film 559 is formed on the surface of the crystalline silicon film 556, unbonded Si is generated. The Si atoms are bonded to Si dangling bonds at the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film 556, and the defects of the crystalline silicon film 556 are passivated. By forming the silicon oxide film 559 to about 500 angstroms with respect to the crystalline silicon film 556 having a thickness of 1000 angstroms, the defect density of the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film 556 can be sufficiently reduced.

次に、図58(D)に示すように、エッチングによって熱酸化膜559を除去した。このエッチング工程においては、酸化珪素と珪素とのエッチングレートの高いエッチング液、或いはエッチングガスを使用する。本実施例では、バッファーフッ酸を使用したウェットエッチングにより熱酸化膜559を除去した。   Next, as shown in FIG. 58D, the thermal oxide film 559 was removed by etching. In this etching process, an etching solution or etching gas having a high etching rate between silicon oxide and silicon is used. In this embodiment, the thermal oxide film 559 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid.

次いで、図58(E)に示すように、結晶性珪素膜556を島状にエッチングしてTFTの活性層560を形成した。この場合、活性層560は横成長領域558のみで構成されるようにすると良い。次に、活性層560の表面にゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜561をプラズマCVD法又は減圧CVD法によって成膜するが、ここでは減圧CVD法を用いた。   Next, as shown in FIG. 58E, the crystalline silicon film 556 was etched into an island shape to form a TFT active layer 560. In this case, the active layer 560 is preferably composed of only the lateral growth region 558. Next, a silicon oxide film 561 constituting a gate insulating film is formed on the surface of the active layer 560 by a plasma CVD method or a low pressure CVD method. Here, a low pressure CVD method is used.

さらに、酸化珪素膜561の表面に、ゲイト電極562を構成するアルミニウム膜を、スパッタ法により5000オングストロームの厚さに堆積させた。アルミニウムには、予めスカンジウムを少量含有させておくと、後の加熱工程等においてヒロックやウィスカーが発生するのを抑制することがてきるが、ここではスカンジウムを0.2重量%含有させた。   Further, an aluminum film constituting the gate electrode 562 was deposited on the surface of the silicon oxide film 561 to a thickness of 5000 angstrom by sputtering. When aluminum contains a small amount of scandium in advance, generation of hillocks and whiskers can be suppressed in a subsequent heating step or the like, but here, 0.2% by weight of scandium was contained.

次いで、アルミニウム膜の表面を陽極酸化して、図示しない緻密な陽極酸化物を極薄く形成した後、アルミニウム膜の表面にレジストのマスク563を形成した。この場合、アルミニウム膜の表面に、該図示しない緻密な陽極酸化物が形成されているため、マスク563を密着させて形成することができる。次に、レジストのマスク563を用いて、アルミニウム膜をエッチングして、図58(E)に示すようにゲイト電極562を形成した。   Next, the surface of the aluminum film was anodized to form a very thin anodic oxide (not shown), and then a resist mask 563 was formed on the surface of the aluminum film. In this case, since the dense anodic oxide (not shown) is formed on the surface of the aluminum film, the mask 563 can be formed in close contact. Next, the aluminum film was etched using the resist mask 563 to form a gate electrode 562 as shown in FIG.

さらに、図59(A)に示すように、レジストのマスク563を残したまま、ゲイト電極562を陽極酸化して、多孔質の陽極酸化物564を4000オングストロームの厚さに形成した。この場合、ゲイト電極562の表面にレジストのマスク563が密着しているため、多孔質の陽極酸化物564はゲイト電極562の側面のみに形成される。   Further, as shown in FIG. 59A, the gate electrode 562 was anodized with the resist mask 563 remaining, and a porous anodic oxide 564 was formed to a thickness of 4000 angstroms. In this case, since the resist mask 563 is in close contact with the surface of the gate electrode 562, the porous anodic oxide 564 is formed only on the side surface of the gate electrode 562.

次に、図59(B)に示すように、レジストのマスク563を剥離した後に、ゲイト電極562を電解溶液中で再び陽極酸化して、緻密な陽極酸化物565を1000オングストロームの厚さに形成した。上記陽極酸化物564及び565の作り分けには、使用する電解溶液を変えればよい。このうち、多孔質の陽極酸化物564を形成する場合には、例えばクエン酸、シュウ酸、クロム酸又は硫酸を3〜20重量%程度含有した酸性溶液を使用すればよく、ここではシュウ酸5重量%の酸性水溶液を用いた。   Next, as shown in FIG. 59B, after the resist mask 563 is removed, the gate electrode 562 is anodized again in an electrolytic solution to form a dense anodic oxide 565 having a thickness of 1000 angstroms. did. To make the anodic oxides 564 and 565, the electrolytic solution to be used may be changed. Among these, when forming the porous anodic oxide 564, for example, an acidic solution containing about 3 to 20% by weight of citric acid, oxalic acid, chromic acid or sulfuric acid may be used. Here, oxalic acid 5 A weight percent acidic aqueous solution was used.

