JPH02140916A - Crystal growth of semiconductor thin film - Google Patents

Crystal growth of semiconductor thin film

Info

Publication number
JPH02140916A
JPH02140916A JP29507388A JP29507388A JPH02140916A JP H02140916 A JPH02140916 A JP H02140916A JP 29507388 A JP29507388 A JP 29507388A JP 29507388 A JP29507388 A JP 29507388A JP H02140916 A JPH02140916 A JP H02140916A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
crystal
amorphous
silicon thin
semiconductor thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP29507388A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2707654B2 (en
Inventor
Satoshi Takenaka
敏 竹中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP29507388A priority Critical patent/JP2707654B2/en
Publication of JPH02140916A publication Critical patent/JPH02140916A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2707654B2 publication Critical patent/JP2707654B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a large crystal grain diameter and control position of crystal grain boundary by projecting an energy beam on an amorphous semiconductor thin film repeatedly at certain intervals for forming seeds and by recrystallizing the amorphous semiconductor thin film by a specific low-temperature heat treatment with the seeds as crystal nucleus. CONSTITUTION:An amorphous silicon thin film 1-2 is accumulated on an amorphous insulation substrate 1-1 and then an energy beam 1-3 which is focused in spot shape is irradiated to this amorphous silicon thin film 1-2 in steps with certain gaps to allow seeds 1-4 to be formed on the amorphous silicon thin film 1-2. Furthermore, the amorphous silicon thin film 1-2 is subject to solid phase growth with the seeds 1-4 as crystal nucleus and the solid growth anneal temperature is set to 5000 to 700 deg.C. In this kind of low-temperature annealing, only crystal grains with crystal orientation having small crystal growth activation energies are allowed to grow selectively and also slowly and to become large. With this, a large crystal grain diameter 1-6 can be obtained and the location of the crystal grain boundary 1-6 can also be controlled.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、石英基板あるいはガラス基板のような非晶質
絶縁基板上に結晶性の優れた半導体薄膜を成長させる方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for growing a semiconductor thin film with excellent crystallinity on an amorphous insulating substrate such as a quartz substrate or a glass substrate.

[従来の技術] 非晶質絶縁基板あるいは非晶質絶it、 gt上に、結
晶方位の揃った結晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜、
あるいは単結晶シリコン薄膜を形成する方法は、 5O
I(Silicon   On   In5ulato
r)技術として知られている。 (SOI構造形成技術
、産業図書)。  大きく分類すると、再結晶化法、エ
ピタキシャル法、絶縁層埋め込み法、貼り合わせ法とい
う方法がある。再結晶化法には、レーザーアニールある
いは電子ビームアニールによりシリコンを溶融再結晶化
させる方法と、溶融する温度までは昇温させずに固相成
長させる固相成長法の2つに分類される。比較的低温で
再結晶化できるという点で固相成長法が優れている。
[Prior art] A polycrystalline silicon thin film with a large crystal grain size and uniform crystal orientation is formed on an amorphous insulating substrate or an amorphous insulating substrate.
Alternatively, the method for forming a single crystal silicon thin film is 5O
I (Silicon On In5ulato
r) known as technology. (SOI structure formation technology, industrial book). Broadly classified, there are recrystallization methods, epitaxial methods, insulating layer embedding methods, and bonding methods. Recrystallization methods are classified into two types: a method in which silicon is melted and recrystallized by laser annealing or electron beam annealing, and a solid phase growth method in which silicon is grown in a solid phase without raising the temperature to a melting temperature. The solid phase growth method is superior in that it can be recrystallized at a relatively low temperature.

550°Cの低温熱処理にもかかわらずシリコン薄膜の
結晶粒が成長したという結果も報告されている。  (
IEEE   Electron   Device 
 L e t t e r s、  v o 1.  
E D L −8,N o。
It has also been reported that crystal grains in silicon thin films grew despite low-temperature heat treatment at 550°C. (
IEEE Electron Device
L et ter s, vo 1.
EDL-8, No.

8、p361.August  1987)。8, p361. August 1987).

