JPH01276617A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH01276617A
JPH01276617A JP10482488A JP10482488A JPH01276617A JP H01276617 A JPH01276617 A JP H01276617A JP 10482488 A JP10482488 A JP 10482488A JP 10482488 A JP10482488 A JP 10482488A JP H01276617 A JPH01276617 A JP H01276617A
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JP
Japan
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silicon layer
region
forming
amorphous
polycrystalline silicon
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Application number
JP10482488A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Oka
秀明 岡
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form a semiconductor element selectively in a crystallized region by executing crystal growth of an amorphous silicon layer by making use of an uninsulated region of a polycrystalline silicon layer as a seed. CONSTITUTION:A silicon oxide region 103 is formed in one part of a polycrystalline silicon layer 102 by an ion implantation method; seed regions 104 are formed selectively. An amorphous silicon layer 106 is formed on the seed regions; the amorphous silicon layer 106 is crystal-grown by making use of the seed regions (i.e. unoxidized regions in the polycrystalline silicon layer) as seeds; a semiconductor element is formed in a crystallized region 108. When the seed regions are formed by using the ion implantation method, the seed regions and the silicon oxide region can be formed nearly on a plane. As a result, a defect such as a crack or the like is not caused in the amorphous silicon layer; a problem that a polycrystalline nucleus is generated is solved. By this setup, the semiconductor element can be formed selectively in the crystallized region.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子の製造方法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板や、NSC等の絶縁
性非晶質層上に高性能な半導体素子(例えば薄膜トラン
ジスタ等)を形成する試みが成されている。特に、近年
、大型で高解像度の液晶表示パネルや高速、高解像度の
密着型イメージセンサや三次元IC等へのニーズが高ま
るにつれて、上述の様な高性能な半導体素子の実現が待
望されている。
Attempts have been made to form high-performance semiconductor elements (for example, thin film transistors, etc.) on insulating amorphous substrates such as glass and quartz, or insulating amorphous layers such as NSC. In particular, in recent years, as the need for large, high-resolution liquid crystal display panels, high-speed, high-resolution contact-type image sensors, three-dimensional ICs, etc. has increased, the realization of high-performance semiconductor devices such as those described above has been eagerly awaited. .

絶縁性非晶質材料上に薄膜トランジスタ(”r” FT
)を形成する場合を例にとると、(1)プラズマCVD
法等による非晶質シリコンを素子材としたTPT、(2
)CVD法等による多結晶シリコンを素子材としたTP
Tが、それぞれ液晶パネル等に応用され、実用化されて
いる。ところが、これらのTPTの電界効果移動度は、
単結晶シリコンを素子材としたMOSトランジスタに比
べて大巾に低く、(非晶質シリコンTPT<ICIII
/V。
Thin film transistor (“r” FT) on insulating amorphous material
) For example, (1) Plasma CVD
TPT using amorphous silicon as element material by method etc., (2
)TP using polycrystalline silicon as element material by CVD method etc.
T has been applied to liquid crystal panels, etc., and put into practical use. However, the field effect mobility of these TPTs is
Compared to MOS transistors using single-crystal silicon as the element material, it is significantly lower (amorphous silicon TPT<ICIII
/V.

v、sec、多結晶ソリコンTFT 〜IOJ/V。v, sec, polycrystalline solicon TFT ~IOJ/V.

!; e c ) 、高性能なT P T”の実現は困
雑であった。
! ; e c ), it has been difficult to realize a high-performance TPT.

そこで、大粒径(1〜数十μm程度)の多結晶シリコン
を固相成長させる方法か注目され、研究が進められてい
る。Nhin 5olid Filis、100(19
8B)P、227、JJAP  VOl、25  No
、2 (1986)P、L121等)〔発明が解決しよ
うとする課題〕 しかし、従来技術では、多結晶シリコンの粒径結晶粒界
が存在する場所を十分に制御することが困雑であった。
Therefore, a method of solid-phase growth of polycrystalline silicon with a large grain size (approximately 1 to several tens of micrometers) has attracted attention, and research is underway. Nhin 5olid Filis, 100 (19
8B) P, 227, JJAP VOl, 25 No.
, 2 (1986) P, L121, etc.) [Problem to be solved by the invention] However, with the conventional technology, it is difficult to sufficiently control the grain size of polycrystalline silicon and the location where the grain boundaries exist. .

仮に、100μm程度の大粒径の多結晶シリコンが形成
できたとしても、結晶粒の内部に形成されたTPTと結
晶粒界部にT P Tのチャンネル領域が位置したTP
Tの間で、特性が大riJに異なる為、TFT′″C″
構成された走査回路の動作速度か、特性の悪い、結晶粒
界部に位置するT’ F Tの特性で制限されたり、最
悪の場合には、回路が動作しない等の重大な問題が発生
した。
Even if polycrystalline silicon with a large grain size of about 100 μm could be formed, the TPT formed inside the crystal grain and the TP with the TPT channel region located at the grain boundary.
Since the characteristics differ greatly between TFT'''C''
The operating speed of the configured scanning circuit may be limited by the poor characteristics, the characteristics of the T'F T located at the grain boundary, or in the worst case, serious problems may occur, such as the circuit not operating. .