他方、緻密な陽極酸化物565を形成する場合には、例えば酒石酸、ほう酸又は硝酸を3〜10重量%程度含有するエチレングリコール溶液をPHを7程度に調整した電解溶液を使用すればよい。ここでは酒石酸5重量%のエチレングリコール溶液をPH=7に調整して用いた。   On the other hand, when the dense anodic oxide 565 is formed, for example, an electrolytic solution in which an ethylene glycol solution containing about 3 to 10% by weight of tartaric acid, boric acid or nitric acid is adjusted to a pH of about 7 may be used. Here, an ethylene glycol solution of 5% by weight of tartaric acid was used after adjusting to PH = 7.

次に、図59(C)に示すように、ゲイト電極562及びその周囲の多孔質の陽極酸化物564、緻密な陽極酸化物565をマスクにして、酸化珪素膜561をエッチングして、ゲイト絶縁膜566を形成した。次いで、図59(D)に示すように、多孔質の陽極酸化物564を除去した後に、イオンドーピング法により、ゲイト電極562、緻密な陽極酸化物565及びゲイト絶縁膜566をマスクにして、活性層560に導電型を付与する不純物を注入した。   Next, as shown in FIG. 59C, the silicon oxide film 561 is etched using the gate electrode 562 and the porous anodic oxide 564 and dense anodic oxide 565 around the gate electrode 562 as a mask, thereby providing gate insulation. A film 566 was formed. Next, as shown in FIG. 59 (D), after removing the porous anodic oxide 564, the gate electrode 562, the dense anodic oxide 565, and the gate insulating film 566 are masked by an ion doping method. An impurity imparting conductivity is implanted into the layer 560.

本実施例では、Nチャネル型TFTを形成するために、ドーピングガスにフォスフィンを使用して、P(リン)イオンをドーピングした。なお、ドーピングの際に、ゲイト絶縁膜564は半透過なマスクとして機能するように、ドーズ量、加速電圧等の条件を制御する。上記ドーピングの結果、ゲイト絶縁膜564に覆われていない領域は高濃度に燐(P)イオンが注入されて、ソース領域567、ドレイン領域568を形成した。   In this example, P (phosphorus) ions were doped using phosphine as a doping gas in order to form an N-channel TFT. During doping, conditions such as a dose amount and an acceleration voltage are controlled so that the gate insulating film 564 functions as a semi-transmissive mask. As a result of the doping, a region not covered with the gate insulating film 564 was implanted with phosphorus (P) ions at a high concentration to form a source region 567 and a drain region 568.

一方、ゲイト絶縁膜566のみに覆われている領域には、低濃度にPイオンが注入されて、低濃度不純物領域569、570が形成された。またゲイト電極562の直下の領域には不純物が注入されないため、チャネル領域571が形成された。ドーピイング工程の後に、熱アニール、レーザアニール等を実施して、ドーピイングされたPイオンを活性化するが、ここでは熱アニールを適用した。   On the other hand, in the region covered only by the gate insulating film 566, P ions are implanted at a low concentration, and low concentration impurity regions 569 and 570 are formed. Further, since the impurity is not implanted into the region immediately below the gate electrode 562, a channel region 571 is formed. After the doping process, thermal annealing, laser annealing, or the like is performed to activate the doped P ions. Here, thermal annealing was applied.

低濃度不純物領域569、570は高抵抗領域として機能するため、オフ電流の低減に寄与する。特に、ドレイン568側の低濃度不純物領域570はLDDと呼ばれている。また、緻密な陽極酸化物564を十分に厚くすることにより、ゲイト電極562の端面から不純物領域がずれているオフセット構造とすることができため、オフ電流をより低減させることができる。   Since the low-concentration impurity regions 569 and 570 function as high-resistance regions, they contribute to reduction of off-state current. In particular, the low concentration impurity region 570 on the drain 568 side is called LDD. In addition, when the dense anodic oxide 564 is sufficiently thick, an offset structure in which the impurity region is shifted from the end face of the gate electrode 562 can be obtained, so that off-state current can be further reduced.

次いで、図59(E)に示すように、プラズマCVD法により、層間絶縁物572として酸化珪素膜を5000オングストロームの厚さに成膜した。なお、層間絶縁物572として、酸化珪素膜の単層膜の代わりに、窒化珪素膜の単層膜、または酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層膜を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 59E, a silicon oxide film having a thickness of 5000 angstroms was formed as an interlayer insulator 572 by a plasma CVD method. Note that as the interlayer insulator 572, a single layer film of a silicon nitride film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be formed instead of the single layer film of a silicon oxide film.

次に、エッチング法によって酸化珪素膜から成る層間絶縁物572をエッチングして、ソース領域567及びドレイン領域568のそれぞれにコンタクトホールを形成した後、アルミニウム膜を4000オングストロームの厚さにスパッタリング法により成膜した。これをパターニングして、ソース領域567及びドレイン領域568のコンタクトホールに電極573、574を形成した。   Next, the interlayer insulator 572 made of a silicon oxide film is etched by etching to form contact holes in the source region 567 and the drain region 568, and then an aluminum film is formed to a thickness of 4000 angstroms by sputtering. Filmed. This was patterned to form electrodes 573 and 574 in the contact holes of the source region 567 and the drain region 568.