[発明が解決しようとする課N] 前記固相成長法においては、結晶成長の始点となる単結
晶シリコンシートが必要となる。該単結晶シリコンシー
トが無い場合には、固相成長のための活性化エネルギー
は小さいが、核生成のための活性化エネルギiが大きい
ので、まず核を生成するために、より高温の熱処理と長
い処理時間が必要となる。シリコン膜中にランダムに存
在する核のために数多くの結晶粒が成長し、該結晶粒の
ひとつひとつは大きく成長しない。また結晶粒の成長が
ランダムなために、得られた再結晶化シリコンT!IF
Aのどこに結晶粒界が存在するのか全くわからない。さ
らに結晶方位もそろっていない。従って、この様な再結
晶化シリコン薄膜を用いて薄膜トランジスタなどの薄膜
半導体装置を作製した場合には、同一基板内での特性の
ばらつきが大きく実用不可能となる。
[Problem N to be solved by the invention] In the solid phase growth method, a single crystal silicon sheet is required as a starting point for crystal growth. In the absence of the single crystal silicon sheet, the activation energy for solid phase growth is small, but the activation energy i for nucleation is large, so a higher temperature heat treatment is first performed to generate the nuclei. Requires long processing time. Numerous crystal grains grow due to the nuclei existing randomly in the silicon film, and each of the crystal grains does not grow large. Also, because the growth of crystal grains is random, the obtained recrystallized silicon T! IF
I have no idea where the grain boundaries exist in A. Furthermore, the crystal orientation is not aligned. Therefore, when a thin film semiconductor device such as a thin film transistor is manufactured using such a recrystallized silicon thin film, the variation in characteristics within the same substrate is large, making it impractical.

レーザービームあるいは電子ビームのようなエネルギー
ビームを基板の全面にわたって走査させて結晶成長させ
るような従来の方法では、エネルギービーム照射を走査
することによる結晶成長の不均一が生じる。表面形状は
凹凸が大きい。また非晶質絶縁基板の反りも問題となる
。特に軟化温度の低いガラス基板を用いた場合にはこの
問題は大きくなる。
In conventional methods in which crystal growth is performed by scanning an energy beam such as a laser beam or an electron beam over the entire surface of a substrate, non-uniform crystal growth occurs due to the scanning of the energy beam irradiation. The surface shape is highly uneven. Warping of the amorphous insulating substrate also poses a problem. This problem becomes particularly serious when a glass substrate with a low softening temperature is used.

本発明は、SOI法、特にエネルギービームアニールに
伴う上記のような問題点を解決し、基板全面にわたって
均一で結晶粒径の大きな表面形状の平坦なシリコン薄膜
を形成し、しかもその結晶粒界の位置を制御することを
目的としている。そして、石英基板あるいはガラス基板
のような非晶質絶縁基板上に、特性の優れた薄膜トラン
ジスタなどのような薄膜半導体装置を作製する方法を提
供するものである。
The present invention solves the above-mentioned problems associated with the SOI method, particularly energy beam annealing, and forms a flat silicon thin film with a uniform and large crystal grain size over the entire surface of the substrate. The purpose is to control the position. The present invention also provides a method for manufacturing a thin film semiconductor device such as a thin film transistor with excellent characteristics on an amorphous insulating substrate such as a quartz substrate or a glass substrate.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体薄膜の結晶成長方法は、非晶質絶縁基板
上に、非晶質半導体薄膜を堆積させ、該非晶質半導体薄
膜上に、スポット状に絞ったエネルギービームを間隔を
開けてステップ的に照射してシートを形成し、該シート
を核として、500°C〜700 ’Cの低温熱処理に
より前記非晶質半導体N膜を再結晶化させることを特徴
とする。
[Means for Solving the Problems] The method for growing crystals of a semiconductor thin film of the present invention involves depositing an amorphous semiconductor thin film on an amorphous insulating substrate, and focusing the method onto the amorphous semiconductor thin film in the form of a spot. A sheet is formed by irradiating the energy beam stepwise at intervals, and the amorphous semiconductor N film is recrystallized by low-temperature heat treatment at 500°C to 700'C using the sheet as a core. shall be.

[実施例] 第1図(a)に於て、1−1は非晶質絶縁基板である。[Example] In FIG. 1(a), 1-1 is an amorphous insulating substrate.

石英基板あるいはガラス基板などが用いられる。S i
 O2で覆われたSi基板を用いることもある。石英基
板あるいはSiO2で覆われた51基板を用いる場合は
1200℃の高温プロセスにも耐えることができるが、
ガラス基板を用いる場合は軟化温度が低いために約60
0°C以下の低温プロセスに制限される。はじめに非晶
質絶縁基板1−1上に非晶質シリコン薄JPJI−2を
堆積させる。該非晶質シリコン薄膜1−2は一様で、微
小な結晶子は含まれておらず結晶成長の核が全く存在し
ないことが望ましい。LPCVD法の場合は、デボ温度
がなるべく低くて、デボ速度が早い条件が適している。
A quartz substrate, a glass substrate, or the like is used. Si
A Si substrate covered with O2 may also be used. When using a quartz substrate or a 51 substrate covered with SiO2, it can withstand a high temperature process of 1200°C, but
When using a glass substrate, the softening temperature is low, so the
Limited to low temperature processes below 0°C. First, a thin amorphous silicon JPJI-2 is deposited on an amorphous insulating substrate 1-1. It is desirable that the amorphous silicon thin film 1-2 is uniform, does not contain minute crystallites, and does not have any nuclei for crystal growth. In the case of the LPCVD method, conditions are suitable where the devoting temperature is as low as possible and the devoting speed is fast.

