JPH07135174A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH07135174A
JPH07135174A JP5303436A JP30343693A JPH07135174A JP H07135174 A JPH07135174 A JP H07135174A JP 5303436 A JP5303436 A JP 5303436A JP 30343693 A JP30343693 A JP 30343693A JP H07135174 A JPH07135174 A JP H07135174A
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semiconductor device
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amorphous silicon
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Hisashi Otani
久 大谷
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
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Abstract

PURPOSE:To precisely control the adding quantity of catalyst element within the method of producing crystalline silicon by heating step at a specific temperature for about four hours using a crystallization assisting catalyst element. CONSTITUTION:An extremely thin oxide film 13 is formed on an amorphous silicon film 12 formed on a glass substrate 11 and then water solution 14 of acetate solution, etc., whereto 10-200ppm (to be adjusteds of catalyst element such as nickel, etc., is added is to be dripped on the oxide film 13. Next, the whole body held for a specific time in such a state is spin-dried up using a spinner 15 furthermore, to be heated at 550 deg.C for four hours to form a crystalline silicon film. In such a constitution, the concentration of the catalyst element in the completed crystalline silicon film can be precisely controlled by adjusting the concentration of the catalyst element in the solution Finally, a semiconductor device having high characteristic can be manufactured by using this crystalline silicon film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体の
作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a crystalline semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
(以下TFT等)が知られている。このTFTは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このTFTは、各種集積回路に利用
されているが、特にアクティブマトリックス型の液晶表
示装置の各画素の設けられたスイッチング素子、周辺回
路部分に形成されるドライバー素子として注目されてい
る。
2. Description of the Related Art A thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a thin film semiconductor is known. This TFT is formed by forming a thin film semiconductor on a substrate and using this thin film semiconductor. This TFT is used in various integrated circuits, and is particularly attracting attention as a switching element provided in each pixel of an active matrix type liquid crystal display device and a driver element formed in a peripheral circuit portion.

【0003】TFTに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。TFTの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。
As a thin film semiconductor used for TFT,
Although it is easy to use an amorphous silicon film, there is a problem in that its electrical characteristics are low. In order to improve the characteristics of the TFT, a crystalline silicon thin film may be used. A crystalline silicon film is referred to as polycrystalline silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, or the like. In order to obtain this crystalline silicon film, an amorphous silicon film may first be formed and then crystallized by heating.

【0004】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が600℃以上の温度で10時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング7059ガラス
はガラス歪点が593℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、600℃以上の加熱には問題がある。
However, crystallization by heating requires heating at a temperature of 600 ° C. or higher for 10 hours or longer, which makes it difficult to use a glass substrate as a substrate. For example, Corning 7059 glass used in an active type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C., and there is a problem in heating at 600 ° C. or higher in consideration of increasing the area of a substrate.

【0005】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム、さら
には鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に加熱する
ことで、550℃、4時間程度の処理時間で結晶化を行
なえることが判明している。
BACKGROUND OF THE INVENTION According to the research conducted by the present inventors, a small amount of elements such as nickel, palladium, and lead are deposited on the surface of an amorphous silicon film, and then heated to 550. It has been found that crystallization can be performed in a treatment time of about 4 hours at ℃.

【0006】上記のような微量な元素(結晶化を助長す
る触媒元素)を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマCVD装置
において、電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に触媒元素の添加を行なう方法であ
る。
In order to introduce such a trace amount of elements (catalyst elements that promote crystallization), plasma treatment, vapor deposition, or ion implantation may be used. Plasma treatment is a parallel plate type or positive column type plasma CVD apparatus in which a material containing a catalytic element is used as an electrode, and plasma is generated in an atmosphere such as nitrogen or hydrogen to form a catalytic element on the amorphous silicon film. Is a method of adding.

【0007】しかしながら、上記のような元素が半導体
中に多量に存在していることは、これら半導体を用いた
装置の信頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ま
しいことではない。
However, the presence of a large amount of the above-mentioned elements in the semiconductor impairs the reliability and electrical stability of the device using these semiconductors and is not preferable.

【0008】即ち、上記のニッケル等の結晶化を助長す
る元素(触媒元素)は、非晶質珪素を結晶化させる際に
は必要であるが、結晶化した珪素中には極力含まれない
ようにすることが望ましい。この目的を達成するには、
触媒元素として結晶性珪素中で不活性な傾向が強いもの
を選ぶと同時に、結晶化に必要な触媒元素の量を極力少
なくし、最低限の量で結晶化を行なう必要がある。そし
てそのためには、上記触媒元素の添加量を精密に制御し
て導入する必要がある。
That is, the above-mentioned element (catalyst element) that promotes crystallization, such as nickel, is necessary when crystallizing amorphous silicon, but the crystallized silicon should not be included as much as possible. Is desirable. To achieve this goal,
It is necessary to select a catalyst element that has a strong tendency to be inactive in crystalline silicon, at the same time reduce the amount of the catalyst element required for crystallization as much as possible, and perform crystallization with the minimum amount. For that purpose, it is necessary to precisely control the amount of the catalyst element added and to introduce it.

【0009】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法に
よって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程等
を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 (1)プラズマ処理によってニッケルを非晶質珪素膜上
に導入した場合、熱処理を行なう以前に既に、ニッケル
は非晶質珪素膜中のかなりの深さの部分まで侵入してい
る。 (2)結晶の初期核発生は、ニッケルを導入した表面か
ら発生している。 (3)蒸着法でニッケルを非晶質珪素膜上に成膜した場
合であっても、プラズマ処理を行なった場合と同様に結
晶化が起こる。
When nickel is used as a catalyst element, an amorphous silicon film is formed, nickel is added by a plasma treatment method to form a crystalline silicon film, and the crystallization process and the like are examined in detail. The following matters were found. (1) When nickel is introduced into the amorphous silicon film by the plasma treatment, nickel has already penetrated to a considerable depth in the amorphous silicon film before the heat treatment. (2) The initial nucleation of crystals occurs from the surface into which nickel is introduced. (3) Even when nickel is formed on the amorphous silicon film by the vapor deposition method, crystallization occurs as in the case of performing the plasma treatment.

【0010】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルが全て効果的に機能していないというこ
とが結論される。そして、「必要なのは非晶質珪素膜の
表面近傍に極微量のニッケルが可能な限り原子状で分散
して導入されればよい」ということが結論される。
From the above it is concluded that all the nickel introduced by the plasma treatment is not functioning effectively. Then, it is concluded that "what is necessary is to introduce an extremely small amount of nickel in the atomically dispersed manner near the surface of the amorphous silicon film."

【0011】非晶質珪素膜の表面近傍のみに極微量のニ
ッケルを導入する方法、言い換えるならば、非晶質珪素
膜の表面近傍のみ結晶化を助長する触媒元素を極微量導
入する方法としては、蒸着法を挙げることができるが、
蒸着法は制御性が悪く、触媒元素の導入量を厳密に制御
することが困難であるという問題がある。
A method of introducing a very small amount of nickel only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film, in other words, a very small amount of a catalytic element that promotes crystallization only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film is used. , Vapor deposition method can be mentioned,
The vapor deposition method has poor controllability and has a problem that it is difficult to strictly control the introduction amount of the catalyst element.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた600℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 (1)触媒元素の量を制御して導入する。 (2)生産性の高い方法とする。 といった要求を満たすことを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, in the production of a thin film silicon semiconductor having crystallinity by heat treatment using a catalytic element at 600 ° C. or lower, (1) the catalytic element is introduced while controlling its amount. (2) Use a method with high productivity. The purpose is to meet such requirements.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。「触媒元素を含む溶液を非晶質珪素膜表面に塗
布し、このことによって、触媒元素の導入を行なう」
In order to satisfy the above object, the present invention uses the following means to obtain a crystalline silicon film. "A solution containing a catalytic element is applied to the surface of the amorphous silicon film, and thereby the catalytic element is introduced."