そこで、本発明は、結晶粒界が存在する位置を制御すべ
く、シード領域を形成し、非晶質層を選択的に結晶成長
させることを目的とする6その結果、半導体素子を結晶
領域に選択的に形成できるようになった。
Therefore, an object of the present invention is to form a seed region and selectively grow crystals in an amorphous layer in order to control the positions where crystal grain boundaries exist. Can now be formed selectively.

〔課Uを解決するための手段〕[Means for solving Section U]

本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁線非晶質材料上
に多結晶シリコン層を形成する第一の工程、該多結晶シ
リコン層の一部に絶縁領域を形成する第二の工程、非晶
質シリコン層を積層する第三の工程、該非晶質シリコン
層を該多結晶シリコン層の未絶縁領域をシードとして結
晶成長させる第四の工程、結晶化された領域に半導体素
子を形成する第五の工程を少なくとも有することを特徴
とする。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a first step of forming a polycrystalline silicon layer on an insulating wire amorphous material, a second step of forming an insulating region in a part of the polycrystalline silicon layer, and a second step of forming an insulating region on a part of the polycrystalline silicon layer. a third step of laminating a crystalline silicon layer; a fourth step of crystal-growing the amorphous silicon layer using the uninsulated region of the polycrystalline silicon layer as a seed; and a fourth step of forming a semiconductor element in the crystallized region. It is characterized by having at least five steps.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図及び第2図は本発明の実施例における半導体装置
の製造工程図であり、第1図は断面図を第2図は平面図
を示す。尚、本実施例では、半導体素子とし2てTPT
’(薄膜トランジスタ)を形成する場合を例として採り
上げている。
1 and 2 are manufacturing process diagrams of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, with FIG. 1 showing a cross-sectional view and FIG. 2 showing a plan view. In this example, TPT is used as the semiconductor element.
' (thin film transistor) is taken as an example.

第1図及び第2図において、(a)は、ガラス、ろ英等
の絶縁性非晶質基板、若しくは、NSC等の絶縁性非晶
質材料101上に多結晶シリコン層102を形成する工
程である。(b)は、イオン7+人法により該多結晶シ
リコン層の一部に酸化シリコン領域103を形成し、シ
ード領域104をiパ択的に形成する工程である。(C
)は、酸化シリコン領域及びシード領域上に非晶質シリ
コン層106を形成する工程である。尚、本実施例では
、該非晶質シリコン層106を形成後、該非晶質シリコ
ン層に溝107を形成する場合を例としている。 (d
)は、シード領域(すなわち、該多結晶シリコン層の未
酸化領域)をシードとして、該非晶質シリコン層を結晶
成長させる工程である。
In FIGS. 1 and 2, (a) is a step of forming a polycrystalline silicon layer 102 on an insulating amorphous substrate such as glass or fluorite, or an insulating amorphous material 101 such as NSC. It is. (b) is a step in which a silicon oxide region 103 is formed in a part of the polycrystalline silicon layer by the ion 7+ method, and a seed region 104 is selectively formed. (C
) is a step of forming an amorphous silicon layer 106 on the silicon oxide region and the seed region. In this embodiment, the groove 107 is formed in the amorphous silicon layer after the amorphous silicon layer 106 is formed. (d
) is a step of growing crystals of the amorphous silicon layer using a seed region (that is, an unoxidized region of the polycrystalline silicon layer) as a seed.

(e)は、結晶化された領域108に、半導体素子を形
成する工程である。尚、第1図(e)では、半導体素子
としてTPTを形成する場合を例として採り上げている
4図において、109はゲート電極、110はソース・
ドレイン領域、111は層間絶縁膜、112はコンタク
ト穴、113は配線、114はゲート絶縁膜である。
(e) is a step of forming a semiconductor element in the crystallized region 108. In addition, in FIG. 1(e), 109 is a gate electrode, 110 is a source electrode, and in FIG.
A drain region, 111 an interlayer insulating film, 112 a contact hole, 113 a wiring, and 114 a gate insulating film.

続いて、各工程の製造条件及び技術的ポイントを述べる
Next, the manufacturing conditions and technical points of each process will be described.