シランガス(SiH,)を用いる場合は500 ”C〜
560℃程度、ジシランガス(Si2Ha)を用いる場
合は300℃〜500°C程度のデボ温度で分解堆積が
可能である。トリシランガス(Si3es)は分解温度
がより低い。
When using silane gas (SiH), the temperature is 500 ”C~
Decomposition and deposition is possible at a debo temperature of about 560° C., or about 300° C. to 500° C. when disilane gas (Si2Ha) is used. Trisilane gas (Si3es) has a lower decomposition temperature.

デボ温度を高くすると堆積した膜が多結晶になるので、
Siイオン注入によって一旦非晶質化する方法もある。
If the debo temperature is increased, the deposited film becomes polycrystalline, so
There is also a method of temporarily making it amorphous by implanting Si ions.

プラズマCVD法の場合は、基板温度が500°C以下
でも成膜できる。また、デボ直前に水素プラズマあるい
はアルゴンプラズマ処理を行えば、基板表面の清浄化と
成膜を連続的に行うことができる。光励起CVD法の場
合も500°C以下の低温デボ及び基板表面の清浄化と
成膜を連続的に行うことができる点で効果的である。E
B蒸着法等のような高真空蒸着法の場合は膜がポーラス
であるために大気中の酸素を膜中に取り込み易く、結晶
成長の妨げとなる。このことを防ぐために、真空雰囲気
から取り出す前に300 ’C〜500°C程度の低温
熱処理を行い股を緻密化させることが有効である。スパ
ッタ法の場合も高真空蒸着法の場合と同様である。
In the case of the plasma CVD method, film formation is possible even when the substrate temperature is 500° C. or lower. Further, if hydrogen plasma or argon plasma treatment is performed immediately before the deposition, cleaning of the substrate surface and film formation can be performed continuously. The photo-excited CVD method is also effective in that low-temperature deposition at 500° C. or less, cleaning of the substrate surface, and film formation can be performed continuously. E
In the case of a high vacuum evaporation method such as the B evaporation method, since the film is porous, oxygen from the atmosphere is easily taken into the film, which hinders crystal growth. In order to prevent this, it is effective to densify the crotch by performing low temperature heat treatment at about 300'C to 500C before taking it out from the vacuum atmosphere. The sputtering method is similar to the high vacuum evaporation method.

この様にして成膜された核を含まない非晶質シリコン薄
膜に、結晶成長のシートを形成するためにスポット状に
絞ったエネルギービームを間隔を開けてステップ的に前
記非晶質シリコン薄膜1−2表面に照射する。この様子
を第1図(b)に示す。1−3はエネルギービームを表
し、1−4は該エネルギービーム1−3の照射によって
生成されたシートである。5i−3iの結合エネルギー
は約1.83eVである。従って1.83eV以上のエ
ネルギーをもつエネルギービームを照射しなければなら
ない。前記エネルギービームとしてはレーザービームあ
るいは電子ビームなどがある。
In order to form a sheet of crystal growth on the amorphous silicon thin film that does not contain nuclei formed in this way, an energy beam focused into a spot shape is applied stepwise to the amorphous silicon thin film 1 at intervals. -2 Irradiate the surface. This situation is shown in FIG. 1(b). 1-3 represents an energy beam, and 1-4 is a sheet generated by irradiation with the energy beam 1-3. The binding energy of 5i-3i is about 1.83 eV. Therefore, it is necessary to irradiate an energy beam with an energy of 1.83 eV or more. The energy beam may be a laser beam or an electron beam.

レーザービームには、発振波要約500nmのアルゴン
レーザー あるいは発振波要約308nmのXeClエ
キシマレーザ−等が用いられる。光子1個当りのエネル
ギーはそれぞれ2.41eV。
As the laser beam, an argon laser with an oscillation wave length of 500 nm or a XeCl excimer laser with an oscillation wave length of 308 nm is used. The energy per photon is 2.41 eV.