最後に、水素雰囲気中で300℃の温度で加熱処理した。なお、この水素プラズマ処理は活性層560の欠陥をパッシベーションするのではなく、活性層560とアルミニウムから成る電極573、574との界面のパッシベーションを主な目的とする。以上の工程を経て、図59(E)に示ように、世LDD構造を有するTFTを作製した。   Finally, heat treatment was performed at a temperature of 300 ° C. in a hydrogen atmosphere. The hydrogen plasma treatment is not intended to passivate defects in the active layer 560, but mainly to passivate the interface between the active layer 560 and the electrodes 573 and 574 made of aluminum. Through the above steps, a TFT having a world LDD structure was manufactured as shown in FIG.

本実施例の作製工程に従って作製したNチャネル型のTFTにおいては、水素プラズマ処理を実施した後の電界効果移動度は、水素プラズマ処理を実施する前の10〜20%程度の増加のみであった。これは、従来、Nチャネル型TFTは水素プラズマ処理をしないと実用にならないが、前記図58(C)の工程のように、NF3 を添加する熱酸化処理のみで、活性層560の結晶粒界の欠陥が効果的にパッシベーションされていることを示唆している。 In the N-channel TFT manufactured according to the manufacturing process of this example, the field effect mobility after the hydrogen plasma treatment was only increased by about 10 to 20% before the hydrogen plasma treatment was performed. . Conventionally, an N-channel TFT cannot be put into practical use without a hydrogen plasma treatment, but the crystal grains of the active layer 560 can be obtained only by a thermal oxidation treatment to which NF 3 is added as in the step of FIG. 58 (C). This suggests that the defects in the field are effectively passivated.

《実施例69》
本実施例69は、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを相補的に組み合わせたCMOS型のTFTを作製した例である。図60〜図61は本実施例のTFTの作製工程の説明図である。
Example 69
Example 69 is an example in which a CMOS type TFT in which an N channel type TFT and a P channel type TFT are complementarily combined is manufactured. 60 to 61 are explanatory views of a manufacturing process of the TFT of this example.

まず、図60(A)に示すように、ガラス基板(コーニング1737)575上に、2000オングストロームの膜厚の酸化珪素膜から成る下地膜576を形成した。次いで、プラズマCVD法又は減圧熱CVD法により真性(I型)の非晶質珪素膜を700オングストロームの厚さに形成した。そして、実施例67に示す方法によって結晶性珪素膜577を形成した。なお、実施例68の方法や、加熱処理、レーザー照射等の適当な結晶化方法によって非晶質珪素膜を結晶化してもよく、これらの場合にも、以下の工程は同じである。   First, as shown in FIG. 60A, a base film 576 made of a silicon oxide film having a thickness of 2000 angstroms was formed on a glass substrate (Corning 1737) 575. Next, an intrinsic (I type) amorphous silicon film was formed to a thickness of 700 angstroms by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, a crystalline silicon film 577 was formed by the method shown in Example 67. Note that the amorphous silicon film may be crystallized by the method of Example 68, or by an appropriate crystallization method such as heat treatment or laser irradiation. In these cases, the following steps are the same.

図60(B)に示すように、NF3 の濃度が400ppmである酸素雰囲気中で600℃の温度で2時間熱酸化して、熱酸化膜578を200オングストロームの膜厚に形成して、結晶性珪素膜577の結晶粒界の欠陥をSiでパッシベーションした。この結果、結晶性珪素膜577はTFT等の半導体材料として好適なものとなる。 As shown in FIG. 60B, thermal oxidation is performed for 2 hours at a temperature of 600 ° C. in an oxygen atmosphere having an NF 3 concentration of 400 ppm to form a thermal oxide film 578 having a thickness of 200 angstroms. The defects in the grain boundaries of the conductive silicon film 577 were passivated with Si. As a result, the crystalline silicon film 577 is suitable as a semiconductor material such as a TFT.

次に、バッファーフッ酸からなるエッチャントを使用して、熱酸化膜578を除去した後に、結晶性珪素膜577を島状にパターニングして、それぞれ活性層579、活性層580を形成した。さらに、プラズマCVD法により、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜581を厚さ1500オングストロームに堆積した。なお、活性層579はNチャネル型TFTを構成するものであり、活性層580はPチャネル型TFTを構成するものである。   Next, after removing the thermal oxide film 578 using an etchant made of buffer hydrofluoric acid, the crystalline silicon film 577 was patterned into an island shape to form an active layer 579 and an active layer 580, respectively. Further, a silicon oxide film 581 constituting a gate insulating film was deposited to a thickness of 1500 angstrom by plasma CVD. Note that the active layer 579 constitutes an N-channel TFT, and the active layer 580 constitutes a P-channel TFT.

