JP5004838B2 - A method for forming a semiconductor film, and a semiconductor device and a display device using the semiconductor film. - Google Patents

A method for forming a semiconductor film, and a semiconductor device and a display device using the semiconductor film. Download PDF

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本発明は、多結晶半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置に関し、特に、非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に、熱エネルギー及び強光照射による光エネルギーを加えて、両エネルギーによって非晶質半導体膜を結晶欠陥が少ない多結晶半導体膜に結晶化する多結晶半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて形成された多結晶半導体膜を用いた液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置、並びに、これらの半導体装置を用いたディスプレイ装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a polycrystalline semiconductor film, a semiconductor device manufactured using the method, and a display device, and more particularly, to an amorphous formed on a non-single crystal insulating film or a non-single crystal insulating substrate. A method for forming a polycrystalline semiconductor film and a method for forming the same by applying thermal energy and light energy by intense light irradiation to the semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film into a polycrystalline semiconductor film with few crystal defects The present invention relates to a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, and a semiconductor logic circuit using a polycrystalline semiconductor film formed by using the semiconductor device, and a display device using these semiconductor devices.

従来から、基板に形成された非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、非晶質半導体膜を形成し、この非晶質半導体膜にエネルギーを加えることにより、非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる方法が知られている。   Conventionally, a non-single crystal insulating substrate is formed by forming an amorphous semiconductor film on a non-single crystal insulating film or a non-single crystal insulating substrate formed on a substrate and applying energy to the amorphous semiconductor film. A method for crystallizing the amorphous semiconductor film formed thereon is known.

例えば、電子情報通信学会技術研究報告、信学技報,Vol.100,No.2,ED2000−14(2000年4月)pp.27〜32(以下、従来例1と称する)(非特許文献1参照)には、PE−CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法を用いて、ガラス基板上に非晶質シリコン膜を45〜50nmの膜厚に形成した後、この非晶質シリコン膜にエキシマレーザー光を照射することにより、結晶粒径が700nmの多結晶シリコン膜に結晶化されることが記載されている。また、この従来例1には、この方法により得られた多結晶シリコン膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成すると、その移動度が、320cm2/V・secまで向上することが記載されている。 For example, IEICE technical report, IEICE technical report, Vol. 100, no. 2, ED2000-14 (April 2000) pp. 27-32 (hereinafter referred to as Conventional Example 1) (see Non-Patent Document 1), PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) is used to form an amorphous silicon film on a glass substrate at 45-50 nm. It is described that the amorphous silicon film is crystallized into a polycrystalline silicon film having a crystal grain size of 700 nm by irradiating the amorphous silicon film with an excimer laser beam after the film thickness is formed. Further, this conventional example 1 describes that when a thin film transistor (TFT) is formed using a polycrystalline silicon film obtained by this method, the mobility is improved to 320 cm 2 / V · sec. .

また、特開2000−150381号公報(以下、従来例2と称する)には、触媒元素を非晶質シリコン膜の表面に導入した状態で、加熱処理して結晶化を進行させた後、レーザー光を照射することにより、結晶性がさらに向上した結晶性シリコン膜とする結晶化方法が記載されている(特許文献1参照)。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-150381 (hereinafter referred to as Conventional Example 2) describes a method in which crystallization is advanced by heat treatment in a state where a catalytic element is introduced into the surface of an amorphous silicon film, and then laser A crystallization method is described in which a crystalline silicon film with further improved crystallinity is obtained by irradiation with light (see Patent Document 1).

図7は、従来例2に記載された結晶化方法を説明する概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the crystallization method described in Conventional Example 2.

従来例2の方法では、まず、PE−CVD法を用いて、ガラス基板1上に厚さ100nmの非晶質シリコン膜2を形成した後、濡れ性を改善するために、厚さ2nm程度の酸化珪素膜3を形成する。   In the method of Conventional Example 2, first, an amorphous silicon film 2 having a thickness of 100 nm is formed on the glass substrate 1 by using a PE-CVD method, and then the thickness is about 2 nm in order to improve wettability. A silicon oxide film 3 is formed.

次に、結晶化を助長する触媒元素であるニッケルを含有する溶液を塗布した後、スピンドライして、酸化珪素膜3上に溶液膜4を形成する。   Next, a solution containing nickel, which is a catalyst element that promotes crystallization, is applied and then spin-dried to form a solution film 4 on the silicon oxide film 3.

次に、この状態で、550℃の温度条件として、4時間にわたるアニールを行うことにより、非晶質シリコン膜2を結晶化させる。   Next, in this state, the amorphous silicon film 2 is crystallized by annealing for 4 hours under a temperature condition of 550.degree.

次いで、結晶化したシリコン膜2の結晶性をさらに向上させるために、波長248nmのKrFエキシマレーザー光を、200〜350mJ/cm2のエネルギー密度にて照射する。 Next, in order to further improve the crystallinity of the crystallized silicon film 2, KrF excimer laser light with a wavelength of 248 nm is irradiated at an energy density of 200 to 350 mJ / cm 2 .

このような従来例2の結晶化方法では、触媒元素を用いて結晶化が助長されるため、低温で、且つ、短時間内で結晶性シリコン膜が得られる。   In such a crystallization method of Conventional Example 2, crystallization is promoted using a catalyst element, and thus a crystalline silicon film can be obtained at a low temperature and within a short time.

信学技報、Vol.100,No.2,ED2000−14(2000年4月)pp.27〜32IEICE Technical Report, Vol. 100, no. 2, ED2000-14 (April 2000) pp. 27-32

特開2000−150381号公報JP 2000-150381 A

しかし、上記従来例1の方法では、非晶質シリコン膜に照射されるレーザー光のレーザー照射条件が最適化されておらず、数μm程度の小径な結晶粒径の結晶粒が得られ、多くの結晶粒界を含む多結晶のシリコン膜が得られるおそれがある。結晶粒界には、再結合中心があり、キャリアのトラップ準位として働くので、結晶粒界が多く含まれる多結晶によりTFTを作製すると、移動度が低下する。   However, in the method of the conventional example 1, the laser irradiation condition of the laser beam applied to the amorphous silicon film is not optimized, and a crystal grain having a small crystal grain size of about several μm is obtained. There is a possibility that a polycrystalline silicon film including the crystal grain boundary is obtained. Since the crystal grain boundary has a recombination center and functions as a carrier trap level, mobility is lowered when a TFT is formed using a polycrystal including many crystal grain boundaries.

また、従来例1の方法では、充分な安定性を有するレーザー光を大面積基板の全面を均一に照射することは容易ではなく、このため、均一な結晶性を有するシリコン膜を形成することは困難であるという問題もある。   Further, in the method of Conventional Example 1, it is not easy to uniformly irradiate the entire surface of a large-area substrate with laser light having sufficient stability. Therefore, it is not possible to form a silicon film having uniform crystallinity. There is also the problem that it is difficult.