工程(a)は、ガラス、石英等の絶縁性非晶質基板、若
しくは、NSC等の絶縁性非晶質材料層101上に、多
結晶シリコン層102を形成する工程である0本発明の
特徴の一つは、該多結晶シリコン層の一部をシード領域
とし、残りをイオン注入法で酸化シリコン領域にして、
結晶成長を行なう点にある。従って、該多結晶シリコン
の結晶粒径、配向性が重要なパラメータとなる。すなわ
ち、多結晶シリコンの結晶粒径が大きく、その配向性が
優れている程、シードとして単結晶シリコンを用いた場
合に近い結晶成長か成される。多結晶シリコンの形成方
法としては、CVD法等で多結晶シリコン膜を形成する
方法がある。この方法は、最も一般的な成膜法であり、
簡便な方法で多結晶シリコンが形成できる点では(憂れ
ているが、結晶粒径が数百人程度と小さい点が難点であ
る重大粒径の多結晶シリコンを形成するには、(1)非
晶質シリコンをプラズマCVD法、蒸着法、EB蒸着法
、M B 方法、CVD法、スパッタ法等の方法で形成
し、500〜700°C程度の熱処理等で多結晶化する
方法、(2)微結晶シリコン、多結晶シリコン等をプラ
ズマCVD法、CVD法、蒸着法、MBE法、EB蒸着
法、スパッタ法等の方法で形成後、St、Ar、B、P
、N、He、Ne、Kr、H等の元素をイオン打込みし
、該微結晶シリコン、多結晶シリコン等を非晶質化した
後で、500〜700℃程度の熱処理等で多結晶化する
方法がある。これらの方法で形成した多結晶シリコンは
、配向性が良好で、しかも結晶粒径も約1μTn〜数十
μrn以上と大きいことから、多結晶シリコン層の形成
方法として有効である。中でも、蒸着法、EB蒸着法、
MBE法等で形成した非晶質シリコンを500℃〜60
0℃程度で熱処理することによって得られる多結晶シリ
コンは、粒径を数十μm以上にすることら可能で、又、
結晶の配向性も良好であることから、多結晶シリコン層
の形成方法として特に有効である。又、非晶質シリコン
層に1019〜10”an−’程度の不純物(例えばP
)をドープすることで、多結晶化に要する時間を短縮(
最大で約10分の1)することら可能である。さらに、
上述の方法は結晶粒径の増大にも効果が有る。尚、次の
工程(b)でシード領域以外の部分に酸化シリコン領域
を形成する関係上、非晶質シリコン層に添加する不純物
のプロファイルは非晶質シリコン層の表面付近で低く5
非晶質材料層101(例えば石英基板)寄りの領域で高
くなる様にドープすることか望ましい、これは、例えば
、イオン注入法で不純物をドープする際の加速な庄等を
最適化することで容易に実現される。
Step (a) is a step of forming a polycrystalline silicon layer 102 on an insulating amorphous substrate such as glass or quartz, or an insulating amorphous material layer 101 such as NSC.Features of the present invention One is to use a part of the polycrystalline silicon layer as a seed region, and make the rest into a silicon oxide region by ion implantation,
The point is that crystal growth is performed. Therefore, the crystal grain size and orientation of the polycrystalline silicon are important parameters. That is, the larger the crystal grain size of polycrystalline silicon and the better its orientation, the more similar crystal growth will be achieved when single crystal silicon is used as a seed. As a method for forming polycrystalline silicon, there is a method of forming a polycrystalline silicon film using a CVD method or the like. This method is the most common film formation method,
In terms of forming polycrystalline silicon using a simple method, (1) A method of forming amorphous silicon by a method such as a plasma CVD method, an evaporation method, an EB evaporation method, an MB method, a CVD method, a sputtering method, etc., and polycrystallizing it by heat treatment at about 500 to 700°C, etc. (2) ) After forming microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc. by plasma CVD method, CVD method, vapor deposition method, MBE method, EB vapor deposition method, sputtering method, etc., St, Ar, B, P
A method of ion-implanting elements such as , N, He, Ne, Kr, H, etc. to make the microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc. amorphous, and then polycrystallizing it by heat treatment at about 500 to 700 ° C. There is. Polycrystalline silicon formed by these methods has a good orientation and a large crystal grain size of about 1 μTn to several tens of μrn or more, and therefore is effective as a method for forming a polycrystalline silicon layer. Among them, vapor deposition method, EB vapor deposition method,
Amorphous silicon formed by MBE method etc. is heated to 500°C to 60°C.
Polycrystalline silicon obtained by heat treatment at about 0°C can have a grain size of several tens of μm or more, and
Since the crystal orientation is also good, this method is particularly effective as a method for forming a polycrystalline silicon layer. Further, impurities (for example, P
) to shorten the time required for polycrystallization (
It is possible to reduce the amount by a maximum of about 1/10). moreover,
The above method is also effective in increasing crystal grain size. In addition, since a silicon oxide region is formed in a portion other than the seed region in the next step (b), the profile of impurities added to the amorphous silicon layer is low near the surface of the amorphous silicon layer.
It is desirable to dope the region closer to the amorphous material layer 101 (for example, the quartz substrate) so that the doping becomes higher. easily realized.