4.03eVである。出力は数ワラトル数十ワット程度
が通常である。ビーム径はなるべく小さい方がよい。こ
のレーザービーム1−3を第1図(b)に示すように間
隔りを開けてステップ的に照射する。該間隔りは固相成
長距離の約2倍とする。
It is 4.03eV. The output is usually several watts to several tens of watts. It is better to make the beam diameter as small as possible. This laser beam 1-3 is irradiated stepwise at intervals as shown in FIG. 1(b). The spacing is approximately twice the solid phase growth distance.

例えば固相成長がシートから5μm進む場合はL=10
μmとすることができる。一方電子ビームの場合は加速
電圧数kVから数十kV電流数mAの電子ビームを、数
百人程度のビームに絞って照射する。その池はレーザー
ビームの場合と同様である。この様にして非晶質シリコ
ン薄膜1−2に、間隔り毎にシート1−4が形成される
For example, if solid phase growth advances 5 μm from the sheet, L = 10
It can be μm. On the other hand, in the case of an electron beam, an electron beam with an accelerating voltage of several kV to several tens of kV and a current of several mA is narrowed down to a beam of about several hundred people and irradiated. The pond is similar to that of a laser beam. In this way, sheets 1-4 are formed at intervals on the amorphous silicon thin film 1-2.

次に、前記シート1−4を核として、前記非晶質シリコ
ン薄1111−2を固相成長させる。固相成長方法は、
石英管による炉アニールが便利である。
Next, the amorphous silicon thin film 1111-2 is grown in solid phase using the sheet 1-4 as a nucleus. The solid phase growth method is
Furnace annealing using a quartz tube is convenient.

アニール雰囲気としては、窒素ガス、水素ガス、アルゴ
ンガス、ヘリウムガスなどを用いる。1×10−8から
I X 10 ””T o r rの高真空雰囲気でア
ニールを行ってもよい。固相成長アニール温度は500
℃〜700℃とする。この様な低温アニールでは選択的
に、結晶成長の活性化エネルギーの小さな結晶方位を持
つ結晶粒のみが成長し、しかもゆっくりと大きく成長す
る。前記非晶質シリコン薄膜1−2の固相成長は、前記
シート1−4と前記非晶質シリコン薄膜1−2との接触
面から始まり、この部分を中心として放射状に進む。そ
の様子を第1図(C)に示す。1−5は、シート1−4
を核として固相成長した結晶相をしめしている。この図
は固相成長過程の途中の段階を示す図である。固相成長
が進行し、隣合う2個のシートの中間点で、両方向から
成長してきた結晶粒がぶつかり合い、結晶粒界1−6が
形成された様子を第1図(d)に示す。前記シート1−
4と結晶粒界1−6との間が結晶相となる。前に述べた
ように、シートの間隔つまりエネルギービームのステッ
プ照射の間隔りを例えば20μmにすれば。
As the annealing atmosphere, nitrogen gas, hydrogen gas, argon gas, helium gas, etc. are used. Annealing may be performed in a high vacuum atmosphere of 1×10 −8 to I×10 ”” Torr. Solid phase growth annealing temperature is 500
℃~700℃. In such low-temperature annealing, only crystal grains having a crystal orientation with a small activation energy for crystal growth grow selectively, and moreover, they grow slowly and to a large size. The solid phase growth of the amorphous silicon thin film 1-2 starts from the contact surface between the sheet 1-4 and the amorphous silicon thin film 1-2, and progresses radially around this area. The situation is shown in FIG. 1(C). 1-5 is sheet 1-4
It shows a crystalline phase that has grown in a solid phase with . This figure shows an intermediate stage in the solid phase growth process. FIG. 1(d) shows how solid-phase growth progresses and grains grown from both directions collide with each other at the midpoint between two adjacent sheets, forming a grain boundary 1-6. Said sheet 1-
4 and the grain boundary 1-6 becomes a crystal phase. As mentioned earlier, if the sheet spacing, that is, the step irradiation spacing of the energy beam, is set to, for example, 20 μm.

結晶相1−5は前記シートを中心として一辺20μmの
結晶領域となる。この様にして、結晶粒界の場所が制御
された大粒径多結晶シリコン薄膜が作製される。
Crystal phase 1-5 is a crystalline region of 20 μm on each side centered on the sheet. In this way, a large-grain polycrystalline silicon thin film in which the locations of grain boundaries are controlled is produced.