また、上記の従来例2の方法では、触媒元素の導入によって結晶化されたシリコン膜2の結晶性をさらに向上させるためにレーザー光を照射しているが、そのレーザー光の照射条件の最適条件については記載されておらず、この方法により形成されたシリコン膜は、結晶欠陥が多くなるおそれがある。   In the method of Conventional Example 2 described above, the laser beam is irradiated to further improve the crystallinity of the silicon film 2 crystallized by introducing the catalyst element. The optimum conditions for the laser beam irradiation conditions are as follows. Is not described, and the silicon film formed by this method may have many crystal defects.

このような結晶欠陥を多く含む結晶化方法により形成された半導体膜を用いて液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置(トランジスタ)を作製した場合、キャリアの移動度が小さく、閾値電圧が大きくなる等の問題が発生し、さらに、液晶ドライバー等に多数形成された各半導体装置(トランジスタ)のキャリアの移動度、閾値電圧のバラツキが大きくなるという問題もある。   When a semiconductor device (transistor) such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, or a semiconductor logic circuit is manufactured using a semiconductor film formed by such a crystallization method including many crystal defects, the carrier mobility is small and the threshold voltage is low. In addition, there is a problem that variations in carrier mobility and threshold voltage of each semiconductor device (transistor) formed in large numbers in a liquid crystal driver or the like increase.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、結晶欠陥が低減されて結晶性が良好な半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for forming a semiconductor film having good crystallinity with reduced crystal defects, and a semiconductor device and a display device manufactured using the method. The purpose is to do.

本発明の半導体膜の形成方法は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、該結晶性半導体膜に、該結晶性半導体膜の結晶性がさらに向上するよう第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜を、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が概略10°以下あるいは58°〜62°になっている比率が0.8となる多結晶半導体膜とする工程と、を包含することを特徴とするものである。
The method for forming a semiconductor film of the present invention includes a step of forming an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface, and a step of introducing a catalyst substance that promotes crystallization into the surface of the amorphous semiconductor film. Applying a first energy to the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film into a crystalline semiconductor film; and the crystalline semiconductor film further has a crystallinity of the crystalline semiconductor film. By applying the second energy to improve the crystalline semiconductor film, the ratio of the crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains is approximately 10 ° or less or 58 ° to 62 ° is 0.8 . And a step of forming a polycrystalline semiconductor film.

前記第一のエネルギーは、熱エネルギーであり、第二のエネルギーは強光であることが好ましい。
前記強光はエキシマレーザー光であることが好ましい。
The first energy is preferably thermal energy, and the second energy is preferably intense light.
The intense light is preferably excimer laser light.

前記半導体膜は、シリコン材料により形成されていることが好ましい。   The semiconductor film is preferably made of a silicon material.

前記触媒物質は、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auから選択される少なくとも1つの金属、または、これらの金属の少なくとも1つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも1つこれらの金属の少なくとも1つを含む化合物とを組み合わせたものであることが好ましい。 The catalyst material is at least one metal selected from Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, Au, a compound containing at least one of these metals, or at least selected from these metals one and is preferably a combination of a compound containing at least one of these metals.

前記触媒物質の前記非晶質半導体膜上における表面濃度は、1×1011atoms/cm以上1×1016atoms/cm以下の範囲であることが好ましい。 The surface concentration of the catalyst substance on the amorphous semiconductor film is preferably in the range of 1 × 10 11 atoms / cm 2 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 .

本発明の半導体装置は、前記半導体膜の形成方法によって形成されていることを特徴とするものである。   The semiconductor device of the present invention is formed by the method for forming a semiconductor film.

本発明のディスプレイ装置は、前記半導体装置を備えていることを特徴とするものである。   The display device of the present invention includes the semiconductor device.

以上説明したように、本発明の半導体膜は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、該結晶性半導体膜に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略10°以下あるいは58°〜62°になる第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜の結晶性をさらに向上させて多結晶半導体膜とする工程と、を順次実施することにり、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略10°以下あるいは58°〜62°を保持して、欠陥の少ない多結晶半導体が形成される。このような結晶性が改善された半導体膜をTFT等の半導体装置に用いることにより、半導体装置の高性能化を図ることができる。   As described above, in the semiconductor film of the present invention, a step of forming an amorphous semiconductor film over a substrate having an insulating surface and a catalyst substance for promoting crystallization are introduced into the surface of the amorphous semiconductor film. A step of crystallizing the amorphous semiconductor film into a crystalline semiconductor film by applying first energy to the amorphous semiconductor film, and a crystal of each crystal grain adjacent to the crystalline semiconductor film. The steps of sequentially improving the crystallinity of the crystalline semiconductor film by applying a second energy having an azimuth angle difference of approximately 10 ° or less or 58 ° to 62 ° to form a polycrystalline semiconductor film sequentially. In practice, the crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains is maintained at about 10 ° or less or 58 ° to 62 °, and a polycrystalline semiconductor with few defects is formed. By using such a semiconductor film with improved crystallinity for a semiconductor device such as a TFT, the performance of the semiconductor device can be improved.

本発明は、非晶質シリコン膜に結晶化を促進する触媒物質を導入して加熱することにより結晶化した結晶性のシリコン膜に対して、さらにその結晶性を向上させるために、エキシマレーザーを照射する場合に、そのエキシマレーザーの照射条件に適正条件があることに着目してなされたものである。そして、この適正条件により、エキシマレーザーを触媒物質の導入後の加熱処理により結晶化された結晶性シリコン膜に照射すると、多結晶シリコン膜の互いに隣接した結晶粒の結晶方位差が概略10°以下あるいは58°〜62°になり、結晶欠陥が低減された良好な結晶性が得られることが、本願発明者らの実験により明らかとなった。   In the present invention, an excimer laser is used to improve the crystallinity of a crystalline silicon film crystallized by introducing and heating a catalyst substance that promotes crystallization into an amorphous silicon film. When irradiating, it pays attention that there is an appropriate condition in the irradiation condition of the excimer laser. Under this proper condition, when an excimer laser is irradiated onto the crystalline silicon film crystallized by the heat treatment after the introduction of the catalyst substance, the crystal orientation difference between adjacent crystal grains of the polycrystalline silicon film is approximately 10 ° or less. Or it became 58 degrees-62 degrees, and it became clear by experiment of this inventor that the favorable crystallinity by which the crystal defect was reduced was obtained.

以下、このような結果を得た実験について詳細に説明する。   Hereinafter, the experiment which obtained such a result is demonstrated in detail.

まず、始めに、成膜温度を300℃として、SiH4ガスを用いたPE−CVD法によって、ガラス基板上に非晶質シリコン膜を50nmの膜厚に形成した。 First, an amorphous silicon film was formed to a thickness of 50 nm on a glass substrate by PE-CVD using SiH 4 gas at a film formation temperature of 300 ° C.

次に、スパッタリング法を用いて、非晶質シリコン膜上にニッケル薄膜を形成する。ニッケル薄膜のニッケル表面原子濃度は、1×1013〜5×1013個/cm2とした。 Next, a nickel thin film is formed on the amorphous silicon film by sputtering. The nickel surface atomic concentration of the nickel thin film was 1 × 10 13 to 5 × 10 13 atoms / cm 2 .