工程(b)は、イオン注入法により該多結晶シリコン層
の一部に酸化シリコン領域103を形成し、シード領域
104を選択的に形成する工程である。工程(a)で形
成された多結晶シリコン層102のうちでシード領域と
なる部分に、まずマスク105(例えば、レジスト、金
属、酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン等を
マスクの材料とすることができる。)を形成する。続い
て、イオン注入法により、酸素イオンを注入し、マスク
で覆われたシード領域104以外の領域に酸化シリコン
領域103を形成する。この場合、多結晶シリコン層1
02の表面付近に化学量論的なSiO□に近い組成の酸
化シリコン層か形成されることが望ましく。ドーズ量1
017〜10”io n s / cl、加速電圧20
〜80 K e V程度か望ましい。特に、ドープ量1
0” 〜1019i ons/−1加速電圧25〜40
KeVの染件で、表面から数百n mの深さにわたって
良質のS i O2が形成された。尚、イオン注入後、
窒素等の雰囲気中で、800°C〜1200°Cのアニ
ールを1〜3時間行なうと、熱酸化5in2に近い特性
を有する酸化シリコン層が得られる。又、基板としてガ
ラス等の低融点材料を用いている場合は、上述のアニー
ルのかわりに、250°C〜700℃程度のより低温で
、イオン注入後の基板に酸素プラズマ処理を施すことで
、特に、表面付近の酸化シリコンを熱酸化S i O2
に近い特性を有する酸化シリコンに改質する方法も極め
て有効である。又、酸素プラズマ処理のみで酸化シリコ
ン領域を形成する方法、もある。
Step (b) is a step of forming a silicon oxide region 103 in a part of the polycrystalline silicon layer by ion implantation, and selectively forming a seed region 104. First, a mask 105 (for example, a mask material such as resist, metal, silicon oxide, silicon nitride, polycrystalline silicon, etc.) is applied to the portion of the polycrystalline silicon layer 102 formed in step (a) that will become the seed region. ) can be formed. Subsequently, oxygen ions are implanted by an ion implantation method to form a silicon oxide region 103 in a region other than the seed region 104 covered with a mask. In this case, polycrystalline silicon layer 1
It is desirable that a silicon oxide layer having a composition close to the stoichiometric SiO□ is formed near the surface of the silicon oxide layer. Dose amount 1
017~10"ion s/cl, acceleration voltage 20
~80 K e V or so is desirable. In particular, doping amount 1
0” ~1019i ons/-1 acceleration voltage 25~40
Upon dyeing with KeV, good quality SiO2 was formed from the surface to a depth of several hundred nm. Furthermore, after ion implantation,
When annealing is performed at 800° C. to 1200° C. for 1 to 3 hours in an atmosphere of nitrogen or the like, a silicon oxide layer having characteristics close to those of thermal oxidation 5 in 2 can be obtained. In addition, if a low melting point material such as glass is used as the substrate, instead of the above-mentioned annealing, the substrate after ion implantation can be subjected to oxygen plasma treatment at a lower temperature of about 250°C to 700°C. In particular, silicon oxide near the surface is thermally oxidized S i O2
A method of modifying silicon oxide to have properties similar to those of silicon oxide is also extremely effective. There is also a method of forming a silicon oxide region only by oxygen plasma treatment.

工程(c)は、マスク105を除去した後、酸化シリコ
ン領域103及びシード領域104−Lに、非晶質シリ
コン層106を形成する工程である。
Step (c) is a step of forming an amorphous silicon layer 106 in the silicon oxide region 103 and seed region 104-L after removing the mask 105.

該非晶質シリコン層は、プラズマCVD法、蒸着法、E
B蒸着法、MBE法、スパッタ法、CVD法等の方法で
非晶質シリコンを成膜する方法と、微結晶シリコン、多
結晶シリコン等をプラズマCVD法、CVD法、蒸着法
、EB蒸着法、MBE法、ス・バッタ法等の方法で形成
後、St、Ar、P、N、He、Ne、Kr、H等の元
素をイオン打込みすることで、該微結晶シリコン、多結
晶シリコン等を非晶質化する等の方法で非晶質シリコン
層を形成する方法がある。尚、本実施例では、該非晶質
シリコン層106に満107を形成する場合を例として
いる。
The amorphous silicon layer is formed by plasma CVD method, vapor deposition method, E
A method of forming amorphous silicon into a film by methods such as B evaporation method, MBE method, sputtering method, CVD method, etc., and a method of forming microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc. by plasma CVD method, CVD method, evaporation method, EB evaporation method, After forming the microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc. by a method such as the MBE method or the scattering method, the microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc. There is a method of forming an amorphous silicon layer by crystallization or the like. In this embodiment, a case where the amorphous silicon layer 106 is formed with 107 layers is taken as an example.