本発明を用いて作製した大粒径多結晶シリコン薄膜を、
薄膜トランジスターに応用した例を第2図にしたがって
説明する。第1図(d)に示すように、結晶粒界1−6
の位置が分かっているのでこの場所を避けて、結晶相1
−5をチャネル領域となるように薄膜トランジスターを
作製する。前述のようにして作製された大粒径多結晶シ
リコン薄膜基板を第2図(a)に示す。  2−1は非
晶質絶縁基板である。2−2はシートであり、2−3は
固相成長により形成された結晶相である。2−4は結晶
粒界である。次に前記シリコン薄膜をフォトリソグラフ
ィ法によりパターニンして第2図(b)に示すように島
状にする。この時、結晶相2−3が島状パターンの中心
部になるようにバターニングする。  次に第2図(C
)に示されているように、ゲート酸化膜2−5を形成す
る。該ゲート酸化膜の形成方法としてはLPCVD法、
あるいは光励起CVD法、あるいはプラズマ酸化法、E
CRプラズマCVD法、あるいは貰真空蒸着法、あるい
はプラズマ酸化法、あるいは高圧酸化法などのような5
00 ’C以下の低温方法がある。該低温方法で成膜さ
れたゲート酸化膜は、熱処理することによってより緻密
で界面準位の少ない優れた膜となる。非晶質絶縁基板2
−1として石英基板を用いる場合は、熱酸化法によるこ
とができる。該熱酸化法にはdry酸化法とwet酸化
法とがあるが、酸化温度は1000°C以上と高いが膜
質が優れていることがらdry酸化法の方が適している
The large grain polycrystalline silicon thin film produced using the present invention is
An example of application to a thin film transistor will be explained with reference to FIG. As shown in Figure 1(d), grain boundaries 1-6
Since the location of the crystal phase 1 is known, avoid this location and
A thin film transistor is manufactured so that -5 becomes a channel region. A large-grain polycrystalline silicon thin film substrate produced as described above is shown in FIG. 2(a). 2-1 is an amorphous insulating substrate. 2-2 is a sheet, and 2-3 is a crystal phase formed by solid phase growth. 2-4 is a grain boundary. Next, the silicon thin film is patterned by photolithography to form an island shape as shown in FIG. 2(b). At this time, the patterning is performed so that the crystal phase 2-3 is located at the center of the island pattern. Next, Figure 2 (C
), a gate oxide film 2-5 is formed. The method for forming the gate oxide film is LPCVD method,
Alternatively, photo-excited CVD method, plasma oxidation method, E
5 such as CR plasma CVD method, vacuum evaporation method, plasma oxidation method, high pressure oxidation method, etc.
There is a low temperature method below 00'C. The gate oxide film formed by the low-temperature method becomes an excellent film that is denser and has fewer interface states by heat treatment. Amorphous insulating substrate 2
When using a quartz substrate as -1, a thermal oxidation method can be used. The thermal oxidation method includes a dry oxidation method and a wet oxidation method, but the dry oxidation method is more suitable because the oxidation temperature is as high as 1000° C. or more, but the film quality is excellent.

次に第2図(d)に示されるように、ゲート電極2−6
を形成する。この時、該ケート電極2−6は結晶粒界2
−4およびシート2−2とオーバーラツプしないように
形成する。従って、ゲート電極2−6の下のシリコンは
結晶相となる。該ゲート電極材料としては多結晶シリコ
ン薄膜、あるいはモリブデンシリサイド、あるいはアル
ミニュウムやクロムなどのような金属膜、あるいはIT
Oや5n02などのような透明性導電膜などを用いるこ
とができる。成膜方法としては、CVD法、スパッタ法
、真空蒸着法、等の方法があるが、ここでの詳しい説明
は省略する。
Next, as shown in FIG. 2(d), the gate electrode 2-6
form. At this time, the gate electrode 2-6 is connected to the grain boundary 2
-4 and sheet 2-2 so as not to overlap. Therefore, the silicon under the gate electrode 2-6 becomes a crystalline phase. The gate electrode material may be polycrystalline silicon thin film, molybdenum silicide, metal film such as aluminum or chromium, or IT.
A transparent conductive film such as O or 5n02 can be used. Film forming methods include CVD, sputtering, vacuum evaporation, and the like, but detailed description thereof will be omitted here.

続いて第2図(e)に示すように、前記ゲート電極2−
6をマスクとして不純1勿をイオン注入し、自己整合的
にソース領域2−7およびドレイン領域2−8を形成す
る。同図に於て2−3はまったくの結晶領域であり、こ
れはλ(OS型薄膜トランジスタのチャネル領域となる
。結晶粒界2−4はドレイン領域2−8の中に埋もれる
ので、トランジスタ特性にはなんら悪影響を与えない。
Subsequently, as shown in FIG. 2(e), the gate electrode 2-
Impurity 1 is ion-implanted using 6 as a mask to form a source region 2-7 and a drain region 2-8 in a self-aligned manner. In the figure, 2-3 is a completely crystalline region, which becomes the channel region of a λ(OS) type thin film transistor. Since the crystal grain boundary 2-4 is buried in the drain region 2-8, it affects the transistor characteristics. has no adverse effect.