次に、電気炉を用いて550℃の加熱処理を4時間にわたって行った。この加熱処理により、導入されたニッケルが、非晶質シリコン膜中のシリコンと反応して、非晶質シリコン膜の表面の全面にランダムにニッケルシリサイドが形成される。さらに、このニッケルシリサイドが結晶核となって、非晶質シリコン膜の結晶化が促進される。ニッケルシリサイドは、非晶質シリコンを結晶化しながら横方向に移動し、ニッケルシリサイドが通過した後には、結晶性シリコン膜が形成される。   Next, heat treatment at 550 ° C. was performed for 4 hours using an electric furnace. By this heat treatment, the introduced nickel reacts with the silicon in the amorphous silicon film, and nickel silicide is randomly formed on the entire surface of the amorphous silicon film. Further, the nickel silicide serves as a crystal nucleus to promote crystallization of the amorphous silicon film. Nickel silicide moves laterally while crystallizing amorphous silicon, and after the nickel silicide has passed, a crystalline silicon film is formed.

続いて、ニッケルシリサイドによって結晶化が進められた結晶性シリコン膜の結晶性をさらに向上させるために、XeClエキシマレーザーを照射し、多結晶シリコン膜(本願明細書では、以下の記載において、便宜上、加熱処理後のシリコン膜を結晶性シリコン膜、エキシマレーザー照射後のシリコン膜を多結晶シリコン膜と記載する)を作製した。   Subsequently, in order to further improve the crystallinity of the crystalline silicon film that has been crystallized by nickel silicide, XeCl excimer laser irradiation is performed, and a polycrystalline silicon film (in the following description, for convenience in the following description) The silicon film after the heat treatment is described as a crystalline silicon film, and the silicon film after the excimer laser irradiation is described as a polycrystalline silicon film).

このような加熱処理後の結晶性シリコン膜に対して、結晶性を向上させるために照射されるエキシマレーザーのエネルギー密度を、280mJ/cm〜380mJ/cmの範囲で種々変化させて、エキシマレーザーのエネルギー密度の適正条件を検討した。 For such heat treatment after the crystalline silicon film, the energy density of the excimer laser is irradiated to improve the crystallinity, while varying in a range of 280mJ / cm 2 ~380mJ / cm 2 , excimer The appropriate condition of laser energy density was investigated.

加熱処理によって得られる結晶性シリコン膜及びエキシマレーザーの照射によって得られる多結晶シリコン膜の結晶方位は、EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern)法により測定される。EBSP法は、結晶方位を測定する対象となる試料に電子線を照射し、試料によって散乱された電子線によって表れる菊地図によって、角度精度±1°以下で、結晶方位を測定する方法である。   The crystal orientation of the crystalline silicon film obtained by the heat treatment and the polycrystalline silicon film obtained by the excimer laser irradiation is measured by an EBSP (Electron Backscatter Diffraction Pattern) method. The EBSP method is a method in which a crystal orientation is measured with an angle accuracy of ± 1 ° or less using a chrysanthemum map represented by an electron beam scattered by the sample by irradiating the sample to be crystallized with an electron beam.

このEBSP法を用いて、面積4μm×12μmのシリコン膜に、測定ピッチ0.05μmで電子線を照射して、隣接する各測定点間の結晶方位の角度差、すなわちMisorientationを測定した。   Using this EBSP method, a silicon film having an area of 4 μm × 12 μm was irradiated with an electron beam at a measurement pitch of 0.05 μm, and the angle difference between crystal orientations between adjacent measurement points, that is, misorientation, was measured.

図6は、加熱処理を行うことによって得られる結晶性シリコン膜の結晶方位についてのMisorientation発生数を長さに換算して示したグラフである。   FIG. 6 is a graph showing the number of occurrences of misorientation with respect to the crystal orientation of the crystalline silicon film obtained by performing the heat treatment in terms of length.

図6を参照すると、Misorientation長さは、測定精度の下限値である1°から現れ、約65°までの間に分布している。Misorientatio長さは、1°〜10°の範囲及び58°〜62°の範囲で長くなっている。   Referring to FIG. 6, the misorientation length appears from 1 ° which is a lower limit value of the measurement accuracy, and is distributed up to about 65 °. The misorientio length is longer in the range of 1 ° to 10 ° and in the range of 58 ° to 62 °.

Misorientation長さが1〜10°の範囲で長くなる結果は、次のように考えられる。   The result that the misorientation length becomes long in the range of 1 to 10 ° is considered as follows.

非晶質シリコン膜にニッケルが添加された状態で加熱処理を実施すると、まず、ニッケルとシリコンとが反応して、非晶質シリコン膜の表面全面にランダムにニッケルシリサイドが形成される。このように形成されたニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜の結晶化の結晶核となって、この結晶核から基板横方向に結晶化が進行する。   When heat treatment is performed in a state where nickel is added to the amorphous silicon film, nickel and silicon react first, and nickel silicide is randomly formed on the entire surface of the amorphous silicon film. The nickel silicide thus formed serves as a crystal nucleus for crystallization of the amorphous silicon film, and crystallization proceeds from the crystal nucleus in the lateral direction of the substrate.

このニッケルシリサイドを結晶核とする結晶化は、非晶質シリコン膜中において、針状あるいは柱状に結晶が伸びるようにして成長し、その結晶成長の途中で、結晶方位は徐々に変化する。しかし、この結晶方位の変化は、膜内のストレスを緩和するように変化すると考えられ、Misorientation角度も小さいほうが、ストレスが緩和されて安定であり、このため、1°〜10°のMisorientation長さが大きくなったと考えられる。   In the crystallization using nickel silicide as a crystal nucleus, the crystal grows in an amorphous silicon film so that the crystal extends in a needle shape or a column shape, and the crystal orientation gradually changes during the crystal growth. However, this change in crystal orientation is considered to change so as to relieve the stress in the film. The smaller the misorientation angle, the more stable the stress is, and therefore the misorientation length of 1 ° to 10 °. Seems to have grown.

また、Misorientation長さが58〜62°の範囲で長くなる結果は、次のように考えられる。   Moreover, the result that the misorientation length becomes long in the range of 58 to 62 ° is considered as follows.

非晶質シリコン膜にニッケルが添加された状態で加熱処理を実施して、結晶化した結晶性シリコンの結晶性を更に上げる為、エキシマレーザを照射する。   In order to further improve the crystallinity of the crystallized crystalline silicon, heat treatment is performed with nickel added to the amorphous silicon film, and excimer laser irradiation is performed.