工程(d)は、工程(b)で形成されなシード領域10
4をシードとして、非晶質シリコン層106を結晶成長
させる工程である。結晶成長させる方法としては、線状
加熱形帯域溶融再結晶化法、レーザービーム再結晶化法
、電子ビーム再結晶化法等の溶融再結晶化法により結晶
成長させることができる。池の方法としては、非晶質層
を溶融せずに、固相で結晶成長させる固相成長法がある
Step (d) is a seed region 10 not formed in step (b).
4 as a seed, the amorphous silicon layer 106 is grown as a crystal. The crystal can be grown by a melt recrystallization method such as a linear heating zone melt recrystallization method, a laser beam recrystallization method, or an electron beam recrystallization method. As the method, there is a solid phase growth method in which crystals are grown in a solid phase without melting the amorphous layer.

この方法は、500℃〜700°C程度の低温で結晶成
長が成される特徴と有し、基板として、安価なカラス基
板を使え、又、基板の大型化も容易である等の優れたメ
リットが有る。
This method has the characteristic that crystal growth is performed at a low temperature of about 500°C to 700°C, and has excellent advantages such as using an inexpensive glass substrate as a substrate and easily increasing the size of the substrate. There is.

上述の固相成長法におけるアニール条件は、非晶質シリ
コン層106の形成方法によって、最適条件か異なる。
The annealing conditions in the above-mentioned solid phase growth method vary depending on the method of forming the amorphous silicon layer 106.

熱処理温度は500℃〜900°Cの間に妓適値が存在
する。ただ、熱処理温度が高くなると、結晶化に要する
時間が短くなるが、シード領域以外の領域でも、核の生
成及び結晶成長が起こり易くなる。その結果、非晶質層
がランダムな多結晶シリコンに成長し易くなる。従って
、熱処理温度は500℃〜700℃程度が多結晶核の発
生が少なく、望ましい温度である。又、熱処理に要する
時間(すなわち、結晶化に要する時間)は、同一熱処理
温度でも、非晶質シリコン層106の形成方法によって
異なる。例えば、プラズマCVD法で形成した非晶質シ
リコン(特に、基板温度350°C程度以下で形成した
非晶質シリコン)は、600°C程度の熱処理では結晶
化が起こり難く、700°C程度の高温で十時間以上の
熱処理時間が必要で、シード領域以外からの核生成、結
晶成長も起こり易い、又、プラズマCVD法で形成した
非晶質シリコンにおいても、基板温度450℃〜600
℃程度の比教的高温で成膜した膜は、上述の非晶質シリ
コンと異なり、600℃程度の熱処理で結晶成長が起こ
り、シード領域からの選択的な結晶成長が成され易い、
プラズマCVD法で、350℃程度以下で形成した非晶
質シリコンは膜中に数%〜士数%程度の多欲の水素を含
有し、これらの水素が、600℃程度のアニールでは完
全に抜けない為、残留した水素が結晶成長の妨げになる
ものと思われる。一方、基板温度450℃〜600℃中
でも、500℃〜550℃程度の高温で成膜した膜は、
非晶質でしかも膜中の水素量が極めて少ない為、600
℃程度のアニールでも結晶成長か起こり易くなるものと
思われる。さらに、該非晶質シリコン層106を蒸着法
、EB蒸若法、MBE法等で形成した場合は、500℃
〜600℃程度の比較的低温のアニールで結晶成長か起
こり、結晶成長に要する時間も数時間程度に短縮するこ
とら可能である。上述の方法では、蒸着時の真空度を高
くし望ましくは、10−6〜1O−8Pa程度)するこ
とで、水素や不純物等が混入していない非晶質シリコン
が形成できるメリットかある。
A suitable value for the heat treatment temperature exists between 500°C and 900°C. However, as the heat treatment temperature increases, the time required for crystallization becomes shorter, but nucleation and crystal growth become more likely to occur in regions other than the seed region. As a result, the amorphous layer tends to grow into random polycrystalline silicon. Therefore, the heat treatment temperature is preferably about 500° C. to 700° C. since polycrystalline nuclei are less likely to occur. Furthermore, the time required for heat treatment (that is, the time required for crystallization) differs depending on the method of forming the amorphous silicon layer 106 even at the same heat treatment temperature. For example, amorphous silicon formed by plasma CVD (especially amorphous silicon formed at a substrate temperature of about 350°C or lower) is difficult to crystallize when heat treated at about 600°C; Heat treatment time of 10 hours or more is required at high temperature, and nucleation and crystal growth are likely to occur from areas other than the seed region.Also, even in amorphous silicon formed by plasma CVD, the substrate temperature is 450°C to 600°C.
Unlike the amorphous silicon described above, a film formed at a high temperature of about 600°C undergoes crystal growth by heat treatment at about 600°C, and selective crystal growth from the seed region is likely to occur.
Amorphous silicon formed at temperatures below about 350°C using the plasma CVD method contains a few percent to several percent of hydrogen in the film, and these hydrogens are completely removed by annealing at about 600°C. Since there is no residual hydrogen, it is thought that the remaining hydrogen hinders crystal growth. On the other hand, even when the substrate temperature is 450°C to 600°C, a film formed at a high temperature of about 500°C to 550°C is
600 because it is amorphous and the amount of hydrogen in the film is extremely small.
It is thought that crystal growth is likely to occur even with annealing at a temperature of around 10°C. Furthermore, when the amorphous silicon layer 106 is formed by a vapor deposition method, an EB vapor deposition method, an MBE method, etc.,
Crystal growth can occur by annealing at a relatively low temperature of about 600° C., and the time required for crystal growth can be shortened to about several hours. The above-mentioned method has the advantage that amorphous silicon containing no hydrogen or impurities can be formed by increasing the degree of vacuum during vapor deposition, preferably about 10-6 to 10-8 Pa).