前記不純物としては、Nchトランジスタを作製する場
合はP″あるいはAs’を用い、Pchトランジスタを
作製する場合はBo等を用いる。不純物添加方法として
は、イオン注入力の他に、レーザードーピング法あるい
はプラズマドーピング法などの方法がある。前記非晶質
絶縁基板2−1として石英基板を用いた場合には熱拡散
法を使うことができる。不純物濃度は、I X 10 
”からlXl0”am−”程度とする。
As the impurity, P'' or As' is used when fabricating an Nch transistor, and Bo, etc. is used when fabricating a Pch transistor. As the impurity addition method, in addition to ion implantation, laser doping or plasma There are methods such as a doping method. When a quartz substrate is used as the amorphous insulating substrate 2-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity concentration is I x 10
” to lXl0”am-”.

続いて第2図(f)に示されるように、層間絶縁膜2−
9を積層する。該層間絶Ii膜材料としては、酸化膜あ
るいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好ならば膜厚は
いくらでもよいが、数千人から数μm程度が普通である
。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あるいはプ
ラズマCVD法などが簡単である。反応には、アンモニ
アガス(NH3)とシランガスと窒素ガスとの混合ガス
、あるいはシランガスと窒素ガスとの混合ガスなどを用
いる。
Subsequently, as shown in FIG. 2(f), an interlayer insulating film 2-
Layer 9. As the interlayer insulation film material, an oxide film, a nitride film, or the like is used. The film thickness may be any thickness as long as the insulation is good, but it is usually from several thousand to several micrometers. A simple method for forming the nitride film is the LPCVD method or the plasma CVD method. For the reaction, a mixed gas of ammonia gas (NH3), silane gas, and nitrogen gas, or a mixed gas of silane gas and nitrogen gas, etc. is used.

ここで、水素プラズマ法、あるいは水素イオン注入法、
あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法などの方法
で水素イオンを導入すると、ゲート酸化膜界面などに存
在するダングリングボンドなどの欠陥が不活性化される
。この様な水素化工程は、眉間絶縁膜2−9を積層する
前におこなってもよい。
Here, hydrogen plasma method or hydrogen ion implantation method,
Alternatively, if hydrogen ions are introduced by a method such as hydrogen diffusion from a plasma nitride film, defects such as dangling bonds existing at the gate oxide film interface are inactivated. Such a hydrogenation step may be performed before laminating the glabellar insulating film 2-9.

次に第2図<g>に示すように、前記層間絶縁膜及びゲ
ート絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクト電
極を形成しソース電極2−10およびドレイン電極2−
11とする。該ソース電極及びドレイン電極は、アルミ
ニュウムなどの金属材料で形成する。この様にして薄膜
トランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 2<g>, contact holes are formed in the interlayer insulating film and the gate insulating film, contact electrodes are formed, and a source electrode 2-10 and a drain electrode 2-10 are formed.
11. The source electrode and drain electrode are formed of a metal material such as aluminum. In this way, a thin film transistor is formed.

[発明の効果] 従来薄膜トランジスタのチャネル領域には結晶粒界が幾
つ存在するかわからなかった。結晶粒界がどこに存在し
ているのか、あるいは結晶粒径がどれくらいの大きさな
のか知ることができなかった。しかし本発明によると、
大きな結晶粒径を得ることができ、結晶粒界の場所も制
御することができるようになる。この結晶粒界部分を除
いた結晶領域だけをチャネル領域として利用できるよう
になったので、従来に比べて、薄膜トランジスタのON
電流は増大しOFF電流は小さくなる。またスレッシュ
ホルド電圧も小さくなりトランジスタ特性が大きく改善
される。トランジスタ特性のばらつきは非常に小さい。
[Effects of the Invention] Conventionally, it was unknown how many crystal grain boundaries existed in the channel region of a thin film transistor. It was not possible to know where the grain boundaries were located or how large the grains were. However, according to the present invention,
Large grain sizes can be obtained, and the locations of grain boundaries can also be controlled. Since it is now possible to use only the crystal region excluding this crystal grain boundary portion as a channel region, it is possible to turn on thin film transistors more easily than before.
The current increases and the OFF current decreases. In addition, the threshold voltage is also reduced, and transistor characteristics are greatly improved. Variations in transistor characteristics are extremely small.