エキシマレーザーのエネルギー密度が高くなると、結晶性シリコン膜の一部が局所的に溶融し、再結晶化する際に、小さい結晶粒を形成する。この小さい結晶粒が、58°〜62°のMisorientationを形成すると考えられる。尚、58°〜62°のMisorientationの結晶構造を調べた結果、ツイン構造であった。このツイン構造は、〈111〉方位を回転軸として58°〜62°回転した結晶方位の結晶と、回転する前の結晶方位の結晶によって形成された構造であり、その境界には再結合中心が無い。   When the energy density of the excimer laser is increased, a part of the crystalline silicon film is locally melted to form small crystal grains when recrystallized. This small crystal grain is considered to form a misorientation of 58 ° to 62 °. As a result of examining the crystal structure of misorientation at 58 ° to 62 °, it was a twin structure. This twin structure is a structure formed by a crystal with a crystal orientation rotated from 58 ° to 62 ° with the <111> orientation as the rotation axis, and a crystal with a crystal orientation before the rotation, and there is a recombination center at the boundary. No.

下記の表1には、加熱処理後の結晶性シリコン膜に照射されるエキシマレーザーのエネルギー密度280mJ/cm〜380mJ/cmの範囲で種々変更した場合に得られる多結晶シリコン膜のMisorientation長さを測定した結果を示している。この表1では、Misorientation角度範囲を1°〜10°、58°〜62°及び1°〜62°の3つの各領域毎に、Misorientation長さを示している。 Table 1 below shows the misorientation length of the polycrystalline silicon film obtained when various changes are made in the energy density range of 280 mJ / cm 2 to 380 mJ / cm 2 of the excimer laser irradiated to the crystalline silicon film after the heat treatment. The result of having measured is shown. In Table 1, the misorientation angle range is shown for each of the three regions of 1 ° to 10 °, 58 ° to 62 °, and 1 ° to 62 °.

また、表1の(d)欄には、各エネルギー密度のエキシマレーザーを照射することにより得られた多結晶シリコン膜を用いて、NチャネルTFTを作製し、そのTFTの移動度を測定した結果を示している。   In the column (d) of Table 1, an N-channel TFT was manufactured using a polycrystalline silicon film obtained by irradiating an excimer laser with each energy density, and the mobility of the TFT was measured. Is shown.

Figure 0005004838
表1を参照すると、エキシマレーザーのエネルギー密度が280mJ/cm〜320mJ/cmの範囲である場合、Misorientationの多くは1°〜10°の範囲にある。Misorientation角度が低いことは、格子欠陥が少なく、移動度も高くなると考える。エキシマレーザーのエネルギー密度が280mJ/cmから320mJ/cmに上がるに伴ってMisorientation長さが短くなり、結晶性がよくなっている。さらに、結晶性の向上に伴って、移動度も高くなる傾向がある。
Figure 0005004838
Referring to Table 1, when the energy density of the excimer laser is in the range of 280 mJ / cm 2 to 320 mJ / cm 2 , most of the misorientation is in the range of 1 ° to 10 °. A low misorientation angle is considered to have few lattice defects and high mobility. As the energy density of the excimer laser increases from 280 mJ / cm 2 to 320 mJ / cm 2 , the misorientation length is shortened and the crystallinity is improved. Furthermore, the mobility tends to increase with the improvement of crystallinity.

また、エネルギー密度を320mJ/cmから330mJ/cmに上げた部分で、58°〜62°のMisorientationが急激に増加した。この結果は、330mJ/cmのエネルギー密度を与えることにより、結晶性シリコン膜が局所的に表面から基板界面まで完全に溶融し、再結晶化する現象が現れ始めたためであると考えられる。 Further, the portion raising the energy density from 320 mJ / cm 2 to 330mJ / cm 2, Misorientation of 58 ° through 62 ° rapidly increases. This result is considered to be due to the phenomenon that the crystalline silicon film locally melted completely from the surface to the substrate interface and recrystallized by giving an energy density of 330 mJ / cm 2 .

エキシマレーザーのエネルギー密度が、330mJ/cm2〜360mJ/cm2の場合には、Misorientationの多くは、1°〜10°あるいは58°〜62°の範囲にある。どちらも、再結合中心が少ない結晶構造であり、電気的特性を下げないので、移動度も高い値となる。 When the energy density of the excimer laser is 330 mJ / cm 2 to 360 mJ / cm 2 , most of the misorientation is in the range of 1 ° to 10 ° or 58 ° to 62 °. Both of them have a crystal structure with few recombination centers and do not lower the electrical characteristics, so the mobility is also high.

結晶性シリコン膜が局所的に表面から基板界面まで完全に溶融し始めるより少し低いレーザエネルギー密度、表1の場合320mJ/cmのレーザを照射した多結晶シリコン膜は、Misorientation長さも短く、最も品質が高いと考えられる。移動度も最も高い値となっている。 A slightly lower laser energy density than the crystalline silicon film starts to melt completely from the surface to the substrate interface. In the case of Table 1, a polycrystalline silicon film irradiated with a laser of 320 mJ / cm 2 has the shortest misorientation length. The quality is considered high. The mobility is also the highest value.

エネルギー密度が、370mJ/cm2を超えた場合、Misorientation角度1°〜62°のMisorientation長さが大きくなっているにもかかわらず、Misorientation角度1°〜10°及び58°〜62°のMisorientation長さはほぼ同じである。この結果は、結晶性シリコンが完全溶融した後、冷却中に極微結晶として析出していることが考えられる。この場合、Misorientation角度1°〜10°及び58°〜62°以外のMisorientationが多いため、再結合中心が多い状態であり、再結合中心がキャリアのトラップ準位として働き、TFTの移動度が低下したと考えられる。 When the energy density exceeds 370 mJ / cm 2 , the misorientation lengths of 1 ° to 10 ° and 58 ° to 62 ° of the misorientation angles are increased even though the misorientation length of the misorientation angle of 1 ° to 62 ° is increased. It is almost the same. As a result, it is considered that after crystalline silicon is completely melted, it is precipitated as microcrystals during cooling. In this case, there are many misorientations other than misorientation angles of 1 ° to 10 ° and 58 ° to 62 °, so there are many recombination centers. The recombination centers act as carrier trap levels, and the mobility of the TFT is reduced. It is thought that.

TFTの移動度200cm/V・secを得るためには、上記表1から、エキシマレーザーのエネルギー密度は、300mJ/cm2〜350mJ/cm2の範囲が適正となっている。このような条件でエキシマレーザーを照射して結晶化した多結晶シリコン膜のMisorientationは、角度1〜10°あるいは58°〜62°が多く存在している。 In order to obtain the mobility 200cm 2 / V · sec of the TFT, from Table 1, the energy density of the excimer laser in the range of 300mJ / cm 2 ~350mJ / cm 2 is in the proper. The misorientation of a polycrystalline silicon film crystallized by irradiating an excimer laser under such conditions has many angles of 1 to 10 ° or 58 ° to 62 °.

隣接する結晶粒の結晶方位差の比率を、下記の(1)式で表し、その比率を上記表1に示している。   The ratio of the crystal orientation difference between adjacent crystal grains is expressed by the following formula (1), and the ratio is shown in Table 1 above.