尚、上述の固相成長法では固相成長の距離がぜいぜい1
0μm程度と短い。この成長距離を仲ばす方法としては
非晶質シリコン層106のうちで、素子を形成しない領
域に10+9〜102′1−3程度のP等の不純物をド
ープする方法が有効である。
In addition, in the solid phase growth method described above, the solid phase growth distance is at most 1
It is short, about 0 μm. An effective method for reducing this growth distance is to dope an impurity such as P in an amount of about 10+9 to 102'1-3 into a region of the amorphous silicon layer 106 where no element will be formed.

この場合、固相成長の成長距離は、20μm〜30μm
程度に拡大する。
In this case, the growth distance of solid phase growth is 20 μm to 30 μm.
Expand to a certain degree.

最後に、シード領域104を本発明の如くイオン注入法
で形成したことによるメリットを述べる。
Finally, the advantages of forming the seed region 104 by ion implantation as in the present invention will be described.

非晶質材料上にシリコンのシード領域を形成し、その上
に積層した非晶質シリコン層を結晶成長させる方法にお
いて、シード領域の最も簡便な形成方法は、該非晶質材
料(例えば、石英基板、ガラス基板、NSC等)上に多
結晶シリコン層を形成し、該多結晶シリコン層をパター
ン形成して、シリコンの島を形成する方法がある。この
場合、該シリコンの島上に積層した非晶質シリコン層は
、シリコンの島による段差を被覆する必要があり、段差
部にクラック等の欠陥を生じ易いという問題があった。
In the method of forming a silicon seed region on an amorphous material and crystal-growing the amorphous silicon layer stacked thereon, the simplest method for forming the seed region is to form a silicon seed region on the amorphous material (for example, a quartz substrate). There is a method in which a polycrystalline silicon layer is formed on a glass substrate, a glass substrate, an NSC, etc.), and the polycrystalline silicon layer is patterned to form silicon islands. In this case, the amorphous silicon layer laminated on the silicon island needs to cover the step caused by the silicon island, and there is a problem in that defects such as cracks are likely to occur in the step.

又、熱処理による結晶成長時においても、段差部で多結
晶核が生成され易いという問題が有り、1つのシリコン
の島(シード)に単結晶では無く多結晶が成長し易いと
いう問題が有った。
Also, during crystal growth by heat treatment, there is a problem in that polycrystalline nuclei are likely to be generated at the stepped portions, and polycrystals rather than single crystals are likely to grow on one silicon island (seed). .

一方、本発明による、イオン注入法を用いたシード領域
の形成方法では、シード領域と酸化シリコン領域との間
で大きな段差を生ずることも無く、酸素イオンの打ち込
み量及び打ち込み領域(例えは表面から数百nmの間に
打ち込む)等を最適(ヒすることで、シード領域と酸化
シリコン領域をほぼ平面上に形成することも可能となる
。その結果、積層された非晶質シリコン層にクラック等
の欠陥を生ずることも無くなり、又、熱処理による結晶
成長時の多結晶核発生の問題も解決された。
On the other hand, in the method of forming a seed region using ion implantation according to the present invention, there is no large step difference between the seed region and the silicon oxide region, and the amount of oxygen ions implanted and the implanted region (for example, from the surface to It is also possible to form the seed region and the silicon oxide region almost on a flat surface by implanting the seed region and the silicon oxide region on a substantially flat surface.As a result, it is possible to prevent cracks, etc. This also eliminates the occurrence of defects, and also solves the problem of polycrystalline nucleation during crystal growth due to heat treatment.

工程(e)は、結晶化された領域108に、半導体素子
を形成する工程である。非晶質シリコン層106に設け
られた溝107によって、結晶化された領域108の位
置を制御することができる。
Step (e) is a step of forming a semiconductor element in the crystallized region 108. The position of the crystallized region 108 can be controlled by the groove 107 provided in the amorphous silicon layer 106.

本実施例では、この領域108に半導体素子としてTP
Tを形成する場合を例として採り上げている。TPT形
成法の一例としては、結晶化されたシリコン層をパター
ンニングし、続いて、ゲート絶縁膜114を形成する。
In this embodiment, TP is used as a semiconductor element in this region 108.
The case of forming a T is taken as an example. As an example of a TPT forming method, a crystallized silicon layer is patterned, and then a gate insulating film 114 is formed.