次に、スパッタ法により、ゲイト電極582、583を構成するアルミニウム膜を4000オングストロームの厚さに堆積した。アルミニウム膜には、予めスカンジウムを0.2重量wt%含有させて、ヒロックやウィスカーが発生するのを抑制した。次に、アルミニウム膜を電解液中で陽極酸化して、表面に100オングストローム程度の緻密な陽極酸化膜584を形成した。次いで、その陽極酸化膜表面にフォトレジストのマスク585を形成して、アルミニウム膜をパターニングして、ゲイト電極582、583をそれぞれ形成した。   Next, an aluminum film constituting the gate electrodes 582 and 583 was deposited to a thickness of 4000 angstroms by sputtering. In the aluminum film, 0.2% by weight of scandium was previously contained to suppress generation of hillocks and whiskers. Next, the aluminum film was anodized in an electrolytic solution to form a dense anodized film 584 of about 100 angstroms on the surface. Next, a photoresist mask 585 was formed on the surface of the anodic oxide film, and the aluminum film was patterned to form gate electrodes 582 and 583, respectively.

さらに、フォトレジストのマスク585を着けたままで、ゲイト電極582、583を再度陽極酸化して、陽極酸化物586、587を形成した。電解溶液には例えばクエン酸、シュウ酸、クロム酸又は硫酸を3〜20重量%含有した酸性溶液を使用すればよい。本実施例では4重量%シュウ酸水溶液を使用した。   Further, the gate electrodes 582 and 583 were anodized again while wearing the photoresist mask 585 to form anodic oxides 586 and 587. For example, an acidic solution containing 3 to 20% by weight of citric acid, oxalic acid, chromic acid or sulfuric acid may be used as the electrolytic solution. In this example, a 4% by weight oxalic acid aqueous solution was used.

ゲイト電極582、583の表面には、フォトレジストのマスク585と陽極酸化膜584が存在する状態では、ゲイト電極582、583の側面のみに多孔質の陽極酸化物586、587が形成される。この多孔質の陽極酸化物586、587の成長距離は、陽極酸化の処理時間で制御することができ、この成長距離は低濃度不純物領域(LDD領域)の長さを決定する。本実施例では多孔質の陽極酸化物586、587を7000オングストロームの長さに成長させた。   Porous anodic oxides 586 and 587 are formed only on the side surfaces of the gate electrodes 582 and 583 when the photoresist mask 585 and the anodic oxide film 584 are present on the surfaces of the gate electrodes 582 and 583. The growth distance of the porous anodic oxides 586 and 587 can be controlled by the processing time of the anodic oxidation, and this growth distance determines the length of the low concentration impurity region (LDD region). In this example, porous anodic oxides 586 and 587 were grown to a length of 7000 angstroms.

次に、フォトレジストのマスク585を除去した後、再びゲイト電極582、583を陽極酸化して、図61(E)に示すように、緻密で強固な陽極酸化膜588、589を形成した。本実施例では、その電解溶液として3重量%酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水でPH6.9に中和して使用した。   Next, after removing the photoresist mask 585, the gate electrodes 582 and 583 were anodized again to form dense and strong anodic oxide films 588 and 589 as shown in FIG. In this example, an ethylene glycol solution of 3% by weight tartaric acid was used as the electrolytic solution after neutralizing to pH 6.9 with aqueous ammonia.

次に、ゲイト電極582、583及び多孔質の陽極酸化物586、587をマスクにして、イオンドーピング法により、島状の活性層579、580にP(リン)イオンを注入した。ドーピングガスとして、水素で1〜10容量%に希釈したフォスフィンを用いた。ドーピングは、加速電圧を60〜90kVとし、ドーズ量を1×1014〜8×1015原子/cm2 となるようにするが、本実施例では加速電圧を80kV、ドーズ量を1×1015原子/cm2とした。 Next, P (phosphorus) ions were implanted into the island-like active layers 579 and 580 by ion doping using the gate electrodes 582 and 583 and the porous anodic oxides 586 and 587 as a mask. As a doping gas, phosphine diluted with hydrogen to 1 to 10% by volume was used. In the doping, the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV and the dose amount is set to 1 × 10 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2. In this embodiment, the acceleration voltage is set to 80 kV and the dose amount is set to 1 × 10 15. Atom / cm 2 .

この際には、燐(P)イオンはゲイト電極582、583、多孔質の陽極酸化物586、587を透過しないが、ゲイト絶縁膜581を透過して、島状シリコン589、580に注入される。この結果、図61(E)に示すようにN型の不純物領域590〜593がそれぞれ形成される。   At this time, phosphorus (P) ions do not pass through the gate electrodes 582 and 583 and the porous anodic oxides 586 and 587 but pass through the gate insulating film 581 and are injected into the island-like silicon 589 and 580. . As a result, N-type impurity regions 590 to 593 are formed as shown in FIG.

次いで、図61(E)〜(F)に示すように、緻密な陽極酸化膜584をバッファーフッ酸で除去した後に、燐酸、酢酸及び硝酸を混合した混酸で、多孔質の陽極酸化物586、587を除去した。多孔質の陽極酸化物586、587は容易に除去できるため、緻密で強固な陽極酸化物588、589がエッチングされることはない。   Next, as shown in FIGS. 61E to 61F, after the dense anodic oxide film 584 is removed with buffer hydrofluoric acid, a porous anodic oxide 586 is mixed with a mixed acid obtained by mixing phosphoric acid, acetic acid and nitric acid. 587 was removed. Since the porous anodic oxides 586 and 587 can be easily removed, the dense and strong anodic oxides 588 and 589 are not etched.