上記エキシマレーザーのエネルギー密度が、300mJ/cm2〜350mJ/cm2の範囲にある場合、隣接する結晶粒の結晶方位差1°〜10°あるいは58°〜62°の比率は、0.5以上になっている。したがって、この0.5〜1が適正値である。 The energy density of the excimer laser, if the range of 300mJ / cm 2 ~350mJ / cm 2 , the ratio of the misorientation 1 ° of adjacent crystal grains to 10 ° or 58 ° through 62 ° is 0.5 or more It has become. Therefore, 0.5 to 1 is an appropriate value.

また、移動度が最も高い最適条件では、隣接する結晶粒の結晶方位差1°〜10°及び58°〜62°の比率が最も高くなっている。   Further, under the optimum conditions with the highest mobility, the ratios of the crystal orientation differences of 1 ° to 10 ° and 58 ° to 62 ° between adjacent crystal grains are the highest.

Figure 0005004838
以下、本発明の多結晶半導体膜の形成方法の具体的な形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明の多結晶半導体膜の形成方法は、以下の実施の形態1〜4に限定されるものではない。
Figure 0005004838
Hereinafter, specific embodiments of the method for forming a polycrystalline semiconductor film of the present invention will be described with reference to the drawings. The method for forming a polycrystalline semiconductor film of the present invention is not limited to the following first to fourth embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

まず、PE−CVD法によって、ガラス基板11上の全面にわたって、非晶質シリコン膜12を50nmの膜厚に形成する。成膜に用いる材料ガスとしては、SiH4ガスを用い、基板温度は、300℃とする。 First, an amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 50 nm over the entire surface of the glass substrate 11 by PE-CVD. As a material gas used for film formation, SiH 4 gas is used, and the substrate temperature is set to 300 ° C.

次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル(Ni)を蒸着してニッケル薄膜13を形成する。本実施の形態1では、ニッケル薄膜13におけるニッケルの表面原子濃度は、1×1013個/cm2とした。 Next, using a sputtering method, nickel (Ni) is deposited over the entire surface to form the nickel thin film 13. In the first embodiment, the surface atomic concentration of nickel in the nickel thin film 13 is 1 × 10 13 atoms / cm 2 .

次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、550℃、4時間とする。この熱処理により、最初にニッケル薄膜13のニッケルと非晶質シリコン膜12のシリコンとが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。   Next, heat treatment is performed using an electric furnace. The conditions for this heat treatment are, for example, 550 ° C. and 4 hours. By this heat treatment, nickel in the nickel thin film 13 and silicon in the amorphous silicon film 12 first react to form nickel silicide, and crystallization proceeds with the nickel silicide as a crystal nucleus.

次に、XeClエキシマレーザーを照射して、加熱により結晶化されたシリコン膜の結晶性をさらに向上させる。このエキシマレーザーの照射におけるエキシマレーザーのエネルギー密度は、300〜350mJ/cm2の範囲内に設定する。 Next, XeCl excimer laser is irradiated to further improve the crystallinity of the silicon film crystallized by heating. The energy density of the excimer laser in this excimer laser irradiation is set within a range of 300 to 350 mJ / cm 2 .

以上の工程により、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が概略10°以下あるいは58°〜62°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。   Through the above steps, a polycrystalline silicon film in which the crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains is controlled to be approximately 10 ° or less or 58 ° to 62 ° is formed.

(実施の形態2)
図2は、本実施の形態2の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to the second embodiment.

まず、図2(a)に示すように、SiH4ガスを用いたPE−CVD法によって、ガラス基板11上の全面にわたって、非晶質シリコン膜12を50nmの膜厚に形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 50 nm over the entire surface of the glass substrate 11 by PE-CVD using SiH 4 gas.

次に、非晶質シリコン膜12上の全面にわたってSiO2膜14を100nmの膜厚に形成した後、RIE法によって、SiO2膜14の所定部分をエッチングにより除去し、触媒物質導入領域15とする。この触媒物質導入領域15は、例えば、幅10μmの線状に形成する。 Next, after the SiO 2 film 14 is formed to a thickness of 100 nm over the entire surface of the amorphous silicon film 12, a predetermined portion of the SiO 2 film 14 is removed by etching by the RIE method. To do. The catalyst material introduction region 15 is formed in a linear shape having a width of 10 μm, for example.

次に、スパッタリング法を用いて、図2(b)に示すように、SiO2膜14上にニッケル薄膜13を形成する。本実施の形態2では、ニッケル薄膜13におけるニッケルの表面原子濃度は、5×1013個/cm2とした。 Next, a nickel thin film 13 is formed on the SiO 2 film 14 by sputtering as shown in FIG. In the second embodiment, the surface atomic concentration of nickel in the nickel thin film 13 is 5 × 10 13 atoms / cm 2 .

次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、550℃、4時間とする。この熱処理により、触媒物質導入領域15のニッケルとシリコンとが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。ニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜12のシリコンを結晶化させながら、基板面に対して横方向に移動し、移動方向の後ろ側に、結晶性シリコン膜を形成する。   Next, heat treatment is performed using an electric furnace. The conditions for this heat treatment are 550 ° C. and 4 hours. By this heat treatment, nickel and silicon in the catalyst material introduction region 15 react to form nickel silicide, and crystallization proceeds with the nickel silicide as a crystal nucleus. The nickel silicide moves in the lateral direction with respect to the substrate surface while crystallizing the silicon of the amorphous silicon film 12, and forms a crystalline silicon film on the rear side in the moving direction.

次いで、熱処理により結晶性シリコンとされたシリコン膜12上に形成されたSiO2膜14をエッチングにより除去する。 Next, the SiO 2 film 14 formed on the silicon film 12 made crystalline silicon by heat treatment is removed by etching.

次に、XeClエキシマレーザーを照射して、加熱により結晶化されたシリコン膜12の結晶性をさらに向上させる。このエキシマレーザーの照射におけるエキシマレーザーのエネルギー密度は、300〜350mJ/cm2の範囲内に設定する。 Next, XeCl excimer laser is irradiated to further improve the crystallinity of the silicon film 12 crystallized by heating. The energy density of the excimer laser in this excimer laser irradiation is set within a range of 300 to 350 mJ / cm 2 .

以上の工程により、隣接する結晶粒の結晶方位角度差が概略10°以下あるいは58°〜62°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。   Through the above steps, a polycrystalline silicon film in which the crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains is controlled to approximately 10 ° or less or 58 ° to 62 ° is formed.

(実施の形態3)
図3は、本実施の形態3の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to the third embodiment.

まず、PE−CVD法によって、石英基板11上の全面にわたって、非晶質シリコン膜12を50nmの膜厚に形成する。成膜に用いる材料ガスとしては、SiH4ガスを用い、基板温度は、300℃とする。 First, an amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 50 nm over the entire surface of the quartz substrate 11 by PE-CVD. As a material gas used for film formation, SiH 4 gas is used, and the substrate temperature is set to 300 ° C.