該ゲート絶縁膜は、熱酸化法により形成する方法(高温
プロセス)とCVD法若しくはプラズマCVD法等で6
00℃程度以下の低温(望ましくは、500°C以下)
で形成する方法(低温プロセス)がある、低温プロセス
では、基板として安価なガラス基板を使用できる為、大
型な液晶表示パネル密着型イメージセンサ等の半導体装
置を低コストで作製できる池、三次元IC等を形成する
場合においても、下層部の素子に悪影響(例えば、不純
物の拡散等)を与えずに、上層部に半導体素子を形成す
ることができる。続いて、ゲート電極109を形成後、
ソース・ドレイン領域110をイオン注入法、熱拡散法
、プラズマドーピング法等の方法で形成し、層間絶縁膜
111をCVD法、スパッタ法、プラズマCVD法等の
方法で形成する。さらに、該層間絶縁膜111にコンタ
クト穴112を開け、配線113を形成することにより
、TPTが形成される。
The gate insulating film is formed by a thermal oxidation method (high temperature process), a CVD method, a plasma CVD method, etc.
Low temperature below 00°C (preferably below 500°C)
In low-temperature processes, inexpensive glass substrates can be used as substrates, making it possible to manufacture semiconductor devices such as large liquid crystal display panel-contact image sensors at low cost. Even in the case of forming a semiconductor element in the upper layer, the semiconductor element can be formed in the upper layer without adversely affecting the element in the lower layer (for example, diffusion of impurities, etc.). Subsequently, after forming the gate electrode 109,
The source/drain region 110 is formed by a method such as an ion implantation method, a thermal diffusion method, or a plasma doping method, and the interlayer insulating film 111 is formed by a method such as a CVD method, a sputtering method, or a plasma CVD method. Furthermore, a contact hole 112 is opened in the interlayer insulating film 111 and a wiring 113 is formed, thereby forming a TPT.

続いて、本発明に基づく半導体装置の製造方法により作
製したTPTの特性について述べる。本発明の製造方法
で作製したNチャンネルTPTの電界効果移動度は、3
00〜500dl/V、 s eC程度になった。この
特性は、シリコンウェーハー上に形成したMOSトラン
ジスタの特性に近い良好な特性である。さらに、TPT
のチャンネル領域のシリコン層の厚さを薄膜化(例えば
、100人〜300A程度)したTPTにおいては、M
OSトランジスタよりも優れた700〜90〇−/V、
sec程度のバルクSiに近い移動度が得られな。本発
明の製造方法は、薄い非晶質シリコン層を結晶成長させ
る場合に好適であり(段差部が無く、非晶質層にクラッ
ク等の欠陥が生じ難い為)、上述の様なチャンネル領域
を薄膜化したTPTの製造方法として、本発明は特に優
れている。
Next, the characteristics of the TPT manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device based on the present invention will be described. The field effect mobility of the N-channel TPT manufactured by the manufacturing method of the present invention is 3
It became about 00 to 500 dl/V, secC. This characteristic is good and close to the characteristic of a MOS transistor formed on a silicon wafer. Furthermore, T.P.T.
In TPT where the thickness of the silicon layer in the channel region of
700-900-/V, which is better than OS transistors.
It is not possible to obtain a mobility close to that of bulk Si on the order of sec. The manufacturing method of the present invention is suitable for crystal growth of a thin amorphous silicon layer (because there are no steps and defects such as cracks are less likely to occur in the amorphous layer), and the manufacturing method is suitable for growing a thin amorphous silicon layer. The present invention is particularly excellent as a method for manufacturing thin TPT.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた様に、本発明によれば、非晶質シリコン層を
シード領域によって、選択的に結晶成長させ、結晶粒界
が存在する位置を制御することが可能となった。その結
果、結晶化された領域に選択的に半導体素子を形成する
ことが可能となった。
As described above, according to the present invention, it has become possible to selectively grow crystals in an amorphous silicon layer using a seed region and to control the positions where crystal grain boundaries exist. As a result, it has become possible to selectively form semiconductor elements in crystallized regions.

本発明によれば、シリコンウェーハー上に形成したMO
Sトランジスタ等に近い(場合によっては、それを上回
る)高性能なTPT等が実現された。
According to the present invention, MO formed on a silicon wafer
TPTs and the like with high performance similar to (and in some cases, exceeding) those of S transistors have been realized.

その結果、大型で高解像度の液晶表示パネル、高速で高
解像度の密着型イメージセンサが実現されたばかりでな
く、密着性イメージセンサを例にとるならば、従来型が
、走査回路をTPTで形成し、受光部と同一基板上に集
積する程度がTPTの特性からみて限界であったが、本
発明によれば、走査回路以外にも増IJ回路、演算回路
、記憶回路等も集積化することができる。
As a result, not only a large, high-resolution liquid crystal display panel and a high-speed, high-resolution contact image sensor have been realized, but if we take the contact image sensor as an example, the conventional type has a scanning circuit formed of TPT. However, according to the present invention, in addition to the scanning circuit, it is also possible to integrate an IJ circuit, an arithmetic circuit, a memory circuit, etc. in addition to the scanning circuit. can.