次に、再び燐イオンをドーピングした。加速電圧は60〜90kVとし、ドーズ量は1×1012〜1×1014原子/cm2 とするが、本実施例では、加速電圧を80kV、ドーズ量を1×1014原子/cm2 とした。この場合、燐イオンはゲイト電極582、583を透過しないが、ゲイト絶縁膜581を透過して活性層579、580に注入される。従って、燐イオンが2度注入される領域はN型の高濃度不純物領域594〜597となり、燐イオンが1度注入される領域は、N型の低濃度不純物領域598〜601となる。 Next, phosphorus ions were doped again. The acceleration voltage is 60 to 90 kV and the dose is 1 × 10 12 to 1 × 10 14 atoms / cm 2. In this embodiment, the acceleration voltage is 80 kV and the dose is 1 × 10 14 atoms / cm 2 . did. In this case, phosphorus ions do not pass through the gate electrodes 582 and 583 but pass through the gate insulating film 581 and are implanted into the active layers 579 and 580. Therefore, the region into which phosphorus ions are implanted twice becomes N-type high-concentration impurity regions 594 to 597, and the region into which phosphorus ions are implanted once becomes N-type low-concentration impurity regions 598 to 601.

図61(G)に示すように、ポリイミド又は耐熱性レジスト602でNチャネルTFTとなる領域を被覆するが、ここではポリイミドを用いた。その後、活性層580の導電型をN型からP型に反転させるために、硼素イオンをイオンドーピングした。ドーピングガスには水素により1〜10容量%程度に希釈されたジボランを使用し、加速電圧を80kVとし、硼素のドーズ量は2×1015原子/cm2 とした。 As shown in FIG. 61G, a region to be an N-channel TFT is covered with polyimide or a heat resistant resist 602. Here, polyimide is used. Thereafter, boron ions were ion-doped in order to invert the conductivity type of the active layer 580 from N-type to P-type. Diborane diluted to about 1 to 10% by volume with hydrogen was used as the doping gas, the acceleration voltage was 80 kV, and the boron dose was 2 × 10 15 atoms / cm 2 .

ポリイミド602で被覆された領域は、硼素が注入されないためN型のまま残存している。従って、活性層579において、高濃度不純物領域594、595はそれぞれNチャネル型TFTのソース領域、ドレイン領域に相当し、またゲイト電極582の直下の領域603は燐イオン及び硼素イオンが注入されず、真性のままであり、TFTのチャネルに相当する。   The region covered with polyimide 602 remains N-type because boron is not implanted. Accordingly, in the active layer 579, the high-concentration impurity regions 594 and 595 correspond to the source region and drain region of the N-channel TFT, respectively, and the region 603 directly below the gate electrode 582 is not implanted with phosphorus ions and boron ions. It remains true and corresponds to the TFT channel.

硼素イオンのドーピングでは、硼素の注入量が多いため、低濃度不純物領域(LDD領域)は形成されず、P型の高濃度不純物領域604、605のみが形成される。高濃度不純物領域604、605は、それぞれ、Pチャネル型TFTのソース領域、ドレイン領域に相当する。また、ゲイト電極583の直下の領域606は、燐イオン及び硼素イオンが注入されないために、真性のままであり、TFTのチャネルとなる。   In boron ion doping, since the amount of boron implanted is large, a low concentration impurity region (LDD region) is not formed, and only P-type high concentration impurity regions 604 and 605 are formed. The high concentration impurity regions 604 and 605 correspond to the source region and drain region of the P-channel TFT, respectively. Further, the region 606 directly below the gate electrode 583 remains intrinsic because phosphorus ions and boron ions are not implanted, and becomes a TFT channel.

続いて、レジスト602を除去して、図61(H)に示すように、厚さ1μmの酸化珪素膜を層間絶縁膜607としてプラズマCVD法により形成し、これにコンタクトホールを形成した。このコンタクトホールに、チタンとアルミニウムの多層膜により、ソース領域及びドレイン領域の電極、配線608〜610を形成した。最後に、温度350℃の水素雰囲気中において、2時間の加熱処理を行った。以上の工程を経て、CMOS薄膜トランジスタが完成された。   Subsequently, the resist 602 was removed, and as shown in FIG. 61H, a silicon oxide film having a thickness of 1 μm was formed as an interlayer insulating film 607 by a plasma CVD method, and a contact hole was formed therein. Source and drain region electrodes and wirings 608 to 610 were formed in this contact hole by a multilayer film of titanium and aluminum. Finally, heat treatment was performed for 2 hours in a hydrogen atmosphere at a temperature of 350 ° C. The CMOS thin film transistor was completed through the above steps.