次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル(Ni)を蒸着してニッケル薄膜13を形成する。本実施の形態3では、ニッケル薄膜13におけるニッケルの表面原子濃度は、1×1013個/cm2とした。 Next, using a sputtering method, nickel (Ni) is deposited over the entire surface to form the nickel thin film 13. In the third embodiment, the nickel surface atomic concentration in the nickel thin film 13 is 1 × 10 13 atoms / cm 2 .

次に、熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、550℃、4時間とする。この熱処理により、最初にニッケルとシリコンが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。   Next, heat treatment is performed. The conditions for this heat treatment are, for example, 550 ° C. and 4 hours. By this heat treatment, nickel and silicon first react to form nickel silicide, and crystallization proceeds using this nickel silicide as a crystal nucleus.

続いて、900〜1000℃の高温熱処理を実施して、結晶性シリコン膜12の結晶性をさらに向上させる。高温熱処理は、レーザエネルギーの代わりに熱エネルギーを加えて、結晶性を良くする処理である。高温熱処理では、Siは溶融しておらず、レーザエネルギー密度300mJ/cm〜320mJ/cmのエキシマレーザを照射した多結晶シリコンと同じMisorientation分布である。 Subsequently, high-temperature heat treatment at 900 to 1000 ° C. is performed to further improve the crystallinity of the crystalline silicon film 12. The high-temperature heat treatment is a process for improving crystallinity by applying thermal energy instead of laser energy. The high temperature heat treatment, Si is not melted, the same Misorientation distribution as polycrystalline silicon was irradiated with an excimer laser of the laser energy density 300mJ / cm 2 ~320mJ / cm 2 .

以上の工程により、隣接する結晶粒の結晶方位角度差が概略10°以下あるいは58°〜62°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。   Through the above steps, a polycrystalline silicon film in which the crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains is controlled to approximately 10 ° or less or 58 ° to 62 ° is formed.

(実施の形態4)
図4は、本実施の形態4の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment.

本実施の形態4では、上述した実施の形態1〜3のいずれかにおいて説明した結晶性シリコン膜によって薄膜トランジスタ等の半導体装置を製造する方法について説明する。本実施の形態4の製造方法により製造された半導体装置は、液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等に用いることが可能である。   In the fourth embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device such as a thin film transistor using the crystalline silicon film described in any of the first to third embodiments will be described. The semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the fourth embodiment can be used for a liquid crystal driver, a semiconductor memory, a semiconductor logic circuit, and the like.

以下、具体的に図4を参照しながら説明する。   Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG.

まず、ガラス基板21上に、上述した実施の形態1〜3のいずれかに記載の結晶性半導体膜の形成方法により、多結晶シリコン膜を形成し、続いて、この多結晶シリコン膜をCF4ガスとO2ガスとを用いたRIE法によって、所定形状にパターニングし、島状の多結晶シリコン膜22を形成する。その後、この多結晶シリコン膜22が形成された基板面の全体にわたってTEOS(テトラエトキシシラン)ガスとO3ガスとを用いたプラズマCVD法によって、ゲートSiO2膜23を形成する。 First, a polycrystalline silicon film is formed on the glass substrate 21 by the method for forming a crystalline semiconductor film according to any of the first to third embodiments described above, and then this polycrystalline silicon film is CF 4. An island-shaped polycrystalline silicon film 22 is formed by patterning into a predetermined shape by RIE using gas and O 2 gas. Thereafter, a gate SiO 2 film 23 is formed by plasma CVD using TEOS (tetraethoxysilane) gas and O 3 gas over the entire substrate surface on which the polycrystalline silicon film 22 is formed.

次に、スパッタリング法によって、ゲートSiO2膜23が形成されたガラス基板21の全面にわたってWSi2層を形成した後、CF4ガスとO2ガスとを用いたRIE法によって、結晶性シリコン膜22上の略中央部分にのみWSi2層が残るようなパターニングとなるようなエッチングを行い、WSi2多結晶ゲート電極24を形成する。 Next, after forming a WSi 2 layer over the entire surface of the glass substrate 21 on which the gate SiO 2 film 23 is formed by sputtering, the crystalline silicon film 22 is formed by RIE using CF 4 gas and O 2 gas. Etching is performed so as to leave the WSi 2 layer only in the substantially central portion above, thereby forming the WSi 2 polycrystalline gate electrode 24.

次に、薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域を形成するために結晶性シリコン膜22上に不純物をイオンドーピング法により導入する。本実施の形態4の場合、上記のWSi2多結晶ゲート電極24が不純物を導入する際のマスクとなっており、WSi2多結晶ゲート電極24が設けられた部分以外の結晶シリコン膜22に不純物が導入される。n型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物は、リン(P)であり、p型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物は、ホウ素(B)である。 Next, impurities are introduced onto the crystalline silicon film 22 by ion doping to form source / drain regions of the thin film transistor. In the case of the fourth embodiment, the WSi 2 polycrystalline gate electrode 24 serves as a mask when introducing impurities, and impurities are not contained in the crystalline silicon film 22 other than the portion where the WSi 2 polycrystalline gate electrode 24 is provided. Is introduced. In the case of forming an n-type transistor, the introduced impurity is phosphorus (P), and in the case of forming a p-type transistor, the introduced impurity is boron (B).

次に、TEOSガスとO3ガスとを用いたプラズマCVD法によって、ガラス基板21の全面にわたって、SiO2膜25を形成した後、CF4ガスとCHF3ガスとを用いたRIE法によって、ソース・ドレイン領域とされる結晶性シリコン膜22上にコンタクトホール26を形成する。 Next, after a SiO 2 film 25 is formed over the entire surface of the glass substrate 21 by plasma CVD using TEOS gas and O 3 gas, the source is formed by RIE using CF 4 gas and CHF 3 gas. A contact hole 26 is formed on the crystalline silicon film 22 used as the drain region.

次に、スパッタリング法を用いて基板面の全面にAlを積層した後、BCl3ガスとCl2ガスとを用いたRIE法によって、SiO2膜25に形成されたコンタクトホール26を介して結晶性シリコン膜22に導通するAl配線27とする。 Next, after depositing Al on the entire surface of the substrate by sputtering, crystallinity is obtained through a contact hole 26 formed in the SiO 2 film 25 by RIE using BCl 3 gas and Cl 2 gas. An Al wiring 27 that is electrically connected to the silicon film 22 is used.

次に、SiH4ガスとNH3ガスまたはN2ガスとを用いたプラズマCVD法によって、基板面の全体にわたって、SiN保護膜28を形成し、最後にSiN保護膜28の一部をCF4ガスとCHF3ガスとを用いたエッチングによって、Al配線27に導通可能なようにスルーホール29を形成して、半導体トランジスタ、抵抗、キャパシタ等の半導体装置が完成する。 Next, the SiN protective film 28 is formed over the entire substrate surface by plasma CVD using SiH 4 gas and NH 3 gas or N 2 gas, and finally a part of the SiN protective film 28 is CF 4 gas. Through holes 29 are formed so as to be conductive to the Al wiring 27 by etching using and CHF 3 gas, thereby completing a semiconductor device such as a semiconductor transistor, a resistor, and a capacitor.