又、TPT等のMOS型の半導体素子を形成する場合に
おいて、ゲート絶縁膜を熱酸化法ではなく、CVD法、
プラズマCVD法等の低温プロセスで形成すれば、基板
として安価なガラス基板等を使用でき、大型な液晶表示
パネル、密着型イメージセンサ等の半導体装置を低コス
トで作製できる。又、高温プロセスを通らない為、大型
基板では特に問題となる基板のそり、変型等も極めて少
ない、その他に、三次元ICを形成する場合においても
、下層部の素子に悪影響(例えば、不純物の拡散等)を
与えずに、上層部に半導体素子を形成することもできる
In addition, when forming a MOS type semiconductor element such as TPT, the gate insulating film is formed using the CVD method or the thermal oxidation method.
If formed by a low-temperature process such as plasma CVD, an inexpensive glass substrate or the like can be used as the substrate, and semiconductor devices such as large liquid crystal display panels and contact image sensors can be manufactured at low cost. In addition, since it does not go through a high-temperature process, there is very little warping or deformation of the substrate, which is a problem especially with large substrates.In addition, even when forming three-dimensional ICs, it may be harmful to the underlying elements (for example, impurities). It is also possible to form a semiconductor element in the upper layer without applying any diffusion (diffusion, etc.).

尚、本発明の実施例では、半導体素子としてTPTの場
合を述べたが、TPT以外にも、M I S型F E 
T、バイポーラ型トランジスタ、静電誘導型トランジス
タをはじめとする半導体素子全般に応用できることは言
うまでも無い。
In the embodiments of the present invention, TPT is used as the semiconductor element, but in addition to TPT, MIS type F E
Needless to say, the present invention can be applied to semiconductor devices in general, including transistors, bipolar transistors, and static induction transistors.

又、本発明の実施例では、イオン注入法により酸化シリ
コン領域を形成する場合を述べたが、これに限らず、窒
化シリコン、酸素と窒素を含むシリコン層(SiOxN
y)等の絶縁層であればよい。
Further, in the embodiments of the present invention, a case has been described in which a silicon oxide region is formed by ion implantation, but the invention is not limited to this. Silicon nitride, a silicon layer containing oxygen and nitrogen (SiOxN
Any insulating layer such as y) may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(e)及び第2図(a)〜(e)は本発
明の実施例の半導体装置の製造工程図である。第1図は
断面図を、第2図は平面図を示す。 101・・・絶縁性非晶質材料 102・・・多結晶シリコン層 103・・・酸化シリコン領域 104・・・シード領域 105・・・マスク 106・・・非晶質シリコン層 108・・・結晶化された領域 109・ ・ ・ゲート電極 110・・・ソース・ドレイン領域 111・・・層間絶縁膜 113・・・配線 114・・・ゲート絶縁膜 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上 柳 雅 誉(他1名)(b) 第1図 (d) 第1図 XXXXXX XXXXXX xxxxx (b) 第2図 (d) 第2図
FIGS. 1(a)-(e) and FIGS. 2(a)-(e) are process diagrams for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional view, and FIG. 2 shows a plan view. 101... Insulating amorphous material 102... Polycrystalline silicon layer 103... Silicon oxide region 104... Seed region 105... Mask 106... Amorphous silicon layer 108... Crystal Activated region 109...Gate electrode 110...Source/drain region 111...Interlayer insulating film 113...Wiring 114...Gate insulating film and above Applicant Seiko Epson Corporation Agent Patent attorney Kamiyanagi Masa Homare (1 other person) (b) Figure 1 (d) Figure 1 XXXXXXX XXXXXXX XXXXX (b) Figure 2 (d) Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁性非晶質材料上に多結晶シリコン層を形成す
る第一の工程、該多結晶シリコン層の一部に絶縁領域を
形成する第二の工程、非晶質シリコン層を積層する第三
の工程、該非晶質シリコン層を該多結晶シリコン層の未
絶縁領域をシードとして結晶成長させる第四の工程、結
晶化された領域に半導体素子を形成する第五の工程を少
なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法
(1) A first step of forming a polycrystalline silicon layer on an insulating amorphous material, a second step of forming an insulating region on a part of the polycrystalline silicon layer, and laminating an amorphous silicon layer. A third step, a fourth step of growing crystals of the amorphous silicon layer using an uninsulated region of the polycrystalline silicon layer as a seed, and a fifth step of forming a semiconductor element in the crystallized region. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by:
(2)特許請求の範囲第一項記載の半導体装置の製造方
法において、絶縁領域をイオン注入法で形成したことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
(2) A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that the insulating region is formed by ion implantation.
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