【0014】そしてこの結晶性珪素膜を用いて半導体装
置の活性領域を構成することを特徴とする。半導体装置
としては、薄膜トランジスタ(TFT)、ダイオード、
光センサを用いることができる。
The crystalline silicon film is used to form an active region of a semiconductor device. Semiconductor devices include thin film transistors (TFTs), diodes,
An optical sensor can be used.

【0015】本発明の構成を採用することによって以下
に示すような基本的な有意性を得ることができる。 (a)溶液中における触媒元素濃度は、予め厳密に制御
し結晶性をより高めかつその元素の量をより少なくする
ことが可能である。 (b)溶液と非晶質珪素膜の表面とが接触していれば、
触媒元素の非晶質珪素への導入量は、溶液中における触
媒元素の濃度によって決まる。 (c)非晶質珪素膜の表面に吸着する触媒元素が主に結
晶化に寄与することとなるので、必要最小限度の濃度で
触媒元素を導入できる。
By adopting the configuration of the present invention, the following basic significance can be obtained. (A) The concentration of the catalyst element in the solution can be strictly controlled in advance to enhance the crystallinity and reduce the amount of the element. (B) If the solution is in contact with the surface of the amorphous silicon film,
The amount of the catalytic element introduced into the amorphous silicon depends on the concentration of the catalytic element in the solution. (C) Since the catalytic element adsorbed on the surface of the amorphous silicon film mainly contributes to crystallization, the catalytic element can be introduced at the required minimum concentration.

【0016】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液を用いることができる。
As a method for applying a solution containing an element that promotes crystallization to the amorphous silicon film, an aqueous solution or an organic solvent solution can be used as the solution.

【0017】例えば結晶化を助長する触媒元素としてニ
ッケルを用いる場合には、ニッケル塩として、臭化ニッ
ケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩
化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケ
ル、蟻酸ニッケル、2−エチルヘキサン酸ニッケル、ニ
ッケルアセチルアセトネ−ト、4−シクロヘキシル酪酸
ニッケル等を用いることができる。
For example, when nickel is used as a catalyst element for promoting crystallization, nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, formic acid is used as the nickel salt. Nickel, nickel 2-ethylhexanoate, nickel acetylacetonate, nickel 4-cyclohexylbutyrate and the like can be used.

【0018】上記の塩は、そのほとんどが水溶性であ
り、水溶液として用いることが可能である。しかし一部
は、酸、アンモニア水に溶かすか、アルコール、ベンゼ
ン、四塩化炭素等に溶かして用いる必要がある。
Most of the above salts are water-soluble and can be used as an aqueous solution. However, some of them need to be dissolved in acid, aqueous ammonia, or alcohol, benzene, carbon tetrachloride, etc. before use.

【0019】ニッケル塩以外の化合物としては、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケル等が挙げられ、これらは酸に溶
かして溶液とする必要がある。また、ニッケル単体を用
いる場合には、同様に酸に溶かして溶液とする必要があ
る。
Examples of compounds other than nickel salts include nickel oxide and nickel hydroxide, which must be dissolved in acid to form a solution. When nickel alone is used, it needs to be similarly dissolved in an acid to form a solution.

【0020】以上述べたのは、触媒元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケルの化合物からなる
粉末が分散媒中に均一に分散したエマルジョンの如き材
料を用いてもよい。この場合には、分散している粉末の
粒径を可能な限り、小さくすることが重要である。
The above is an example of using a solution in which nickel, which is a catalytic element, is completely dissolved. However, even if nickel is not completely dissolved, a powder of a nickel compound is uniformly dispersed in the dispersion medium. Materials such as dispersed emulsions may be used. In this case, it is important to make the particle size of the dispersed powder as small as possible.

【0021】また、触媒元素をSiO2 系の皮膜形成用
塗布液に含有させて、非晶質珪素膜の下面または上面に
導入することができる。この場合、SiO2 系の皮膜形
成用塗布液として、東京応化工業株式会社のOCD(Oh
ka Coat Diffusion-Source)の如き材料を用いればよ
い。即ち、酸化膜を形成するための塗布液中に触媒元素
を含有させ、この塗布液を用いた酸化膜を非晶質珪素膜
の上面または下面に接して設けることにより、非晶質珪
素膜の表面に触媒元素を導入することもできる。
Further, the catalytic element may be contained in the coating liquid for forming a SiO 2 film and introduced into the lower surface or the upper surface of the amorphous silicon film. In this case, as a coating liquid for forming a SiO 2 film, OCD (Oh
ka Coat Diffusion-Source). That is, a catalytic element is contained in a coating liquid for forming an oxide film, and an oxide film using this coating liquid is provided in contact with the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film to form the amorphous silicon film. A catalytic element can be introduced on the surface.

【0022】なおこれらのことは、触媒元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。
The same applies to the case where a material other than nickel is used as the catalyst element.

【0023】結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる溶液として硝酸塩、
酢酸塩、硫酸塩の水溶液を用いた場合において、非晶質
珪素膜にこれら溶液を塗布すると、溶液が弾かれてしま
う。この場合は、100Å以下の薄い酸化膜をまず形成
し、その上に触媒元素を含有させた溶液を塗布すること
で、均一に溶液を塗布することができる。また、界面活
性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れを改
善する方法も有効である。
Nickel is used as a catalyst element for promoting crystallization, and nitrate is used as a solution containing nickel.
When an aqueous solution of acetate or sulfate is used and the solution is applied to the amorphous silicon film, the solution is repelled. In this case, a thin oxide film having a thickness of 100 Å or less is first formed, and a solution containing a catalytic element is applied thereon, whereby the solution can be applied uniformly. A method of improving wetting by adding a material such as a surfactant to the solution is also effective.

【0024】また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、非晶質珪素膜表面に直接塗布することができる。こ
の場合にはレジスト塗布の際に使用されている密着剤の
如き材料を予め塗布することは有効である。しかし塗布
量が多過ぎる場合には逆に非晶質珪素中への触媒元素の
添加を妨害してしまうために注意が必要である。
Further, by using a non-polar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, it is possible to apply directly to the surface of the amorphous silicon film. In this case, it is effective to pre-apply a material such as an adhesive used when applying the resist. However, if the coating amount is too large, the addition of the catalytic element into the amorphous silicon will be hindered, and therefore caution must be exercised.

【0025】溶液に含ませる触媒元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して200ppm〜1ppm、好ましく
は50ppm〜1ppm(重量換算)とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。
The amount of the catalytic element contained in the solution depends on the type of the solution, but the general tendency is to set the amount of nickel to 200 ppm to 1 ppm, preferably 50 ppm to 1 ppm (weight conversion) based on the solution. Is desirable. This is a value determined in consideration of the nickel concentration in the film and the hydrofluoric acid resistance after completion of crystallization.

【0026】また、触媒元素を含んだ溶液を選択的に塗
布することにより、結晶成長を選択的に行なうことがで
きる。特にこの場合、溶液が塗布されなかった領域に向
かって、溶液が塗布された領域から珪素膜の面に平行な
方向に結晶成長を行なすことができる。この珪素膜の面
に平行な方向に結晶成長が行なわれた領域を本明細書中
においては横方向に結晶成長した領域ということとす
る。
Further, by selectively applying a solution containing a catalytic element, crystal growth can be selectively performed. Particularly, in this case, crystal growth can be performed in the direction parallel to the surface of the silicon film from the area where the solution is applied, toward the area where the solution is not applied. In the present specification, a region in which crystal growth is performed in a direction parallel to the surface of the silicon film is referred to as a lateral crystal growth region.

【0027】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度を低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。
It has been confirmed that the concentration of the catalytic element is low in the region where the crystal growth is performed in the lateral direction.
Although it is useful to use a crystalline silicon film as the active layer region of the semiconductor device, it is generally preferable that the concentration of impurities in the active layer region is low. Therefore, forming the active layer region of the semiconductor device by using the region in which the crystal growth is performed in the lateral direction is useful for device fabrication.