(実施の形態5)
図5は、実施の形態4の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a display device using the semiconductor device of the fourth embodiment.

本実施の形態5では、上記の実施の形態4と同様の方法で作製した半導体装置を用いて液晶ディスプレイ装置等のディスプレイ装置を製造する方法を説明する。   In the fifth embodiment, a method for manufacturing a display device such as a liquid crystal display device using a semiconductor device manufactured by the same method as in the fourth embodiment will be described.

以下、本実施の形態5について、図5(a)及び(b)を参照して説明する。   The fifth embodiment will be described below with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b).

まず、上記の実施の形態4の製造方法によりガラス基板等の絶縁基板21上に半導体装置を製造する。なお、この絶縁基板21上に形成された半導体装置の各構成については、実施の形態4と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。   First, a semiconductor device is manufactured on an insulating substrate 21 such as a glass substrate by the manufacturing method of the fourth embodiment. In addition, about each structure of the semiconductor device formed on this insulating substrate 21, the code | symbol same as Embodiment 4 is attached | subjected, and detailed description is abbreviate | omitted.

次に、SiN保護膜28が形成された基板面の全体にわたってITO膜を形成し、続いて、HClガスとFeCl3ガスとを用いてエッチングを行いパターニングして、SiN保護膜28に形成されたスルーホール29を介して半導体装置のAl配線27に導通する画素電極30を形成する。 Next, an ITO film was formed over the entire surface of the substrate on which the SiN protective film 28 was formed. Subsequently, etching was performed using HCl gas and FeCl 3 gas and patterning was performed to form the SiN protective film 28. A pixel electrode 30 that is electrically connected to the Al wiring 27 of the semiconductor device through the through hole 29 is formed.

次に、SiH4ガスとNH3ガスまたはN2ガスとを用いたプラズマCVD法によって、基板面の全面にわたってSiN膜31を形成する。さらに、このSiN膜31上に、配向膜となるポリイミド膜32をオフセット印刷法を用いて形成し、ラビング処理を行う。 Next, the SiN film 31 is formed over the entire surface of the substrate by plasma CVD using SiH 4 gas and NH 3 gas or N 2 gas. Further, a polyimide film 32 serving as an alignment film is formed on the SiN film 31 by using an offset printing method, and a rubbing process is performed.

一方、図5(b)に示すように、別のガラス基板41上に、R(赤)、G(緑)、B(青)の各感光性樹脂膜を付したフィルムを熱圧着により転写を行った後、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを行い、さらに、R、G、Bの各感光性樹脂が転写された部分間に、遮光性を有するブラックマトリクス部を形成して、カラーフィルター42を作製する。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, a film having R (red), G (green), and B (blue) photosensitive resin films on another glass substrate 41 is transferred by thermocompression bonding. Then, patterning is performed by a photolithography process, and a black matrix portion having a light shielding property is formed between portions where the photosensitive resins of R, G, and B are transferred, and the color filter 42 is manufactured. .

このカラーフィルター42上には、スパッタリング法によってITO膜を基板の全面にわたって形成し、対向電極43とする。さらに、この対向電極43上に、配向膜であるポリイミド膜44をオフセット印刷法によって形成して、ラビング処理を行う。   On the color filter 42, an ITO film is formed over the entire surface of the substrate by a sputtering method to form the counter electrode 43. Further, a polyimide film 44 as an alignment film is formed on the counter electrode 43 by an offset printing method, and a rubbing process is performed.

以上のように形成された図5(b)に示すカラーフィルター42等が形成されたガラス基板41と、図5(a)に示す半導体装置等が形成されたガラス基板21とを、ラビング処置を施した面が互いに対向するように配置して、シール樹脂によって貼り合わせる。この際、2枚の各ガラス基板間のスペースが一定になるように、ガラス基板間に真球状のシリカを散布する。そして、両基板間に表示媒体となる液晶を注入した後、両ガラス基板の両外側にそれぞれ偏光板を貼り付け、さらに、その周辺にドライバーIC等を実装して液晶ディスプレイが完成する。   The glass substrate 41 formed with the color filter 42 shown in FIG. 5B and the glass substrate 21 formed with the semiconductor device shown in FIG. 5A are rubbed. It arrange | positions so that the provided surface may mutually oppose, and it bonds together by sealing resin. At this time, spherical silica is sprayed between the glass substrates so that the space between the two glass substrates is constant. Then, after injecting liquid crystal serving as a display medium between both substrates, a polarizing plate is attached to both outer sides of both glass substrates, and a driver IC or the like is mounted on the periphery thereof to complete a liquid crystal display.

次に、本発明の適用範囲について説明する。   Next, the scope of application of the present invention will be described.

上記実施の形態1〜3では、半導体膜を形成する基板として、ガラス基板または石英基板を用いているが、SiウエハにSiO2膜、SiN膜を形成したもの等を用いてもよい。 In the first to third embodiments, a glass substrate or a quartz substrate is used as a substrate on which a semiconductor film is formed. However, a substrate obtained by forming a SiO 2 film or a SiN film on a Si wafer may be used.

また、上記実施の形態1〜3では、製造される半導体膜の具体例として、シリコン膜を形成する方法を示しているが、本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、シリコン膜を形成する場合に限られず、SiGe膜等を形成する場合にも適用することができる。   In the first to third embodiments, a method for forming a silicon film is shown as a specific example of a semiconductor film to be manufactured. However, the method for forming a crystalline semiconductor film of the present invention forms a silicon film. The present invention is not limited to this case, and the present invention can also be applied when forming a SiGe film or the like.

また、上記実施の形態1〜3では、非晶質シリコン膜を形成する方法として、SiH4ガスを用いたPE−CVD法を用いているが、Si26ガスを用いた減圧CVD法、スパッタ法等の他の方法を用いてもよい。 In the first to third embodiments, the PE-CVD method using SiH 4 gas is used as the method for forming the amorphous silicon film, but the low pressure CVD method using Si 2 H 6 gas, Other methods such as sputtering may be used.

また、上記実施の形態1〜3では、形成される半導体の膜厚を50nmとしているが、50〜150nmの範囲であれば、本発明の半導体膜の形成方法を適用することができる。   In the first to third embodiments, the film thickness of the formed semiconductor is 50 nm. However, the method for forming a semiconductor film of the present invention can be applied as long as it is in the range of 50 to 150 nm.

また、上記実施の形態1〜3では、触媒物質であるニッケルの導入は、スパッタリング法を用いた蒸着法により導入しているが、真空蒸着法、メッキ法、イオンドーピング法、CVD法、スピンコート法等の他の方法を用いてもよい。スピンコート法を用いて触媒物質を導入する場合、触媒物質を含む溶液として、水、メタノール、エタノール、n−プロパノ−ル、アセトンからなる群から選ばれた少なくとも一種類の溶媒を含むことが望ましい。また、触媒物質として、ニッケルを用いる場合、酢酸ニッケルを上記溶媒に溶解することによって、ニッケルを絶縁基板上または非晶質シリコン膜上に塗布することができる。   In the first to third embodiments, nickel, which is a catalyst material, is introduced by a vapor deposition method using a sputtering method, but a vacuum vapor deposition method, a plating method, an ion doping method, a CVD method, a spin coat method, and the like. Other methods such as a method may be used. When the catalyst material is introduced using the spin coating method, it is preferable that the solution containing the catalyst material contains at least one solvent selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, n-propanol, and acetone. . When nickel is used as the catalyst substance, nickel can be applied to the insulating substrate or the amorphous silicon film by dissolving nickel acetate in the solvent.