本実施例では、N型TFTとP型トランジスタを相補的に組み合わせたCMOS構造を形成するため、TFTを駆動する際に、低電力化が図れる。また、Nチャネル型TFTのチャネル603とドレイン領域595の間に低濃度不純物領域599を配置する構成としたため、チャネル603とドレイン595の間に高電界が発生することを防止することができる。   In this embodiment, since a CMOS structure in which an N-type TFT and a P-type transistor are complementarily combined is formed, power can be reduced when driving the TFT. In addition, since the low-concentration impurity region 599 is disposed between the channel 603 and the drain region 595 of the N-channel TFT, generation of a high electric field between the channel 603 and the drain 595 can be prevented.

なお、NF3 を添加した熱酸化工程の条件は、以上実施例67〜69の記載に限定されるものではなく、熱酸化工程で生ずるTFTが形成される基板の歪みや変形等が許容範囲となるようにするため、ガラス基板の歪み点以下の温度で、数時間加熱して、数100オングストロームの膜厚に熱酸化膜が成長するように、酸素雰囲気中のNF3 の濃度等を決定すればよい。また、石英基板等の高耐熱性の基板を用いる場合には、より高温の条件でも実施される。 The conditions for the thermal oxidation process with the addition of NF 3 are not limited to those described in Examples 67 to 69, and the distortion or deformation of the substrate on which the TFT formed in the thermal oxidation process is formed is within an allowable range. Therefore, the concentration of NF 3 in the oxygen atmosphere should be determined so that the thermal oxide film grows to a thickness of several hundred angstroms by heating for several hours at a temperature below the strain point of the glass substrate. That's fine. In addition, when a highly heat-resistant substrate such as a quartz substrate is used, it is also performed under a higher temperature condition.

また、実施例67〜69においてガラス基板には、歪み点が667℃であるコーニング1737ガラスを使用したため、熱酸化工程での加熱温度を600℃としたが、例えば、その歪み点が593℃のガラスを用いる場合には、熱酸化工程での加熱温度は好ましくは500〜550℃程度にすればよい。   Moreover, since the Corning 1737 glass whose distortion point is 667 degreeC was used for the glass substrate in Examples 67-69, although the heating temperature in a thermal oxidation process was 600 degreeC, the distortion point is 593 degreeC, for example. When glass is used, the heating temperature in the thermal oxidation step is preferably about 500 to 550 ° C.

《応用例》
本発明の半導体装置は、各種多様の電気機器の表示装置や各種集積回路、或いは従来のIC回路に代わる回路用等に応用される。図62〜図63はそのうちの幾つかを例示したものである。図62(A)は携帯情報端末機であり、図62(B)は内視鏡からの画像を見たり、自動車の教習やクレーンの模擬訓練等に利用されるHMD(ヘッドマウントディスプレイ)であり、図62(C)はカーナビである。また、図61(D)は携帯電話であり、図63(E)はビデオカメラであり、図61(F)はプロゼクションである。本発明の半導体装置は、これらとは限らず、各種多様の電気機器の表示装置用、従来のIC回路に代わる回路用、各種集積回路用等に使用される。
《Application example》
The semiconductor device of the present invention is applied to display devices for various electric appliances, various integrated circuits, or circuits for replacing conventional IC circuits. 62 to 63 illustrate some of them. FIG. 62A shows a portable information terminal, and FIG. 62B shows an HMD (head mounted display) used for viewing images from an endoscope, car training, crane training, and the like. FIG. 62C shows a car navigation system. FIG. 61D shows a mobile phone, FIG. 63E shows a video camera, and FIG. 61F shows a projection. The semiconductor device of the present invention is not limited to these, and is used for display devices of various electric devices, circuits in place of conventional IC circuits, various integrated circuits, and the like.