【0028】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはNi、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、S
n、Pd、Sn、Pd、P、As、Sbを利用すること
ができる。また、VIII族元素、IIIb、IVb、Vb元素から
選ばれた一種または複数種類の元素を利用することもで
きる。
In the present invention, the most remarkable effect can be obtained when nickel is used as the catalyst element, but the other usable catalyst elements are preferably Ni, Pd, Pt, Cu and Ag. Au, In, S
n, Pd, Sn, Pd, P, As, and Sb can be used. Further, one or more kinds of elements selected from Group VIII elements, IIIb, IVb, and Vb elements can also be used.

【0029】また、触媒元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、触媒元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、触媒元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。
The method of introducing the catalyst element is not limited to the use of an aqueous solution or a solution such as alcohol, but a wide range of substances containing the catalyst element can be used.
For example, a metal compound or oxide containing a catalytic element can be used.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕 [Example 1]

【0031】本実施例では、ガラス基板上の結晶性を有
する珪素膜を形成する例を示す。まず図1を用いて、触
媒元素(ここではニッケルを用いる)を導入するところ
までを説明する。本実施例においては、基板としてコー
ニング7059ガラスを用いる。またその大きさは10
0mm×100mmとする。
This embodiment shows an example of forming a crystalline silicon film on a glass substrate. First, referring to FIG. 1, description will be made up to the point where a catalyst element (here, nickel is used) is introduced. In this embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate. The size is 10
The size is 0 mm × 100 mm.

【0032】まず、非晶質珪素膜をプラズマCVD法や
LPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜を1
00〜1500Å形成する。ここでは、プラズマCVD
法によって非晶質珪素膜12を1000Åの厚さに成膜
する。(図1(A))
First, an amorphous silicon film is formed into an amorphous silicon film by plasma CVD or LPCVD.
It forms from 00 to 1500Å. Here, plasma CVD
The amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 1000 Å by the method. (Fig. 1 (A))

【0033】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜13を10〜50
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、この工程を
省略しても良いことは言うまでもなく、酸化膜13の代
わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。なお、この
酸化膜13は極薄のため正確な膜厚は不明であるが、2
0Å程度であると考えられる。ここでは酸素雰囲気中で
のUV光の照射により酸化膜13を成膜する。成膜条件
は、酸素雰囲気中においてUVを5分間照射することに
おって行なった。この酸化膜13の成膜方法としては、
熱酸化法を用いるのでもよい。また過酸化水素による処
理によるものでもよい。
Then, a hydrofluoric acid treatment is performed to remove the dirt and the natural oxide film, and then the oxide film 13 is removed by 10 to 50.
Deposit on Å. Needless to say, this step may be omitted if the stain can be ignored, and a natural oxide film may be used as it is instead of the oxide film 13. Since the oxide film 13 is extremely thin, the exact film thickness is unknown.
It is considered to be about 0Å. Here, the oxide film 13 is formed by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere. The film formation was performed by irradiating UV for 5 minutes in an oxygen atmosphere. As a method of forming the oxide film 13,
A thermal oxidation method may be used. Alternatively, treatment with hydrogen peroxide may be used.

【0034】この酸化膜13は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
為のものである。例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢
酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾
いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全体にニッケルを
導入することができない。即ち、均一な結晶化を行うこ
とができない。
This oxide film 13 is provided to spread the acetate solution over the entire surface of the amorphous silicon film in the later step of applying the acetate solution containing nickel, that is, to improve the wettability. Is. For example, when the acetate solution is directly applied to the surface of the amorphous silicon film, the amorphous silicon repels the acetate solution, so that nickel cannot be introduced to the entire surface of the amorphous silicon film. That is, uniform crystallization cannot be performed.

【0035】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は100ppmと
する。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜12上の酸
化膜13の表面に2ml滴下し、この状態を5分間保持
する。そしてスピナーを用いてスピンドライ(2000
rpm、60秒)を行う。(図1(C)、(D))
Next, an acetate solution is prepared by adding nickel to the acetate solution. The concentration of nickel is 100 ppm. Then, 2 ml of this acetate solution is dropped on the surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12, and this state is maintained for 5 minutes. Then spin dry (2000
rpm, 60 seconds). (Fig. 1 (C), (D))

【0036】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、1
ppm以上好ましくは10ppm以上であれば実用にな
る。また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニッケルの
トルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜1
3は不要であり、直接非晶質珪素膜上に触媒元素を導入
することができる。
The concentration of nickel in the acetic acid solution is 1
Practical use is achieved when the content is at least ppm, preferably at least 10 ppm. When a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate is used as the solution, the oxide film 1
3 is unnecessary, and the catalyst element can be directly introduced onto the amorphous silicon film.

【0037】このニッケル溶液の塗布工程を、1回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
12の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。な
お、この層というのは、完全な膜になっているとは限ら
ない。
A layer containing nickel having an average film thickness of several Å to several hundred Å is formed on the surface of the amorphous silicon film 12 after spin drying by performing this nickel solution coating step once to plural times. Can be formed. In this case, nickel in this layer diffuses into the amorphous silicon film in the subsequent heating step and acts as a catalyst for promoting crystallization. Note that this layer is not necessarily a perfect film.

【0038】上記溶液の塗布の後、5分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜12中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。
After the application of the above solution, the state is maintained for 5 minutes. The concentration of nickel contained in the silicon film 12 can be finally controlled also by the holding time, but the largest control factor is the concentration of the solution.

【0039】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて550度、4時間の加熱処理を行う。この結果、
基板11上に形成された結晶性を有する珪素薄膜12を
得ることができる。
Then, heat treatment is performed in a heating furnace in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours. As a result,
It is possible to obtain the crystalline silicon thin film 12 formed on the substrate 11.

【0040】上記の加熱処理は450度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、550度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
The above heat treatment can be performed at a temperature of 450 ° C. or higher, but if the temperature is low, the heating time must be lengthened and the production efficiency will be reduced. Further, if the temperature is 550 ° C. or more, the problem of heat resistance of the glass substrate used as the substrate is exposed.

【0041】本実施例においては、非晶質珪素膜上に触
媒元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に触
媒元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に触媒元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に触媒元素を導入すればよい。
Although the method of introducing the catalytic element onto the amorphous silicon film has been described in this embodiment, the method of introducing the catalytic element below the amorphous silicon film may be adopted. in this case,
The catalyst element may be introduced onto the base film using a solution containing the catalyst element before forming the amorphous silicon film.

【0042】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、1200Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which a 1200 Å silicon oxide film is selectively provided in the manufacturing method shown in Embodiment 1 and nickel is selectively introduced using this silicon oxide film as a mask. .

【0043】図2に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板(コーニング7059、10c
m角)上にマスクとなる酸化珪素膜21を1000Å以
上、ここでは1200Åの厚さに成膜する。この酸化珪
素膜21の膜厚については、発明者等の実験によると5
00Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密
であれば更に薄くても良いと思われる。
FIG. 2 shows an outline of the manufacturing process in this embodiment. First, the glass substrate (Corning 7059, 10c
A silicon oxide film 21 serving as a mask is formed on the (m square) to a thickness of 1000 Å or more, here 1200 Å. The film thickness of the silicon oxide film 21 is 5 according to experiments by the inventors.
It has been confirmed that there is no problem even with 00Å, and if the film quality is dense, it may be possible to make it thinner.

【0044】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜21をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜20を成膜する。この酸化珪素膜2
0の作製は、酸素雰囲気中でUV光を5分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜20の厚さ
は20〜50Å程度と考えられる(図2(A))。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜20を使用したほうが安全である。
Then, the silicon oxide film 21 is patterned into a required pattern by a normal photolithographic patterning process. Then, a thin silicon oxide film 20 is formed by irradiation of ultraviolet rays in an oxygen atmosphere. This silicon oxide film 2
Production of 0 is performed by irradiating UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. The thickness of the silicon oxide film 20 is considered to be about 20 to 50Å (FIG. 2 (A)). still,
The silicon oxide film for improving the wettability may be added just by the hydrophilicity of the silicon oxide film of the mask only when the size of the solution and the pattern match. However, such an example is special, and it is generally safer to use the silicon oxide film 20.