また、上記実施の形態1〜3では、結晶化を促進する触媒物質として、ニッケルを用いたが、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auから選択される少なくとも1つの金属、または、これらの金属の少なくとも1つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも1つ及びこれらの金属の少なくとも1つを含む化合物とを組み合わせたものを用いることができる。   In the first to third embodiments, nickel is used as a catalyst material for promoting crystallization. However, at least one metal selected from Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, and Au, or A compound containing at least one of these metals or a combination of at least one selected from these metals and a compound containing at least one of these metals can be used.

また、半導体膜に照射するレーザとしては、紫外光の波長域を有するエキシマレーザ、可視・紫外光の波長域を有するYAGレーザーがあるが、これらは、半導体膜の種類及び膜厚によって使い分けられる。例えば、紫外光の吸収係数は、シリコンに対して高いので、薄いシリコン膜を溶融させるには、紫外光の波長域を有するエキシマレーザが適している。また、可視・紫外光の吸収係数は低いので、厚いシリコン膜を溶融させるためには、可視・紫外光の波長域を有するYAGレーザが適している。上記実施の形態1〜3では、50nmの薄膜のシリコン膜としたので、エキシマレーザーが適している。   In addition, as lasers for irradiating the semiconductor film, there are an excimer laser having an ultraviolet wavelength range and a YAG laser having a visible / ultraviolet wavelength range, which are selectively used depending on the type and thickness of the semiconductor film. For example, since the absorption coefficient of ultraviolet light is higher than that of silicon, an excimer laser having an ultraviolet light wavelength region is suitable for melting a thin silicon film. Further, since the absorption coefficient of visible / ultraviolet light is low, a YAG laser having a visible / ultraviolet light wavelength range is suitable for melting a thick silicon film. In the first to third embodiments, since the silicon film is a thin film of 50 nm, an excimer laser is suitable.

実施の形態1の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。7 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film in Embodiment 1. FIG. (a)及び(b)は、それぞれ、実施の形態2の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。(A) And (b) is sectional drawing explaining the formation method of the crystalline semiconductor film of Embodiment 2, respectively. 実施の形態3の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film in Embodiment 3. FIG. 実施の形態4の半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment. (a)及び(b)は、それぞれ、実施の形態4の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the display apparatus using the semiconductor device of Embodiment 4, respectively. 加熱処理を行うことによって得られる結晶性シリコン膜の結晶方位についてのMisorientation長さを示すグラフである。It is a graph which shows the misorientation length about the crystal orientation of the crystalline silicon film obtained by performing heat processing. 従来例2に記載された結晶化方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the crystallization method described in the prior art example 2.

符号の説明Explanation of symbols

11 ガラス基板
12 非晶質シリコン膜
13 ニッケル薄膜
14 SiO2
15 触媒物質導入領域
16 石英基板
21 ガラス基板
22 多結晶シリコン膜
23 ゲートSiO2
24 WSi2多結晶ゲート電極
25 SiO2
26 コンタクトホール
27 Al配線
28 SiN保護膜
29 スルーホール
30 画素電極
31 SiN膜
32 ポリイミド膜
41 ガラス基板
42 カラーフィルター
43 対向電極
44 ポリイミド膜
11 Glass substrate 12 Amorphous silicon film 13 Nickel thin film 14 SiO 2 film 15 Catalyst material introduction region 16 Quartz substrate 21 Glass substrate 22 Polycrystalline silicon film 23 Gate SiO 2 film 24 WSi 2 polycrystalline gate electrode 25 SiO 2 film 26 Contact Hole 27 Al wiring 28 SiN protective film 29 Through hole 30 Pixel electrode 31 SiN film 32 Polyimide film 41 Glass substrate 42 Color filter 43 Counter electrode 44 Polyimide film

Claims (8)

絶縁膜表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、
該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、
該結晶性半導体膜に、該結晶性半導体膜の結晶性がさらに向上するよう第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜を、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略10°以下あるいは58°〜62°になっている比率が0.8となる多結晶半導体膜とする工程と、
を包含することを特徴とする半導体膜の形成方法。
Forming an amorphous semiconductor film over a substrate having an insulating film surface;
Introducing a catalyst substance that promotes crystallization into the surface of the amorphous semiconductor film;
Crystallization of the amorphous semiconductor film into a crystalline semiconductor film by applying first energy to the amorphous semiconductor film;
By applying a second energy to the crystalline semiconductor film to further improve the crystallinity of the crystalline semiconductor film, the crystalline semiconductor film has a crystal orientation angle difference between adjacent crystal grains of approximately 10 A step of forming a polycrystalline semiconductor film having a ratio of 0.8 or less or 58 ° to 62 ° of 0.8 ,
A method for forming a semiconductor film, comprising:
前記第一のエネルギーは、熱エネルギーであり、第二のエネルギーは強光である、請求項1に記載の半導体膜の形成方法。   The method of forming a semiconductor film according to claim 1, wherein the first energy is thermal energy and the second energy is intense light. 前記強光はエキシマレーザー光である、請求項に記載の半導体膜の形成方法。 The method of forming a semiconductor film according to claim 2 , wherein the intense light is excimer laser light . 前記半導体膜は、シリコン材料により形成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。 The semiconductor film is formed of a silicon material, method of forming a semiconductor film according to any one of claims 1-3. 前記触媒物質は、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auから選択される少なくとも1つの金属、または、これらの金属の少なくとも1つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも1つとこれらの金属の少なくとも1つを含む化合物とを組み合わせたものである、請求項1〜のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。 The catalyst material is at least one metal selected from Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, Au, a compound containing at least one of these metals, or at least selected from these metals one is a combination of a compound containing at least one of these metals, the method of forming the semiconductor film according to any of claims 1-4. 前記触媒物質の前記非晶質半導体膜上における表面濃度は、1×1011atoms/cm以上1×1016atoms/cm以下の範囲である、請求項1〜のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。 The surface concentration of the amorphous semiconductor film on the catalytic material, 1 × a 10 11 atoms / cm 2 or more 1 × 10 16 atoms / cm 2 or less in the range, according to any of claims 1 to 5 A method for forming a semiconductor film. 請求項1〜6のいずれかに記載の半導体膜の形成方法によって形成された半導体装置。   A semiconductor device formed by the method for forming a semiconductor film according to claim 1. 請求項7に記載の半導体装置を備えたディスプレイ装置。
A display device comprising the semiconductor device according to claim 7.
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