本発明によって得られた結晶性珪素膜の微細構造を示す図(光学顕微鏡写真:450倍)。The figure which shows the fine structure of the crystalline silicon film obtained by this invention (an optical microscope photograph: 450 times). 本発明によって得られた結晶性珪素膜の微細構造を示す図(光学顕微鏡写真:450倍)。The figure which shows the fine structure of the crystalline silicon film obtained by this invention (an optical microscope photograph: 450 times). 本発明によって得られた結晶性珪素膜の微細構造を示す図(TEM:50000倍)。The figure which shows the fine structure of the crystalline silicon film obtained by this invention (TEM: 50000 times). 本発明によって得られた結晶性珪素膜の微細構造を示す図(TEM:250000倍)。The figure which shows the fine structure of the crystalline silicon film obtained by this invention (TEM: 250,000 times). 本発明に係る結晶性珪素膜の製作工程の典型的態様のうちの一例を示す図。The figure which shows an example in the typical aspect of the manufacturing process of the crystalline silicon film which concerns on this invention. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いた半導体装置の製作工程の典型的態様のうちの一例を示す図。The figure which shows an example in the typical aspect of the manufacturing process of the semiconductor device using the crystalline silicon film which concerns on this invention. 本発明に係る結晶性珪素膜につていの数多くの顕微鏡写真から観察された結果を基に想定される結晶成長の形態を模式的に示した図。The figure which showed typically the form of the crystal growth assumed based on the result observed from many micrographs about the crystalline silicon film concerning this invention. 半導体装置のサブスレッショルド特性(S値)等を説明するための模式図。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining subthreshold characteristics (S value) and the like of a semiconductor device. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いた半導体装置のサブスレッショルド特性(S値)等の諸特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing various characteristics such as a subthreshold characteristic (S value) of a semiconductor device using a crystalline silicon film according to the present invention. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いた半導体装置のサブスレッショルド特性(S値)等の諸特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing various characteristics such as a subthreshold characteristic (S value) of a semiconductor device using a crystalline silicon film according to the present invention. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いた半導体装置のサブスレッショルド特性(S値)等の諸特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing various characteristics such as a subthreshold characteristic (S value) of a semiconductor device using a crystalline silicon film according to the present invention. Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを組み合わせた回路を組んだリングオシレータの特性を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the characteristic of the ring oscillator which combined the circuit which combined N channel type TFT and P channel type TFT. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いてNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを組み合わせた回路を組んだリングオシレータによるオシロスコープ(発振波形)を示す図。The figure which shows the oscilloscope (oscillation waveform) by the ring oscillator which combined the circuit which combined N channel type TFT and P channel type TFT using the crystalline silicon film which concerns on this invention. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いたプレーナ型の薄膜トランジスタのゲイト電流の値の計測値を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a measured value of a gate current value of a planar thin film transistor using a crystalline silicon film according to the present invention. 本発明に係る結晶性珪素膜を用いたプレーナ型の薄膜トランジスタのゲイト電流の値の計測値を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a measured value of a gate current value of a planar thin film transistor using a crystalline silicon film according to the present invention. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるNi元素の濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Ni element in the film cross-section direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるNi元素の濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Ni element in the film cross-section direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるClの濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Cl in the film cross-sectional direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるNi元素の濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Ni element in the film cross-section direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるNi元素の濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Ni element in the film cross-section direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 非晶質珪素膜をNiを用いて結晶化した後、熱酸化膜を形成した時点での膜断面方向におけるClの濃度分布を計測した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the density | concentration distribution of Cl in the film cross-sectional direction at the time of forming a thermal oxide film after crystallizing an amorphous silicon film using Ni. 実施例4における作製工程を示す図。FIG. 6 shows a manufacturing process in Example 4; 実施例9における作製工程を示す図。FIG. 9 shows a manufacturing process in Example 9. 実施例10における作製工程を示す図。FIG. 10 shows a manufacturing process in Example 10. 実施例12における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 12. 実施例13における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 13. 実施例16における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 16; 実施例21における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 21. 実施例22における作製工程を示す図。FIG. 22 shows a manufacturing process in Example 22. 実施例24における作製工程を示す図。FIG. 24 shows a manufacturing step in Example 24. 実施例25における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 25. 実施例28における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 28. 実施例30における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 30. 実施例31における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 31. 実施例33における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 33. 実施例34における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 34; 実施例37における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 37. 結晶性珪素膜面へのレーザー光照射時の現象を説明する模式図。The schematic diagram explaining the phenomenon at the time of the laser beam irradiation to the crystalline silicon film surface. 実施例39における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 39. 実施例41における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 41. 実施例42における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 42. 実施例44における作製工程を示す図。FIG. 24 shows a manufacturing step in Example 44. 実施例45における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 45. 実施例48における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 48. 実施例50における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 50. 実施例52における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 52. 実施例53における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 53. 実施例54における作製工程を示す図。FIG. 25 shows a manufacturing step in Example 54. 実施例55における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 55. 実施例58における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 58; 実施例60における作製工程を示す図。FIG. 16 shows a manufacturing process in Example 60. 実施例61における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 61. 実施例62における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 62. 実施例63における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing step in Example 63. 実施例66における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing step in Example 66. 実施例67における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 67. 実施例67における作製工程を示す図。FIG. 18 shows a manufacturing process in Example 67. 実施例68における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 68. 実施例68における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing process in Example 68. 実施例69における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing step in Example 69. 実施例69における作製工程を示す図。FIG. 46 shows a manufacturing step in Example 69. 本発明の半導体装置の各種応用例のうちの幾つかの例を示す図。4A and 4B are diagrams showing some examples of various application examples of the semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の各種応用例のうちの幾つかの例を示す図。4A and 4B are diagrams showing some examples of various application examples of the semiconductor device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、8、20、39、57・・・ガラス基板、石英基板等
2、9、21、40、58・・・下地膜(酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜等)
3、10、86、93、104・・・非晶質珪素膜
4、13、87、96、170・・・ニッケル塩等を含んだ溶液の水膜
5、15、88、98、171・・・結晶性珪素膜
6、16、89、99、172・・・熱酸化膜(金属元素を膜中に高濃度に含んだ)
7、15、90、98、173・・・金属元素の濃度が低減又は除去された結晶性珪素膜
17、22、41、59、60・・・金属元素の濃度が低減又は除去され、パターニングされた結晶性珪素膜
11、94、177、271・・・マスク
12、95、178、272・・・開口
17、26・・・パターン
27 陽極酸化膜
29 酸化珪素膜
28 陽極酸化膜
30 ソース領域
31 チャネル形成領域
32 チャネル領域
33 LDD領域
34 ドレイン領域
35、201 層間絶縁膜
36 ソース電極
37 ドレイン電極
1, 8, 20, 39, 57... Glass substrate, quartz substrate, etc. 2, 9, 21, 40, 58... Base film (silicon oxide film, silicon oxynitride film, etc.)
3, 10, 86, 93, 104... Amorphous silicon film 4, 13, 87, 96, 170... Water film of solution containing nickel salt 5, 15, 88, 98, 171.・ Crystalline silicon film 6, 16, 89, 99, 172... Thermal oxide film (metal element contained in high concentration in the film)
7, 15, 90, 98, 173... Crystalline silicon film with reduced or removed metal element concentration 17, 22, 41, 59, 60... Reduced or removed metal element concentration and patterned. Crystal silicon film 11, 94, 177, 271 ... Mask 12, 95, 178, 272 ... Opening 17, 26 ... Pattern 27 Anodized film 29 Silicon oxide film 28 Anodized film 30 Source region 31 Channel formation region 32 Channel region 33 LDD region 34 Drain region 35, 201 Interlayer insulating film 36 Source electrode 37 Drain electrode