非晶質絶縁基板上に結晶粒界の場所が制御された結晶性
の優れたシリコン薄膜を作製することが可能になったの
でSOI技術の発展に大きく寄与するものである。シリ
コン薄膜のデボは1層のみである。また、シートの形成
方法もエネルギービームのステップ照射であるのでフォ
ト工程など、工程数はまったく増えない。600℃以下
の低温のプロセスでも作製が可能なので、価格が安くて
耐熱温度が低いガラス基板をもちいることができる。優
れたシリコン薄膜が得られるのにかかわらずコストアッ
プとはならない。
Since it has become possible to produce a silicon thin film with excellent crystallinity in which the location of crystal grain boundaries is controlled on an amorphous insulating substrate, this will greatly contribute to the development of SOI technology. There is only one layer of the silicon thin film. Furthermore, since the sheet is formed by step irradiation with an energy beam, the number of steps such as photo steps does not increase at all. Since it can be manufactured using a low-temperature process of 600° C. or lower, it is possible to use a glass substrate that is inexpensive and has a low heat-resistant temperature. Even though an excellent silicon thin film can be obtained, the cost does not increase.

非晶質絶縁基板上に優れた特性の薄膜トランジスタを作
製することが可能となるので、ドライバー回路を同一基
板上に集積したアクティブマトリクス基板に応用した場
合にも十分な高速動作が実現される。さらに、電源電圧
の低減、消費電流の低減、信頼性の向上に対して大きな
効果がある。
Since it is possible to fabricate thin film transistors with excellent characteristics on an amorphous insulating substrate, sufficient high-speed operation can be achieved even when applied to an active matrix substrate in which a driver circuit is integrated on the same substrate. Furthermore, it has great effects on reducing power supply voltage, reducing current consumption, and improving reliability.

また、600℃以下の低温プロセスによる作製も可能な
ので、アクティブマトリクス基板のてい価格か及び大面
積化に対してもその効果は大きい。
Further, since it is possible to manufacture the device by a low-temperature process at 600° C. or lower, it is highly effective in reducing the cost and increasing the area of the active matrix substrate.

本発明を、充電変換素子とその走査回路を同一チップ内
に集積した密着型イメージセンサ−に応用した場合には
、読み取り速度の高速化、高解像度化、さらに階調をと
る場合に非常に大きな効果をうみだす。高解1采度化が
達成されるとカラー読み取り用密着型イメージセンサ−
への応用も容易となる。もちろん電源電圧の低減、消費
電流の低減、信頼性の向上に対してもその効果は大きい
When the present invention is applied to a contact image sensor in which a charging conversion element and its scanning circuit are integrated on the same chip, it is possible to increase the reading speed, increase the resolution, and increase the gradation. produce an effect. Once high-resolution single-sensitivity is achieved, a close-contact image sensor for color reading will be developed.
It is also easy to apply. Of course, this has great effects in reducing power supply voltage, reducing current consumption, and improving reliability.

また低温プロセスによって作製することができるので、
密着型イメージセンサ−チップの長尺化が可能となり、
−本のチップでA4判あるいはA3判の様な大型ファク
シミリ用の読み取り装置を実現できる。従って、センサ
ーチップの二本継ぎのような手数がかかり信頼性の悪い
技術を回避することができ、実装歩留りも向上される。
Also, since it can be produced by a low-temperature process,
Close-contact image sensor chip can be made longer,
- A reading device for large-sized facsimiles such as A4 or A3 size can be realized using a book chip. Therefore, it is possible to avoid the troublesome and unreliable technique of joining two sensor chips, and the mounting yield is also improved.

石英基板やガラス基板だけではなく、サファイア基板(
A 120 g )あるいはM g O−A l 20
3゜B P、  Ca F 2等の結晶性絶縁基板も用
いることができる。
In addition to quartz and glass substrates, sapphire substrates (
A 120 g ) or M g O-A l 20
A crystalline insulating substrate such as 3°BP or CaF2 can also be used.

以上薄膜トランジスタを例として説明したが、バイポー
ラトランジスタあるいはへテロ接合バイポーラトランジ
スタなど薄膜を利用した素子に対しても、本発明を応用
することができる。また、三次元デバイスのようなS○
工技術を利用した素子に対しても、本発明を応用するこ
とができる。
Although the description has been given above using a thin film transistor as an example, the present invention can also be applied to elements using thin films such as bipolar transistors or heterojunction bipolar transistors. Also, S○ like a three-dimensional device
The present invention can also be applied to elements using engineering technology.