【0045】この状態において、実施例1と同様に10
0ppmのニッケルを含有した酢酸塩溶液を5ml滴下
(10cm角基板の場合)する。またこの際、スピナー
で50rpmで10秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、5
分間保持した後スピナーを用いて2000rpm、60
秒のスピンドライを行う。なおこの保持は、スピナー上
において0〜100rpmの回転をさせながら行なって
もよい。(図2(B))
In this state, as in Example 1, 10
5 ml of an acetate solution containing 0 ppm of nickel is dropped (in the case of a 10 cm square substrate). At this time, spin coating is performed with a spinner at 50 rpm for 10 seconds to form a uniform water film on the entire surface of the substrate. In this state, 5
After holding for 2 minutes, using a spinner, 2000 rpm, 60
Perform a second spin dry. This holding may be performed while rotating the spinner at 0 to 100 rpm. (Fig. 2 (B))

【0046】そして550度(窒素雰囲気)、4時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜12の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分22の領域
から23で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。
Then, the amorphous silicon film 12 is crystallized by performing a heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 4 hours. At this time, crystal growth is performed in the lateral direction from the region of the portion 22 into which nickel has been introduced to the region into which nickel has not been introduced, as indicated by 23.

【0047】この23で示される横方向へ結晶が成長し
た領域をTEM(透過型電子顕微鏡)および電子線回折
によって調べた結果、以下の事実が観察された。 (1)横方向へ成長した結晶は、針状あるいは柱状の巾
の揃った単結晶である。 (2)結晶の成長方向は、膜厚によっても異なるが概略
基板と平行な方向である。 (3)この領域の結晶成長方向は概略〔111〕軸の方
向である。
The following facts were observed as a result of examining the laterally grown crystal region 23 indicated by TEM (transmission electron microscope) and electron beam diffraction. (1) The crystal grown in the lateral direction is a needle-like or columnar single crystal having a uniform width. (2) The crystal growth direction is substantially parallel to the substrate, although it depends on the film thickness. (3) The crystal growth direction of this region is approximately the [111] axis direction.

【0048】上記観察事実から、23で示される横方向
に結晶成長がなされた領域の表面は、〔111〕軸の方
向に対して垂直な方向の面方位、即ち、{110}、
{112}、{123}、{134}、{235}、
{145}、{156}、{257}、{167}、
{hkl}(但しh+k=lになるもの)、で示される
面方位またはその近傍の面方位を少なくとも一つ以上含
むことが結論される。
From the above observation facts, the surface of the region 23 in which the crystal growth is performed in the lateral direction is the plane orientation perpendicular to the [111] axis direction, that is, {110},
{112}, {123}, {134}, {235},
{145}, {156}, {257}, {167},
It is concluded that at least one or more plane orientations indicated by {hkl} (however, h + k = 1) or a plane orientation in the vicinity thereof are included.

【0049】ここで注意しなければならないのは、結晶
性珪素は空間群がFd3mで示されるダイヤモンド型構
造を有するため、上記指数hklにおいて、偶奇混合の
場合には禁制反射となり、電子線回折では観察されな
い。
It should be noted here that since crystalline silicon has a diamond type structure whose space group is represented by Fd3m, forbidden reflection occurs in the above-mentioned index hkl in the case of even-odd mixing and in electron beam diffraction. Not observed.

【0050】この23で示される横方向への結晶成長の
距離(μm)と、酢酸塩溶液中に含有されるニッケル濃
度(ppm)との関係を図3に示す。なお、図3に示さ
れるデータにおいては、ニッケルを含有する酢酸塩を塗
布した後の保持時間を5分間とした。
The relationship between the lateral crystal growth distance (μm) indicated by 23 and the nickel concentration (ppm) contained in the acetate solution is shown in FIG. In the data shown in FIG. 3, the holding time after applying the nickel-containing acetate was set to 5 minutes.

【0051】図3を見れば分かるように、ニッケル濃度
を100ppm以上とすることによって、25μm以上
の成長距離を得ることができる。
As can be seen from FIG. 3, a growth distance of 25 μm or more can be obtained by setting the nickel concentration to 100 ppm or more.

【0052】図3に示すのは、ニッケルを含有する酢酸
塩を塗布した後の保持時間を5分間とした場合である
が、この保持時間によっても横成長距離は変化する。
FIG. 3 shows the case where the holding time after applying the nickel-containing acetate was set to 5 minutes, and the lateral growth distance also changes depending on this holding time.

【0053】例えば、ニッケル濃度が100ppmの場
合において、保持時間を1分以下とした場合には、保持
時間が長い程、横方向への結晶成長を長くすることがで
きる。しかし、保持時間を1分以上とした場合には、僅
かづつ成長距離が長くなるだけで、顕著な違いを得るこ
とができない。
For example, when the nickel concentration is 100 ppm and the holding time is 1 minute or less, the longer the holding time, the longer the crystal growth in the lateral direction. However, if the holding time is set to 1 minute or more, the growth distance is gradually increased, and a remarkable difference cannot be obtained.

【0054】また、ニッケル濃度を50ppmとした場
合においては、保持時間が5分までは、その時間が横方
向への結晶成長距離に比例するが、5分以上では飽和す
る傾向が見られる。
When the nickel concentration is 50 ppm, the holding time is up to 5 minutes, which time is proportional to the lateral crystal growth distance, but there is a tendency to saturate for 5 minutes or more.

【0055】なお以上の条件において保持時間をさらに
長くすると僅かづつであるが、さらに横方向への結晶成
長距離を大きくすることができる。尚、これらの保持時
間は温度が変化するとその平衡に到達する時間が大きく
変わるため、温度を管理する必要があることを付加して
おく。また、熱処理時間の温度を高くする、あるいは熱
処理時間を長くすることによっても全体として横方向へ
の結晶成長を大きくすることができる。
Under the above conditions, if the holding time is further lengthened, the crystal growth distance in the lateral direction can be further increased, although it slightly increases. It should be added that these holding times need to be controlled because the time required to reach the equilibrium changes greatly when the temperature changes. Further, the crystal growth in the lateral direction can be increased as a whole by increasing the temperature of the heat treatment time or lengthening the heat treatment time.

【0056】図4と図5は、ニッケルを100ppm含
有した酢酸塩溶液を用いてニッケルを導入し、550
℃、4時間の熱処理において、結晶化を行った場合の結
晶化後における珪素膜中のニッケル濃度をSIMS(2
次イオン質量分析)によって調べた代表的なデータであ
る。
FIG. 4 and FIG. 5 show that nickel was introduced using an acetate solution containing 100 ppm of nickel, and 550
In the case where crystallization is performed by heat treatment at 4 ° C. for 4 hours, the nickel concentration in the silicon film after crystallization is measured by SIMS (2
Representative data examined by secondary ion mass spectrometry).

【0057】図4は、図2の22の領域、即ちニッケル
が直接導入された領域におけるニッケルの濃度を示す。
また図5は、図2の23で示されるように22の領域か
ら横方向に結晶成長した領域におけるニッケルの濃度で
ある。
FIG. 4 shows the concentration of nickel in the region 22 of FIG. 2, that is, the region where nickel was directly introduced.
Further, FIG. 5 shows the concentration of nickel in the region where the crystal is grown laterally from the region 22 as shown by 23 in FIG.

【0058】図4と図5から、横方向成長した領域のニ
ッケル濃度は、直接ニッケルを導入した領域に比較して
その濃度が1/2以下であることが分かる。
It can be seen from FIGS. 4 and 5 that the concentration of nickel in the laterally grown region is 1/2 or less as compared with the region in which nickel is directly introduced.

【0059】上記図4及び図5の結果は、代表的な例で
あり、溶液濃度、保持時間を変化させることにより、ニ
ッケルが直接導入された領域におけるニッケルの濃度を
5×1016atoms cm-3〜1×1019atoms cm-3の範
囲で制御可能であり、同様に横成長領域の濃度をそれ以
下に制御することが可能である。
The results shown in FIGS. 4 and 5 are typical examples. By changing the solution concentration and the holding time, the concentration of nickel in the region where nickel was directly introduced was 5 × 10 16 atoms cm −. It is possible to control in the range of 3 to 1 × 10 19 atoms cm −3 , and similarly, it is possible to control the concentration of the lateral growth region to be lower than that.

【0060】図6に示すのは、100ppmのニッケル
を含有した酢酸溶液を用いた場合と同程度の横方向への
結晶成長が得られえる条件のプラズマ処理によってニッ
ケルを導入し、550℃、4時間の熱アニールにより結
晶化させた場合の珪素膜中におけるニッケル濃度であ
る。プラズマ処理は、ニッケルを多く含有した電極を用
いてプラズマ放電を起こし、この際のプラズマに珪素膜
を曝すことによって、珪素膜にニッケルを導入する手法
である。図6を見れば分かるように、プラズマ処理で
は、横方向成長領域(Lateral growth)においても、ニ
ッケル濃度が5×1018以上あり、本実施例で示した方法
の有用性が理解される。
FIG. 6 shows that nickel was introduced by plasma treatment under the condition that crystal growth in the lateral direction to the same extent as in the case of using an acetic acid solution containing 100 ppm of nickel was introduced and 550 ° C., 4 This is the nickel concentration in the silicon film when crystallized by thermal annealing for a period of time. Plasma treatment is a method of introducing nickel into a silicon film by causing plasma discharge using an electrode containing a large amount of nickel and exposing the silicon film to plasma at this time. As can be seen from FIG. 6, in the plasma treatment, the nickel concentration is 5 × 10 18 or more even in the lateral growth region, and the usefulness of the method shown in this example is understood.

【0061】図7に示すのは、図4にそのニッケル濃度
を示す領域のラマン分光測定の結果である。即ち、溶液
により直接ニッケルが導入された領域のラマン分光測定
の結果である。図7より、この領域の結晶性が極めて高
いことが理解される。また図8に示すのは、図4にその
ニッケル濃度を示す領域のラマン分光測定の結果であ
る。図8より、横方向に結晶成長した領域においても十
分な結晶性を有していることが理解される。
FIG. 7 shows the result of Raman spectroscopic measurement of the region showing the nickel concentration in FIG. That is, it is the result of Raman spectroscopic measurement of the region where nickel was directly introduced by the solution. From FIG. 7, it is understood that the crystallinity of this region is extremely high. Further, FIG. 8 shows the result of Raman spectroscopic measurement of the region showing the nickel concentration in FIG. It is understood from FIG. 8 that the region having a crystal grown in the lateral direction has sufficient crystallinity.

【0062】また図7、図8をより、横方向に結晶成長
した領域であっても、ラマン分光における強度が単結晶
珪素のそれに比較して1/3以上あり、極めて結晶性の
高いことが分かる。
Further, from FIGS. 7 and 8, even in the region where the crystal is grown in the lateral direction, the intensity in Raman spectroscopy is 1/3 or more as compared with that of single crystal silicon, and the crystallinity is extremely high. I understand.

【0063】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。本発明者らによる知見によれば、ニッケルを
プラズマ処理で導入し、結晶化させた結晶性珪素膜は、
耐フッ酸性が低い。
The crystalline silicon film formed by the method as shown in this embodiment is characterized by good hydrofluoric acid resistance. According to the findings by the present inventors, a crystalline silicon film obtained by crystallizing nickel by plasma treatment is
Low hydrofluoric acid resistance.

【0064】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。
For example, it is necessary to form a silicon oxide film functioning as a gate insulating film or an interlayer insulating film on a crystalline silicon film, and then perform a hole forming step to form an electrode and then form an electrode. It may be said that. In such a case, a process of removing the silicon oxide film with buffer hydrofluoric acid is usually adopted. However, when the hydrofluoric acid resistance of the crystalline silicon film is low, it is difficult to remove only the silicon oxide film, and there is a problem that the crystalline silicon film is also etched.

【0065】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い(選択比)を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。
However, when the crystalline silicon film has hydrofluoric acid resistance, a large difference (selection ratio) between the etching rates of the silicon oxide film and the crystalline silicon film can be obtained, so that the silicon oxide film can be made larger. Only this can be selectively removed, which is extremely significant in the manufacturing process.

【0066】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は触媒元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。
As described above, the region in which the crystal has grown in the lateral direction has a low concentration of the catalyst element and has good crystallinity, and therefore it is useful to use this region as the active region of the semiconductor device. For example, it is extremely useful to use it as a channel formation region of a thin film transistor.

【0067】〔実施例3〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の各画素部分に設けられる
TFTを作製する例を示す。なお、TFTの応用範囲と
しては、液晶表示装置のみではなく、一般に言われる薄
膜集積回路に利用できることはいうまでもない。
[Embodiment 3] This embodiment is an example of manufacturing a TFT provided in each pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device by using a crystalline silicon film manufactured by using the method of the present invention. Indicates. It is needless to say that the application range of the TFT is not limited to the liquid crystal display device but can be applied to a generally-known thin film integrated circuit.

【0068】図9に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜(図示せず)を2
000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。
FIG. 9 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
First, an underlying silicon oxide film (not shown) is formed on the glass substrate by 2
Form a film with a thickness of 000Å. This silicon oxide film is provided to prevent the diffusion of impurities from the glass substrate.

【0069】そして、非晶質珪素膜を実施例1と同様な
方法で1000Åの厚さに成膜する。そして、自然酸化
膜を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜20を
20Å程度の厚さに酸素雰囲気でのUV光の照射によっ
て成膜する。
Then, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 Å by the same method as in the first embodiment. After the hydrofluoric acid treatment for removing the natural oxide film, a thin oxide film 20 is formed to a thickness of about 20Å by UV light irradiation in an oxygen atmosphere.

【0070】そして10ppmのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、5分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜20と21を取り除き、550度、4時間の加熱
によって、珪素膜100を結晶化させる。(ここまでは
実施例1に示した作製方法と同じ)
Then, an acetate solution containing 10 ppm of nickel is applied, held for 5 minutes, and spin-dried using a spinner. After that, the silicon oxide films 20 and 21 are removed by buffer hydrofluoric acid, and the silicon film 100 is crystallized by heating at 550 ° C. for 4 hours. (Up to this point, it is the same as the manufacturing method shown in Example 1)

【0071】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域104を形成する。この島状の領域10
4はTFTの活性層を構成する。そして、厚さ200〜
1500Å、ここでは1000Åの酸化珪素105を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。(図9(A))
Next, the crystallized silicon film is patterned to form island-shaped regions 104. This island area 10
Reference numeral 4 constitutes an active layer of the TFT. And thickness 200 ~
The silicon oxide 105 of 1500 Å, here 1000 Å, is formed. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. (Fig. 9 (A))

【0072】上記酸化珪素膜105の作製には注意が必
要である。ここでは、TEOSを原料とし、酸素ととも
に基板温度150〜600℃、好ましくは300〜45
0℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。TE
OSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は
0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜25
0Wとした。あるいはTEOSを原料としてオゾンガス
とともに減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、
基板温度を350〜600℃、好ましくは400〜55
0℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で400〜600℃で30〜60分アニールした。
Attention must be paid to the formation of the silicon oxide film 105. Here, TEOS is used as a raw material, and the substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 45, together with oxygen.
It was decomposed and deposited at 0 ° C. by the RF plasma CVD method. TE
The pressure ratio of OS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, the pressure is 0.05 to 0.5 torr, and the RF power is 100 to 25.
It was set to 0W. Alternatively, by using TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method,
The substrate temperature is 350 to 600 ° C., preferably 400 to 55
It was formed as 0 ° C. After the film formation, annealing was performed at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes in an atmosphere of oxygen or ozone.

【0073】この状態でKrFエキシマーレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域104の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたRTA
(ラピットサーマルアニール)は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。
In this state, the KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) or strong light equivalent thereto may be irradiated to promote crystallization of the silicon region 104. In particular, RTA using infrared light
(Rapid thermal annealing) can selectively heat only silicon without heating the glass substrate, and can reduce the interface state at the interface between the silicon and the silicon oxide film. It is useful in the fabrication of a field effect semiconductor device.

【0074】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で
220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終
了させる。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速
度は2〜5V/分が適当である。このようにして、厚さ
1500〜3500Å、例えば、2000Åの陽極酸化
物109を形成する。(図9(B))
After that, an aluminum film having a thickness of 2000Å to 1 μm is formed by electron beam evaporation, and this is patterned to form a gate electrode 106. The aluminum may be doped with scandium (Sc) in an amount of 0.15 to 0.2% by weight. Next, set the substrate pH
It is immersed in an ethylene glycol solution of 7 to 1 to 3% tartaric acid, and anodization is performed using platinum as a cathode and this aluminum gate electrode as an anode. The anodization is completed by first raising the voltage to 220 V with a constant current and then maintaining that state for 1 hour. In the present embodiment, in the constant current state, it is appropriate that the voltage rising rate is 2 to 5 V / min. In this way, the anodic oxide 109 having a thickness of 1500 to 3500Å, for example 2000Å, is formed. (Fig. 9 (B))

【0075】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×10
15cm-2とする。
After that, an impurity (phosphorus) was self-alignedly injected into the island-shaped silicon film of each TFT by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas. The dose amount is 1 to 4 × 10
15 cm -2 .

【0076】さらに、図9(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好ましく
は200〜250mJ/cm2 である。こうして、N型
不純物(燐)領域108、109を形成する。これらの
領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
Further, as shown in FIG. 9C, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 ns) is used.
ec) is applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser is 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 are formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.

【0077】この工程において、レーザーを用いるかわ
りに、フラッシュランプを使用して短時間に1000〜
1200℃(シリコンモニターの温度)まで上昇させ、
試料を加熱する、いわゆるRTA(ラピッド・サーマル
・アニール)(RTP、ラピット・サーマル・プロセス
ともいう)を用いてもよい。
In this process, instead of using a laser, a flash lamp is used, and 1000 to
Raise it to 1200 ° C (silicon monitor temperature),
So-called RTA (Rapid Thermal Annealing) (RTP, also called rapid thermal process) for heating the sample may be used.

【0078】その後、全面に層間絶縁物110として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。さらに、スパッタ法によってITO被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極111と
する。(図9(D))
After that, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD with TEOS as raw material and oxygen
Method, low pressure CVD method with ozone, or atmospheric pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 Å is formed by the D method. The substrate temperature is 250 to 450 ° C., for example 350 ° C.
After the film formation, this silicon oxide film is mechanically polished to obtain the flatness of the surface. Further, an ITO film is deposited by the sputtering method and patterned to form the pixel electrode 111. (Fig. 9 (D))

【0079】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成し、配線113は画素電
極111に接続させる。
Then, the inter-layer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, wirings 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed, and wiring 113 is formed. Is connected to the pixel electrode 111.

【0080】プラズマ処理を用いてニッケルを導入した
結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファフッ酸
に対する選択性が低いので、上記コンタクトホールの形
成工程において、エッチングされてしまうことが多かっ
た。
Since the crystalline silicon film into which nickel is introduced by the plasma treatment has lower selectivity to buffer hydrofluoric acid than the silicon oxide film, it is often etched in the contact hole forming step. It was

【0081】しかし、本実施例のように10ppmの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。
However, when nickel is introduced by using an aqueous solution at a low concentration of 10 ppm as in this embodiment, since the hydrofluoric acid resistance is high, the formation of the contact hole can be stably performed with good reproducibility. it can.

【0082】最後に、水素中で300〜400℃で0.
1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、TFTが完成する。そして、同時
に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
Finally, in hydrogen at 300 to 400 ° C.
Anneal for 1-2 hours to complete hydrogenation of silicon. In this way, the TFT is completed. Then, a large number of TFTs manufactured at the same time are arranged in a matrix to complete an active matrix liquid crystal display device.

【0083】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、3×1018cm-3程度あ
るいはそれ以下の、5×1016atoms cm-3〜3×10
18atoms cm-3であると考えられる。
When the structure of this embodiment is adopted, the concentration of nickel existing in the active layer is about 3 × 10 18 cm −3 or less, 5 × 10 16 atoms cm −3 to 3 × 10 5.
It is considered to be 18 atoms cm -3 .

【0084】〔実施例4〕本実施例においては、実施例
2に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向(基板に平行な方向)に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。
[Embodiment 4] In this embodiment, as shown in Embodiment 2, nickel is selectively introduced, and electrons are emitted from the portion where crystals are grown laterally (direction parallel to the substrate). An example of forming a device is shown. When such a structure is adopted, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further lowered, and the structure can be made extremely preferable in terms of electrical stability and reliability of the device.

【0085】本実施例は、アクティブマトリクスの画素
の制御に用いられるTFTの作製工程に関するものであ
る。図10に本実施例の作製工程を示す。まず、基板2
01を洗浄し、TEOS(テトラ・エトキシ・シラン)
と酸素を原料ガスとしてプラズマCVD法によって厚さ
2000Åの酸化珪素の下地膜202を形成する。そし
て、プラズマCVD法によって、厚さ500〜1500
Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質珪素膜2
03を成膜する。次に連続的に厚さ500〜2000
Å、例えば1000Åの酸化珪素膜205をプラズマC
VD法によって成膜する。そして、酸化珪素膜205を
選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した領域2
06を形成する。そして、実施例2で示した方法によ
り、ニッケル元素を含んだ溶液(ここでは酢酸塩溶液)
塗布する。酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は100
ppmである。その他、詳細な工程順序や条件は実施例
2で示したものと同一である。
This example relates to a process of manufacturing a TFT used for controlling pixels of an active matrix. FIG. 10 shows a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 2
01 washed, TEOS (Tetra ethoxy silane)
A base film 202 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å is formed by plasma CVD using oxygen and oxygen as source gases. Then, the thickness is 500 to 1500 by the plasma CVD method.
Å, for example, 1000 Å intrinsic (I-type) amorphous silicon film 2
03 is deposited. Next, continuously thickness 500-2000
Å, for example, 1000 Å of silicon oxide film 205 with plasma C
The film is formed by the VD method. Then, the silicon oxide film 205 is selectively etched to expose the region 2 where the amorphous silicon is exposed.
06 is formed. Then, by the method described in Example 2, a solution containing nickel element (here, an acetate solution)
Apply. The concentration of nickel in acetic acid solution is 100
It is ppm. In addition, the detailed process order and conditions are the same as those shown in the second embodiment.

【0086】この後、窒素雰囲気下で500〜620
℃、例えば550℃、4時間の加熱アニールを行い、珪
素膜303の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域206を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域204は結晶化した部分、領域2
03は未結晶化(非晶質)の部分を示す。この202で
示される横方向への結晶は、25μm程度である。(図
2(A))
After that, 500 to 620 under a nitrogen atmosphere.
The silicon film 303 is crystallized by performing heat anneal at 4 ° C., for example, 550 ° C. for 4 hours. Crystallization proceeds from a region 206 where the nickel film and the silicon film are in contact with each other as a starting point, and crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow. In the figure, region 204 is a crystallized portion, region 2
Reference numeral 03 indicates an uncrystallized (amorphous) portion. The crystal in the horizontal direction indicated by 202 has a size of about 25 μm. (Fig. 2 (A))

【0087】次に、酸化珪素膜205を除去する。この
際、領域206の表面に形成される酸化膜も同時に除去
する。そして、珪素膜204をパターニング後、ドライ
エッチングして、島状の活性層領域208を形成する。
この際、図10(A)で206で示された領域は、ニッ
ケルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に
存在する領域である。また、結晶成長の先端にも、やは
りニッケルが高濃度に存在することが確認されている。
これらの領域では、その中間の領域に比較してニッケル
の濃度が高いことが判明している。したがって、本実施
例においては、活性層208において、これらのニッケ
ル濃度の高い領域がチャネル形成領域と重ならないよう
にした。
Next, the silicon oxide film 205 is removed. At this time, the oxide film formed on the surface of the region 206 is also removed at the same time. Then, after patterning the silicon film 204, dry etching is performed to form an island-shaped active layer region 208.
At this time, a region 206 shown in FIG. 10A is a region into which nickel is directly introduced, and is a region in which nickel is present at a high concentration. It has also been confirmed that nickel also exists at a high concentration at the tip of crystal growth.
It has been found that the nickel concentration in these regions is higher than that in the intermediate region. Therefore, in this embodiment, in the active layer 208, these regions having a high nickel concentration are prevented from overlapping the channel formation region.

【0088】その後、100体積%の水蒸気を含む10
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲
気中において、1時間放置することによって、活性層
(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209
を形成する。酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピーク
をもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20
9に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に0.
1〜10%のHClを混入してもよい。
Thereafter, 10% by volume containing 100% steam
The surface of the active layer (silicon film) 208 is oxidized by leaving it in the atmosphere of 500 to 600 ° C., typically 550 ° C. for 1 hour to oxidize the surface of the silicon oxide film 209.
To form. The thickness of the silicon oxide film is 1000Å. After forming the silicon oxide film 209 by thermal oxidation, the substrate is placed in an ammonia atmosphere (1 atm, 100%) at 400 ° C.
To hold. Then, in this state, the substrate is irradiated with infrared light having a peak at a wavelength of 0.6 to 4 μm, for example, 0.8 to 1.4 μm for 30 to 180 seconds, and the silicon oxide film 20 is irradiated.
A nitriding process is performed on 9. At this time, the atmosphere was 0.
1-10% HCl may be mixed.

【0089】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が900〜1200℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20〜100
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。(図2(B))
A halogen lamp is used as the infrared light source. The intensity of infrared light is adjusted so that the temperature on the monitor's single crystal silicon wafer is between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer is monitored, and this is fed back to the infrared light source. In this embodiment, the temperature rise is constant, the speed is 50 to 200 ° C./sec, and the temperature fall is 20 to 100 by natural cooling.
℃. Since this infrared light irradiation selectively heats the silicon film, the heating of the glass substrate can be minimized. (Fig. 2 (B))

【0090】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極210を形成する。(図2(C))
Subsequently, by the sputtering method,
A film of aluminum (containing 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000Å, for example, 6000Å is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 210. (Fig. 2 (C))

【0091】さらに、このアルミニウムの電極の表面を
陽極酸化して、表面に酸化物層211を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層211の厚さは2
000Åである。なお、この酸化物211は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。(図2
(D))
Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 211 on the surface. This anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The resulting oxide layer 211 has a thickness of 2
It is 000Å. Since the oxide 211 has a thickness to form the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by the anodic oxidation process. (Fig. 2
(D))

【0092】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスク
として、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここ
では燐)を添加する。ドーピングガスとして、フォスフ
ィン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例
えば80kVとする。ドーズ量は1×1015〜8×10
15cm-2、例えば、4×1015cm-2とする。この結
果、N型の不純物領域212と213を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(Nチ
ャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク
電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
Next, the gate electrode portion, that is, the gate electrode 210 and the oxide layer 211 around it is used as a mask in the active layer region (which constitutes a source / drain and a channel) by an ion doping method (also called a plasma doping method). An impurity (phosphorus here) which imparts N conductivity type is added in a self-aligning manner. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, and the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10
It is set to 15 cm -2 , for example, 4 × 10 15 cm -2 . As a result, N-type impurity regions 212 and 213 can be formed. As is clear from the figure, the impurity region and the gate electrode are in an offset state separated by a distance x. Such an offset state is particularly effective in reducing a leak current (also referred to as an off current) when a reverse voltage (negative in the case of an N-channel TFT) is applied to the gate electrode.
In particular, in the TFT for controlling the pixels of the active matrix as in the present embodiment, it is desired that the leak current is low so that the charges accumulated in the pixel electrode do not escape in order to obtain a good image, and therefore an offset is provided. That is valid.

【0093】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行った。レーザー光としては、KrFエキシマレー
ザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用い
るが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射
条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm
2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜
10ショット、例えば2ショット照射した。このレーザ
ー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱する
ことによって、効果を増大せしめてもよい。(図2
(E))
After that, annealing was performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used, but other laser may be used. The laser beam irradiation condition is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm.
2 , for example, 250 mJ / cm 2 and 2 per place
Irradiation was performed for 10 shots, for example, 2 shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 2
(E))

【0094】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜215を形成し、表面を平坦化する。このよう
にして形成された平面上にスパッタ法によって厚さ80
0Åの透明導電性膜(ITO膜)を成膜し、これをパタ
ーニングして画素電極216を形成する。
Then, a silicon oxide film 21 having a thickness of 6000Å is formed.
4 as an interlayer insulator is formed by the plasma CVD method. Further, a transparent polyimide film 215 is formed by spin coating to flatten the surface. A thickness of 80 is formed on the flat surface thus formed by the sputtering method.
A 0 Å transparent conductive film (ITO film) is formed and patterned to form a pixel electrode 216.

【0095】そして、層間絶縁物214、215にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線
217、218を形成する。最後に、1気圧の水素雰囲
気で350℃、30分のアニールを行い、TFTを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。(図2
(F))
Then, contact holes are formed in the interlayer insulators 214 and 215, and the electrodes / wirings 217 and 218 of the TFT are formed from a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete an active matrix pixel circuit having TFTs. (Fig. 2
(F))

【0096】[0096]

【効果】触媒元素を導入して低温で短時間で結晶化させ
た結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製すること
で、生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることがで
きる。
[Effect] By manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film in which a catalytic element is introduced and crystallized at low temperature in a short time, a device with high productivity and excellent characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例の工程を示すFIG. 1 shows a process of an example.

【図2】 実施例の工程を示す。FIG. 2 shows a process of an example.

【図3】 溶液中のニッケル濃度と横方向への結晶成長
距離との関係を示す。
FIG. 3 shows the relationship between the nickel concentration in the solution and the crystal growth distance in the lateral direction.

【図4】 ニッケルが導入された領域のニッケル濃度を
示す。
FIG. 4 shows nickel concentration in a region where nickel is introduced.

【図5】 ニッケルが導入された領域から横方向に結晶
した領域におけるニッケル濃度を示す。
FIG. 5 shows a nickel concentration in a region crystallized in a lateral direction from a region into which nickel is introduced.

【図6】 プラズマ処理によってニッケルが導入された
領域におけるニッケル濃度を示す。
FIG. 6 shows nickel concentration in a region where nickel is introduced by plasma treatment.

【図7】 ニッケルが導入された領域のラマン分光測定
を示す。
FIG. 7 shows a Raman spectroscopic measurement of a region in which nickel is introduced.

【図8】 ニッケルが導入された領域から横方向に結晶
した領域におけるラマン分光測定を示す。
FIG. 8 shows Raman spectroscopy measurements in the laterally crystallized region from the nickel-introduced region.

【図9】 実施例の作製工程を示す。FIG. 9 shows a manufacturing process of an example.

【図10】 実施例の作製工程を示す。FIG. 10 shows a manufacturing process of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・ガラス基板 12・・・・非晶質珪素膜 13・・・・酸化珪素膜 14・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 15・・・・ズピナー 21・・・・マスク用酸化珪素膜 20・・・・酸化珪素膜 11・・・・ガラス基板 104・・・活性層 105・・・酸化珪素膜 106・・・ゲイト電極 109・・・酸化物層 108・・・ソース/ドレイン領域 109・・・ドレイン/ソース領域 110・・・層間絶縁膜(酸化珪素膜) 111・・・画素電極(ITO) 112・・・電極 113・・・電極 11 ... Glass substrate 12 ... Amorphous silicon film 13 ... Silicon oxide film 14 ... Acetic acid solution film containing nickel 15 ... Spinner 21 ... For mask Silicon oxide film 20 ... Silicon oxide film 11 ... Glass substrate 104 ... Active layer 105 ... Silicon oxide film 106 ... Gate electrode 109 ... Oxide layer 108 ... Source / Drain region 109 ... Drain / source region 110 ... Interlayer insulating film (silicon oxide film) 111 ... Pixel electrode (ITO) 112 ... Electrode 113 ... Electrode

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 31/10 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/336 31/10

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜に接して該珪素膜の結晶
化を助長する触媒元素を含有させた物質を保持させ、加
熱処理を施すことにより形成されたものであることを特
徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having an active region formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region is in contact with an amorphous silicon film to promote crystallization of the silicon film. A semiconductor device, which is formed by holding a substance containing an element and performing heat treatment.
【請求項2】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜上に該珪素膜の結晶化を
助長する触媒元素を含有させた溶液を塗布し、前記非晶
質珪素膜を加熱処理することにより形成されたものであ
ることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device in which an active region is formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region is a catalytic element that promotes crystallization of the silicon film on an amorphous silicon film. A semiconductor device, which is formed by applying a solution containing: and heat-treating the amorphous silicon film.
【請求項3】 結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、非晶質珪素膜下に該珪素膜の結晶化を
助長する触媒元素を含有させた溶液を塗布し、前記非晶
質珪素膜を加熱処理することにより形成されたものであ
ることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device having an active region formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region is a catalytic element that promotes crystallization of the silicon film under an amorphous silicon film. A semiconductor device, which is formed by applying a solution containing: and heat-treating the amorphous silicon film.
【請求項4】 活性領域に非晶質珪素膜の結晶化を助長
する元素が添加されている半導体装置であって、 前記活性領域が示すラマン分光測定における強度が単結
晶珪素が示す強度に比較して1/3以上であることを特
徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device in which an element that promotes crystallization of an amorphous silicon film is added to the active region, wherein the intensity of Raman spectroscopic measurement of the active region is higher than that of single crystal silicon. Then, the semiconductor device is 1/3 or more.
【請求項5】 請求項1または請求項2または請求項3
または請求項4において、 触媒元素として、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、A
u、In、Sn、Pd、Sn、Pd、P、As、Sbか
ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられたこと
を特徴とする半導体装置。
5. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
Alternatively, in claim 4, as the catalyst element, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, A
A semiconductor device, wherein one or more elements selected from u, In, Sn, Pd, Sn, Pd, P, As, and Sb are used.
【請求項6】 請求項1または請求項2または請求項3
または請求項4において、 触媒元素として、VIII族、IIIb族、IVb族、Vb族元素か
ら選ばれた一種または複数種類の元素が用いられたこと
を特徴とする半導体装置。
6. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein one or more kinds of elements selected from the group VIII, group IIIb, group IVb, and group Vb elements are used as the catalyst element.
【請求項7】 請求項1または請求項2または請求項3
または請求項4において、 半導体装置は、薄膜トランジスタまたはダイオードまた
は光センサーであることを特徴とする半導体装置。
7. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
Alternatively, in claim 4, the semiconductor device is a thin film transistor, a diode, or an optical sensor.
【請求項8】 請求項1または請求項2または請求項3
または請求項4において、前記活性層領域中における触
媒元素の濃度が、5×1016atoms cm-3〜1×1019
atoms cm-3であることを特徴とする半導体装置。
8. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
Alternatively, in claim 4, the concentration of the catalytic element in the active layer region is 5 × 10 16 atoms cm −3 to 1 × 10 19
A semiconductor device having atoms cm −3 .
【請求項9】 請求項1または請求項2または請求項3
または請求項4において、活性領域はPI、PN、NI
で示される接合を少なくとも一つ有することを特徴とす
る半導体装置。
9. Claim 1 or claim 2 or claim 3.
Alternatively, in claim 4, the active region is PI, PN, or NI.
A semiconductor device having at least one junction shown by.
【請求項10】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、横方向に結晶が成長しており、 前記横方向に結晶が成長した領域は、非晶質珪素膜の結
晶化を助長する触媒元素を含有させた物質を非晶質珪素
膜の特定の領域に接触保持させ、加熱処理を施すことに
より前記特定の領域からその周辺に向かって結晶成長が
行なわれた領域であることを特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor device in which an active region is formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region has laterally grown crystals, and the laterally grown crystals. The region is brought into contact with a specific region of the amorphous silicon film by holding a substance containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film in a specific region, and heat treatment is performed to remove the substance from the specific region to its periphery. A semiconductor device characterized in that it is a region in which crystal growth has been carried out.
【請求項11】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、基板表面に概略平行な方向に結晶成長
しており、 前記結晶成長方向は、概略〔111〕軸方向に一致して
おり、 前記結晶成長した領域は、非晶質珪素膜の結晶化を助長
する触媒元素を含有させた物質を非晶質珪素膜の特定の
領域に接触保持させ、加熱処理を施すことにより前記特
定の領域からその周辺に向かって結晶成長が行なわれた
領域であることを特徴とする半導体装置。
11. A semiconductor device having an active region formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region is crystal-grown in a direction substantially parallel to a substrate surface. Substantially coincides with the [111] axis direction, and in the crystal grown region, a substance containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is applied to a specific region of the amorphous silicon film. A semiconductor device, which is a region in which crystal growth is performed from the specific region toward the periphery thereof by being held in contact and subjected to heat treatment.
【請求項12】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域は、横方向に結晶が成長しており、 前記横方向に結晶が成長した領域は、非晶質珪素膜の結
晶化を助長する触媒元素を含有させた物質を非晶質珪素
膜の特定の領域に接触保持させ、加熱処理を施すことに
より前記特定の領域からその周辺に向かって結晶成長が
行なわれた領域であり、 該領域の表面は、基板面に垂直方向が{110}、{1
12}、{123}、{134}、{235}、{14
5}、{156}、{257}、{167}、{hk
l}(但しh+k=lになるもの)、で示される面方位
またはその近傍の面方位を少なくとも一つ以上含むこと
を特徴とする半導体装置。
12. A semiconductor device having an active region formed by using a crystalline silicon film, wherein the active region has crystals grown in a lateral direction, and the crystals have grown in the lateral direction. The region is brought into contact with a specific region of the amorphous silicon film by holding a substance containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film in contact with the specific region, and heat treatment is performed to remove the substance from the specific region to its periphery. Crystal growth is performed toward the surface of the region, and the surface of the region is {110}, {1} in the direction perpendicular to the substrate surface.
12}, {123}, {134}, {235}, {14
5}, {156}, {257}, {167}, {hk
l} (however, h + k = 1), or at least one plane orientation in the vicinity thereof or a plane orientation in the vicinity thereof.
【請求項13】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が構成された半導体装置であって、 前記活性領域の表面は、基板面に垂直方向が{11
0}、{112}、{123}、{134}、{23
5}、{145}、{156}、{257}、{16
7}、{hkl}(但しh+k=lになるもの)、で示
される面方位またはその近傍の面方位を少なくとも一つ
以上含むことを特徴とする半導体装置。
13. A semiconductor device in which an active region is formed by using a crystalline silicon film, wherein a surface of the active region is {11 in a direction perpendicular to a substrate surface.
0}, {112}, {123}, {134}, {23
5}, {145}, {156}, {257}, {16
7}, {hkl} (where h + k = 1), or at least one plane orientation in the vicinity thereof.
【請求項14】活性領域に非晶質珪素膜の結晶化を助長
する元素が添加されている半導体装置であって、 前記活性領域が示すラマン分光測定における強度が単結
晶珪素が示す強度に比較して1/3以上であることを特
徴とする半導体装置。
14. A semiconductor device in which an element that promotes crystallization of an amorphous silicon film is added to an active region, the intensity of Raman spectroscopic measurement of the active region being compared with that of single crystal silicon. Then, the semiconductor device is 1/3 or more.
【請求項15】請求項10または請求項11または請求
項12または請求項13または請求項14において、活
性領域はPI、PN、NIで示される接合を少なくとも
一つ有することを特徴とする半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 10, 11 or 12, or 13 or 14, wherein the active region has at least one junction indicated by PI, PN and NI. .
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