Claims (12)

基板上に形成されたハロゲン元素を含む下地絶縁膜上に非晶質珪素膜を成膜し、
該非晶質珪素膜に珪素の結晶化を助長する金属元素を意図的に導入し、
第1の加熱処理により該非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜を形成し、
該結晶性珪素膜をパターニングして半導体装置の活性層を形成し、
該活性層に対してレーザー光又は強光の照射を行い、
ハロゲン元素を含む酸化性雰囲気中で第2の加熱処理を行って該結晶性珪素膜の表面に第1の熱酸化膜を形成し、該活性層中に存在する当該金属元素を除去又は減少させ、
該第1の熱酸化膜を除去し、
該活性層の表面にハロゲン元素を含む雰囲気中において再度の熱酸化を行うことにより第2の熱酸化膜を形成し、
該第2の熱酸化膜の上にハロゲン元素を含有した絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on a base insulating film containing a halogen element formed on a substrate ,
A metal element that promotes crystallization of silicon is intentionally introduced into the amorphous silicon film,
Forming a crystalline silicon film by crystallizing the amorphous silicon film by a first heat treatment;
Patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a semiconductor device;
Irradiating the active layer with laser light or strong light,
A second thermal treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element to form a first thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and the metal element present in the active layer is removed or reduced. ,
Removing the first thermal oxide film;
A second thermal oxide film is formed on the surface of the active layer by performing another thermal oxidation in an atmosphere containing a halogen element ;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an insulating film containing a halogen element is formed over the second thermal oxide film.
請求項1に記載の半導体装置の作製方法において、
該活性層は、側面が前記絶縁表面となす角が20°〜50°となる傾斜した形状を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the active layer has an inclined shape whose side surface forms an angle of 20 ° to 50 ° with the insulating surface.
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の作製方法において、
前記第1の加熱処理は、温度750℃〜1100℃で行い、
前記第2の加熱処理の温度は前記第1の加熱処理の温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
The first heat treatment is performed at a temperature of 750 ° C. to 1100 ° C.,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the temperature of the second heat treatment is higher than the temperature of the first heat treatment.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記第2の加熱処理を行うことによって、前記活性層中に存在する前記金属元素を前記第1の熱酸化膜中にゲッタリングさせることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second heat treatment is performed to getter the metal element present in the active layer into the first thermal oxide film.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜中の結晶が、結晶格子が連続的に連なった結晶であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a crystal in a crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film is a crystal in which crystal lattices are continuously connected.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜中の結晶が、細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a crystal in a crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film is a thin rod-shaped crystal or a thin flat rod-shaped crystal.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記非晶質珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜中の結晶が、複数の細い棒状結晶又は細い扁平棒状結晶で、且つ、それらが間隔を置いて平行又はほぼ平行に成長した結晶であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The crystal in the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film is a plurality of thin rod-like crystals or thin flat rod-like crystals, which are grown in parallel or almost in parallel at intervals. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記非晶質珪素膜を形成する基板として石英基板が用いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1 thru | or 7 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a quartz substrate is used as a substrate on which the amorphous silicon film is formed.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記珪素の結晶化を助長する金属元素は、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種類の元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
The metal element that promotes the crystallization of silicon is one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1乃至請求項の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記第1の熱酸化膜を除去した後に、酸素と水素とを含むプラズマ雰囲気でのアニールを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: performing annealing in a plasma atmosphere containing oxygen and hydrogen after removing the first thermal oxide film.
請求項1乃至請求項10の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記非晶質珪素膜中に含まれる酸素の濃度が5×1017cm−3〜2×1019cm−3であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 10,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the concentration of oxygen contained in the amorphous silicon film is 5 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .
請求項1乃至請求項11の何れかに記載の半導体装置の作製方法において、
前記ハロゲン元素を含有した絶縁膜は、ハロゲン元素を含有した酸化珪素膜又はハロゲン元素を含有した酸化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 11,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the insulating film containing a halogen element is a silicon oxide film containing a halogen element or a silicon oxynitride film containing a halogen element.
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