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

第1図(a)から(d)は、本発明における半導体薄膜
の結晶成長方法を示す工程図である。 第2図(a)から(g)は、本発明を、薄膜トランジス
タに応用した場合の例を示す薄膜トランジスタの工程図
である。 1−1 ; 非晶質絶縁基板 1−3 :エネルギービーム 1−4 ; シート 1−5 ;結晶相 1−6 ;結晶粒界 2−3 ;結晶相 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I名) (b) (C) 第1図 (a) (b) (C) 第2図 (e) (f) 第2図
FIGS. 1(a) to 1(d) are process diagrams showing a method for growing crystals of a semiconductor thin film according to the present invention. FIGS. 2(a) to 2(g) are process diagrams of a thin film transistor showing an example in which the present invention is applied to a thin film transistor. 1-1; amorphous insulating substrate 1-3; energy beam 1-4; sheet 1-5; crystal phase 1-6; crystal grain boundary 2-3; Masayoshi Kamiyanagi (other I) (b) (C) Figure 1 (a) (b) (C) Figure 2 (e) (f) Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 非晶質絶縁基板上に、非晶質半導体薄膜を堆積させ、該
非晶質半導体薄膜上に、スポット状に絞ったエネルギー
ビームを間隔を開けてステップ的に照射してシートを形
成し、該シートを核として、500℃〜700℃の低温
熱処理により前記非晶質半導体薄膜を再結晶化させるこ
とを特徴とする半導体薄膜の結晶成長方法。
An amorphous semiconductor thin film is deposited on an amorphous insulating substrate, and a spot-shaped energy beam is irradiated stepwise at intervals on the amorphous semiconductor thin film to form a sheet. A method for growing crystals of a semiconductor thin film, characterized in that the amorphous semiconductor thin film is recrystallized by low-temperature heat treatment at 500° C. to 700° C. using the amorphous semiconductor thin film as a core.
JP29507388A 1988-11-22 1988-11-22 Method for manufacturing thin film transistor Expired - Fee Related JP2707654B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29507388A JP2707654B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Method for manufacturing thin film transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29507388A JP2707654B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Method for manufacturing thin film transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02140916A true JPH02140916A (en) 1990-05-30
JP2707654B2 JP2707654B2 (en) 1998-02-04

Family

ID=17815966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29507388A Expired - Fee Related JP2707654B2 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Method for manufacturing thin film transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2707654B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9301811A (en) * 1992-10-28 1994-05-16 Ryoden Semiconductor Syst Eng Thin film field effect transistor and method of manufacturing it, as well as a semiconductor element provided therewith.
US5382537A (en) * 1992-07-10 1995-01-17 Sony Corporation Method of making thin film transistors
JP2003163165A (en) * 2001-11-28 2003-06-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
KR100803867B1 (en) * 2006-09-14 2008-02-14 연세대학교 산학협력단 Crystallization method of amorphous silicon layer and manufacturing method of thin film transistor using the same
US7449376B2 (en) 2001-11-28 2008-11-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5382537A (en) * 1992-07-10 1995-01-17 Sony Corporation Method of making thin film transistors
NL9301811A (en) * 1992-10-28 1994-05-16 Ryoden Semiconductor Syst Eng Thin film field effect transistor and method of manufacturing it, as well as a semiconductor element provided therewith.
US5514880A (en) * 1992-10-28 1996-05-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field effect thin-film transistor for an SRAM with reduced standby current
US5736438A (en) * 1992-10-28 1998-04-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field effect thin-film transistor and method of manufacturing the same as well as semiconductor device provided with the same
JP2003163165A (en) * 2001-11-28 2003-06-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
US7449376B2 (en) 2001-11-28 2008-11-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device
KR100803867B1 (en) * 2006-09-14 2008-02-14 연세대학교 산학협력단 Crystallization method of amorphous silicon layer and manufacturing method of thin film transistor using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2707654B2 (en) 1998-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2982792B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JP2917392B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPS6178119A (en) Manufacture of semiconductor
JPH0422120A (en) Thin film semiconductor device
JP2917388B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH02140916A (en) Crystal growth of semiconductor thin film
JPH04152624A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JPS59155121A (en) Manufacture of semiconductor thin film
JP2720473B2 (en) Thin film transistor and method of manufacturing the same
JP2872425B2 (en) Method for forming semiconductor device
JPH02194620A (en) Crystal growth method of semiconductor thin film
JP2707632B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH02165619A (en) Crystal growth of semiconductor thin film
JPH034564A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2867402B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH02238617A (en) Crystal growth of semiconductor thin film
JPH04100211A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JPH036865A (en) Thin film semiconductor device and its manufacture
JP3387510B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JPH03289129A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JP2789168B2 (en) Method for manufacturing insulated gate field effect semiconductor device for liquid crystal display panel
JPH04152676A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JPH0458564A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JPH03120871A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JP2648784B2 (en) Insulated gate field effect semiconductor device for liquid crystal display panel

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees