JPH07183540A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH07183540A
JPH07183540A JP6162705A JP16270594A JPH07183540A JP H07183540 A JPH07183540 A JP H07183540A JP 6162705 A JP6162705 A JP 6162705A JP 16270594 A JP16270594 A JP 16270594A JP H07183540 A JPH07183540 A JP H07183540A
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nickel
silicon film
amorphous silicon
semiconductor device
film
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Hisashi Otani
久 大谷
Kenji Fukunaga
健司 福永
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Kouyuu Chiyou
宏勇 張
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To previously control a solution which accelerates the crystallization of a silicon film in element concentration so as to improve the silicon film in crystallinity and to lessen the solution in element content by a method wherein an amorphous silicon film is made to retain the solution and thermally treated to form an active region. CONSTITUTION:An amorphous silicon film 12 is formed on a glass substrate 11. After a hydrofluoric acid treatment, an oxide film 13 is formed on the siicon film 12. Then, nickel is added to an acetate solution, wherein nickel is 100ppm in concentration. 2ml of the acetate solution is made to drip on the surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12, the substrate 11 is left to stand for five minutes keeping the oxide film 13 in this state, and the oxide film 13 is spin-dried up by a spinner 15. By this setup, a nickel-containing acetate solution film 14 can be formed. Thereafter, the substrate 11 is kept in this state for five minutes and then thermally treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 550 deg.C for four hours in a heating oven to obtain a crystalline silicon thin film 12.

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を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a crystalline semiconductor and a method for manufacturing the semiconductor device.

【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、特に電気光学装置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 noted as a switching element provided in each pixel of an electro-optical device, particularly 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。即ち、多量のニッケルが導入されても
十分に機能していないニッケルが存在していると考えら
れる。このことから、ニッケルと珪素が接している点
(面)が低温結晶化の際に機能していると考えられる。
そして、可能な限りニッケルは微細に原子状に分散して
いることが必要であることが結論される。即ち、「必要
なのは非晶質珪素膜の表面近傍に低温結晶化が可能な範
囲内で可能な限り低濃度のニッケルが原子状で分散して
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. That is, it is considered that there is nickel that does not function sufficiently even if a large amount of nickel is introduced. From this, it is considered that the point (plane) where nickel and silicon are in contact functions during low temperature crystallization.
Then, it is concluded that nickel should be dispersed as finely as possible in atomic form. That is, it is concluded that "it is necessary to disperse nickel as atomically as possible in a concentration as low as possible within the range where low temperature crystallization is possible 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し、その量を最小限
の量とする。 (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 The present invention provides (1) a method of controlling the amount of a catalytic element and introducing it in the production of a crystalline thin film silicon semiconductor by a heat treatment at 600 ° C. or less using a catalytic element. Minimize the 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。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素単体ま
たは前記触媒元素を含む化合物が接した状態において、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させる。
In order to satisfy the above object, the present invention uses the following means to obtain a crystalline silicon film. A catalyst element simple substance or a compound containing the catalyst element is held in contact with the amorphous silicon film to promote crystallization of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film contains the catalyst element simple substance or the catalyst element. When the compounds are in contact,
Heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film.

【0014】具体的には、触媒元素を含む溶液を非晶質
珪素膜表面に塗布し、触媒元素の導入を行なうことによ
って、上記構成は実現される。特に本発明においては、
非晶質珪素膜の表面に接して触媒元素が導入されること
が特徴である。このことは、触媒元素の量を制御する上
で極めて重要である。
Specifically, the above structure is realized by applying a solution containing the catalytic element to the surface of the amorphous silicon film and introducing the catalytic element. Particularly in the present invention,
The feature is that the catalytic element is introduced in contact with the surface of the amorphous silicon film. This is extremely important in controlling the amount of catalytic element.

【0015】さらにこの結晶性珪素膜を用いて半導体装
置のPN、PI、NIその他の電気的接合を少なくとも
1つ有する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。
Further, the crystalline silicon film is used to form an active region having at least one PN, PI, NI or other electrical junction of a semiconductor device. A thin film transistor (TFT), a diode, or an optical sensor can be used as the semiconductor device.

【0016】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.

【0017】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、有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで含
有とは、化合物として含ませるという意味と、単に分散
させることにより含ませるという意味との両方を含む。
As a method for applying a solution containing an element that promotes crystallization to the amorphous silicon film, an aqueous solution, an organic solvent solution or the like can be used as the solution. Here, the inclusion includes both the meaning of being contained as a compound and the meaning of being contained by simply dispersing.

【0018】触媒元素を含む溶媒としては、極性溶媒で
ある水、アルコール、酸、アンモニアから選ばれたもの
を用いることができる。
As the solvent containing the catalyst element, a solvent selected from polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia can be used.

【0019】触媒としてニッケルを用い、このニッケル
を極性溶媒に含ませる場合、ニッケルはニッケル化合物
として導入される。このニッケル化合物としては、代表
的には臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、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、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれたものが用いられ
る。
When nickel is used as the catalyst and this nickel is included in the polar solvent, nickel is introduced as a nickel compound. The nickel compound is typically nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, 4-cyclohexyl butyric acid. A material selected from nickel, nickel oxide, and nickel hydroxide is used.

【0020】また触媒元素を含む溶媒として、無極性溶
媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、
クロロホルム、エーテルから選ばれたものを用いること
ができる。
Further, as a solvent containing a catalytic element, benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, which are nonpolar solvents,
It is possible to use one selected from chloroform and ether.

【0021】この場合はニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては代表的に
は、ニッケルアセチルアセトネ−ト、2−エチルヘキサ
ン酸ニッケルから選ばれたものを用いることができる。
In this case, nickel is introduced as a nickel compound. As the nickel compound, one selected from nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanoate can be typically used.

【0022】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。
It is also useful to add a surfactant to the solution containing the catalytic element. This is to enhance the adhesion to the surface to be coated and control the adsorptivity. This surfactant may be applied on the surface to be coated in advance.

【0023】触媒元素としてニッケル単体を用いる場合
には、酸に溶かして溶液とする必要がある。
When nickel alone is used as the catalytic element, it must be dissolved in acid to form a solution.

【0024】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、ニッケル単体あるいはニッ
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。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 above description 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, powder of nickel alone or a nickel compound is in a dispersion medium. A material such as an emulsion uniformly dispersed in the above may be used. The same applies to the case where a material other than nickel is used as the catalyst element.

【0025】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溶媒として水の
如き極性溶媒を用いた場合において、非晶質珪素膜にこ
れら溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうこと
がある。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。また、薄い酸化膜を形成
したのち、ラビング処理をおこなって、酸化膜に一定の
間隔、幅、方向で凹凸を形成してもよい。このような凹
凸は溶媒の浸透をより一層、促進せしめ、結晶粒の大き
さを平均化し、結晶粒の方向を揃える上で効果的であ
る。また、このように方向性を持たせた結晶性珪素膜を
適切な方向に電流が流れるように半導体素子を形成する
と、素子の特性のバラツキを抑制する上で効果的であっ
た。
When nickel is used as a catalyst element for promoting crystallization and a polar solvent such as water is used as a solution solvent containing nickel, when these solutions are directly applied to the amorphous silicon film, the solution becomes elastic. You may get burned. 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. In addition, after forming a thin oxide film, rubbing treatment may be performed to form irregularities in the oxide film at regular intervals, widths, and directions. Such unevenness is effective in further promoting the permeation of the solvent, averaging the crystal grain sizes, and aligning the crystal grain directions. Further, forming a semiconductor element so that a current flows through the crystalline silicon film having such a directionality in an appropriate direction was effective in suppressing variations in element characteristics.

【0026】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, the solution can be directly applied 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.

【0027】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 kind 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.

【0028】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概略平
行な方向に結晶成長を行なわすことができる。この珪素
膜の面に概略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, the crystal growth can be selectively carried out by selectively applying the solution containing the catalytic element. In this case, in particular, crystal growth can be performed in a direction substantially 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 this specification, a region in which crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the surface of the silicon film is referred to as a lateral crystal growth region.

【0029】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、触媒元素の濃度が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.

【0030】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.

【0031】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.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕 [Example 1]

【0033】本実施例では、結晶化を助長する触媒元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後に加熱により結晶化させる例である。
This embodiment is an example in which a catalytic element that promotes crystallization is contained in an aqueous solution, applied on an amorphous silicon film, and then crystallized by heating.

【0034】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100mm×100mm
とする。
First, referring to FIG. 1, the steps up to the introduction of the catalytic element (here, nickel is used) will be described. In this embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate. The size is 100mm x 100mm
And

【0035】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))

【0036】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.

【0037】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, for improving 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.

【0038】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))

【0039】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.

【0040】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.

【0041】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 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.

【0042】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, in a heating furnace, heat treatment is performed 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.

【0043】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 carried out 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.

【0044】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.

【0045】〔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. .

【0046】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.

【0047】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.

【0048】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0〜150rpm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 150 rpm. (Fig. 2 (B))

【0049】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。図2(C)にお
いて、24がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、25が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。なお25の領域は、概略〈111〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。
Then, the amorphous silicon film 12 is crystallized by performing 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. In FIG. 2C, 24 is a region in which nickel is directly introduced and crystallized, and 25 is a region in which lateral crystallization is performed. In addition, it has been confirmed that crystal growth is performed in the region of 25 in the direction of substantially the <111> axis.

【0050】本実施例において、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1×1016atoms 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。
In this embodiment, the concentration of nickel in the region where nickel was directly introduced is changed from 1 × 10 16 atoms cm -3 to 1 by changing the solution concentration and the holding time.
The concentration can be controlled in the range of × 10 19 atoms cm −3 , and similarly, the concentration of the lateral growth region can be controlled to be lower than that.

【0051】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 shown in this embodiment is characterized in that it has 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.

【0052】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 an electrode by forming a silicon oxide film functioning as a gate insulating film or an interlayer insulating film on a crystalline silicon film and then performing a hole forming process to 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.

【0053】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 a 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 is formed. Only this can be selectively removed, which is extremely significant in the manufacturing process.

【0054】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, since the concentration of the catalytic element is low and the crystallinity is good in the region where the crystal has grown in the lateral direction, 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.

【0055】〔実施例3〕本実施例は、触媒元素である
ニッケルを非水溶液であるアルコールに含有させ、非晶
質珪素膜上に塗布する例である。本実施例では、ニッケ
ルの化合物としてニッケルアセチルアセトネートを用
い、該化合物をアルコールに含有させる。ニッケルの濃
度は必要とする濃度になるようにすればよい。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which nickel, which is a catalytic element, is contained in alcohol, which is a non-aqueous solution, and is coated on an amorphous silicon film. In this embodiment, nickel acetylacetonate is used as a nickel compound, and the compound is contained in alcohol. The concentration of nickel may be the required concentration.

【0056】後の工程は、実施例1または実施例2に示
したのと同様である。また、このニッケルを含有したア
ルコール溶液は、非晶質珪素膜下に塗布するのでもよ
い。この場合、非晶質珪素膜の形成前にこの溶液をスピ
ナーを用いて塗布すればよい。またアルコールを用いた
場合、非晶質珪素膜上に直接塗布することが可能であ
る。
The subsequent steps are the same as those shown in the first or second embodiment. Further, the alcohol solution containing nickel may be applied under the amorphous silicon film. In this case, this solution may be applied using a spinner before forming the amorphous silicon film. When alcohol is used, it can be directly coated on the amorphous silicon film.

【0057】以下具体的な条件を説明する。まず、ニッ
ケル化合物として、ニッケルアセチルアセトネートを用
意する。この物質は、アルコールに可溶であり、分解温
度が低いため、結晶化工程における加熱の際に容易に分
解させることができる。
Specific conditions will be described below. First, nickel acetylacetonate is prepared as a nickel compound. Since this substance is soluble in alcohol and has a low decomposition temperature, it can be easily decomposed during heating in the crystallization step.

【0058】また、アルコールとしてはエタノールを用
いる。まずエタノールに前記のニッケルアセチルアセト
ネートをニッケルの量に換算して100ppmになるよ
うに調整し、ニッケルを含有した溶液を作製する。
Further, ethanol is used as the alcohol. First, the nickel acetylacetonate is adjusted to 100 ppm in ethanol in terms of the amount of nickel to prepare a solution containing nickel.

【0059】そしてこの溶液を非晶質珪素膜上に塗布す
る。なお、非晶質珪素膜は、酸化珪素の下地膜(200
0Å厚)が形成された100mm角のガラス基板上に1
000Åの厚さでプラズマCVD法で形成したものであ
る。
Then, this solution is coated on the amorphous silicon film. The amorphous silicon film is a silicon oxide base film (200
1 on a 100 mm square glass substrate with 0 Å thickness)
It is formed by a plasma CVD method with a thickness of 000Å.

【0060】上記非晶質珪素膜上への溶液の塗布は、実
施例1や実施例2の水溶液を用いた場合より、少なくて
すむ。これは、アルコールの接触角が水のそれよりも小
さいことに起因する。ここでは、100mm角の面積に
対し、2mlの滴下とする。
The coating of the solution on the amorphous silicon film is less than that of the case of using the aqueous solution of the first or second embodiment. This is because the contact angle of alcohol is smaller than that of water. Here, 2 ml is dropped on an area of 100 mm square.

【0061】そして、この状態で5分間保持する。その
後、スピナーを用い乾燥を行う。この際、スピナーは1
500rpmで1分間回転させる。この後は、550
℃、4時間の加熱を行ない結晶化を行う。こうして結晶
性を有する珪素膜を得る。
Then, this state is maintained for 5 minutes. After that, it is dried using a spinner. At this time, the spinner is 1
Rotate at 500 rpm for 1 minute. After this, 550
Crystallization is performed by heating at ℃ for 4 hours. Thus, a crystalline silicon film is obtained.

【0062】〔実施例4〕本実施例は、触媒元素である
ニッケル単体を酸に溶かし、このニッケル単体が溶けた
酸を非晶質珪素膜上に塗布する例である。
[Embodiment 4] This embodiment is an example in which a simple substance of nickel which is a catalytic element is dissolved in an acid, and the acid in which the simple substance of nickel is dissolved is applied onto an amorphous silicon film.

【0063】本実施例においては、酸として0.1mo
l/lの硝酸を用いる。この硝酸の中にニッケルの濃度
が50ppmとなるように、ニッケルの粉末を溶かし、
これを溶液として用いる。この後の工程は、実施例1の
場合と同様である。
In this embodiment, 0.1 mol of acid is used.
1 / l nitric acid is used. Dissolve nickel powder in this nitric acid so that the concentration of nickel becomes 50 ppm,
This is used as a solution. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

【0064】〔実施例5〕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 5] This embodiment is an example of manufacturing a TFT provided in each pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device 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.

【0065】図3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. 3 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.

【0066】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.

【0067】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 nickel of 10 ppm 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)

【0068】このニッケルを導入する工程は、実施例3
または実施例4に示した方法によってもよい。勿論、ニ
ッケルの濃度や保持時間は適時選択すればよい。
The process of introducing this nickel is the same as in Example 3.
Alternatively, the method shown in Example 4 may be used. Of course, the concentration of nickel and the holding time may be appropriately selected.

【0069】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3(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. 3 (A))

【0070】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.

【0071】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 intense 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.

【0072】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3(B))
After that, an aluminum film having a thickness of 2000 Å 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. 3 (B))

【0073】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 .

【0074】さらに、図3(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. 3C, 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 / □.

【0075】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 step, 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.

【0076】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3(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. 3 (D))

【0077】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 interlayer 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 the wiring 113 is formed. Is connected to the pixel electrode 111.

【0078】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 for buffer hydrofluoric acid than the silicon oxide film, it is often etched in the contact hole forming step. It was

【0079】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.

【0080】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。
このTFTは、ソース/ドレイン領域108/109と
チャネル形成領域114を有している。また115がN
Iの電気的接合部分となる。
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.
This TFT has source / drain regions 108/109 and a channel formation region 114. Also 115 is N
It becomes the electrical junction of I.

【0081】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、1×1016atoms 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, 1 × 10 16 atoms cm −3 to 3 × 10 5.
It is considered to be 18 atoms cm -3 .

【0082】〔実施例6〕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 6] In this embodiment, as shown in Embodiment 2, nickel is selectively introduced, and electrons are emitted from the portion where crystals are grown laterally (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.

【0083】本実施例におけるニッケル元素の導入方法
としては、実施例3、実施例4で示す方法によってもよ
い。
The method of introducing nickel element in this embodiment may be the method shown in the third and fourth embodiments.

【0084】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4に本実施例の作製工程を示す。まず、基板20
1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2
000Å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。
This embodiment relates to a process of manufacturing a TFT used for controlling pixels of an active matrix. FIG. 4 shows the manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 20
1 is washed, and TEOS (tetra-ethoxy-silane) and oxygen are used as source gases to form a plasma-deposited film having a thickness of 2
A base film 202 of 000Å silicon oxide is formed. 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.

【0085】そして実施例2に示した方法により結晶化
を助長する触媒元素である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100ppm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。
この工程は、実施例3または実施例4に示した方法によ
るものであってもよい。
Then, a solution (here, an acetate solution) containing nickel element which is a catalytic element for promoting crystallization is applied by the method shown in Example 2. The concentration of nickel in the acetic acid solution is 100 ppm. In addition, the detailed process order and conditions are the same as those shown in the second embodiment.
This step may be according to the method shown in Example 3 or 4.

【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はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域203は横方向に結晶化した部
分を示す。この203で示される横方向への結晶は、2
5μm程度である。またその結晶成長方向は概略〈11
1〉軸方向であることが確認されている。(図4
(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, a region 204 shows a portion crystallized by direct introduction of nickel, and a region 203 shows a portion crystallized laterally. The crystal in the lateral direction indicated by 203 is 2
It is about 5 μm. The crystal growth direction is roughly <11.
It has been confirmed that the direction is 1> axial. (Fig. 4
(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4(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, the region indicated by 206 in FIG. 4A 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4(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. 4 (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4
(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. 4
(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4
(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. 4
(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4
(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. 4
(F))

【0096】〔実施例7〕図5に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)50
1上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜102を形成した。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程(本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む)で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、400〜500
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
[Embodiment 7] FIG. 5 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 50
A base film 102 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å was formed on 1 by a sputtering method. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to the strain temperature or less at 0.1 to 1.0 ° C./min. The shrinkage of the substrate in the accompanying steps (including the thermal oxidation step of the present invention and the subsequent thermal annealing step) is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrates, 1-4 at 620-660 ° C
After annealing for an hour, it is gradually cooled at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min, and 400 to 500.
It is recommended to take out when the temperature has dropped to ℃.

【0097】次に、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、実施例1で示した方
法により非晶質珪素膜の結晶化を行なった。そして窒素
雰囲気(大気圧)、600℃、48時間アニールして結
晶化させ、珪素膜を10〜1000μm角の大きさにパ
ターニングして、島状の珪素膜(TFTの活性層)50
3を形成した。(図5(A))
Next, a thickness of 5 is formed by plasma CVD.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film having a thickness of 00 to 1500 Å, for example 1000 Å, was formed. Then, the amorphous silicon film was crystallized by the method shown in Example 1. Then, it is annealed in a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure) at 600 ° C. for 48 hours to be crystallized, and the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm square to form an island-shaped silicon film (active layer of TFT) 50.
Formed 3. (Figure 5 (A))

【0098】その後、70〜90%の水蒸気を含む1気
圧、500〜750℃、代表的には600℃の酸素雰囲
気を水素/酸素=1.5〜1.9の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成した。かかる雰囲気中におい
て、3〜5時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ500〜1500Å、例えば1000Åの
酸化珪素膜504を形成した。注目すべき歯、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が50Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになった、すなわち、清
浄な珪素−酸化珪素界面が得られたことである。酸化珪
素膜の厚さは酸化される珪素膜の2倍であるので、10
00Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ1000Åの酸
化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚さは500
Åということになる。
After that, a pyrogenic reaction method was carried out in an oxygen atmosphere containing 70 to 90% of steam at 500 to 750 ° C., typically 600 ° C. at a hydrogen / oxygen ratio of 1.5 to 1.9. Formed using. By leaving it in such an atmosphere for 3 to 5 hours, the surface of the silicon film was oxidized to form a silicon oxide film 504 having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 1000 Å. Notable teeth, such oxidation reduces the surface of the initial silicon film by 50 Å or more, and as a result, the contamination of the outermost surface portion of the silicon film is
This means that the silicon oxide interface was not reached, that is, a clean silicon-silicon oxide interface was obtained. Since the thickness of the silicon oxide film is twice that of the silicon film to be oxidized, 10
When a silicon film having a thickness of 00Å is oxidized to obtain a silicon oxide film having a thickness of 1000Å, the remaining silicon film has a thickness of 500.
It means Å.

【0099】一般に酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜)と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、TFTとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。
Generally, the thinner the silicon oxide film (gate insulating film) and the active layer are, the better the mobility is and the better the off current is. On the other hand, in the initial crystallization of the amorphous silicon film, the thicker the film, the easier the crystallization. Therefore, conventionally, regarding the thickness of the active layer, there is a contradiction in terms of characteristics and processes. The present invention solves this contradiction for the first time, that is, a thick amorphous silicon film is formed before crystallization to obtain a good crystalline silicon film. Then, next, the silicon film is thinned by oxidizing the silicon film to improve the characteristics as a TFT. Further, in this thermal oxidation, the amorphous component in which recombination centers are likely to exist and the crystal grain boundaries are easily oxidized, and as a result, the recombination centers in the active layer are reduced. Therefore, the product yield is increased.

【0100】熱酸化によって酸化珪素膜504を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気(1気圧、100
%)、600℃で2時間アニールした。(図5(B)) 引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ3000〜8
000Å、例えば6000Åの多結晶珪素(0.01〜
0.2%の燐を含む)を成膜した。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極505を形成した。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、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N導電型を付与する不純物(ここでは燐)を添加
した。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
した。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例え
ば、5×1015cm-2とした。この結果、N型の不純物
領域506と507が形成された。
After the silicon oxide film 504 is formed by thermal oxidation, the substrate is placed in an atmosphere of dinitrogen monoxide (1 atm, 100 atm).
%), And annealed at 600 ° C. for 2 hours. (FIG. 5 (B)) Subsequently, a thickness of 3000 to 8 is formed by a low pressure CVD method.
000Å, for example, 6000Å polycrystalline silicon (0.01 to
(Containing 0.2% phosphorus). Then, the silicon film was patterned to form a gate electrode 505. Further, by using the silicon film as a mask, an impurity (phosphorus in this case) which imparts N conductivity type to the active layer region (which constitutes a source / drain and a channel) is self-aligned by an ion doping method (also referred to as plasma doping method). ) Was added. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And the acceleration voltage was set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. The dose amount was set to 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 . As a result, N-type impurity regions 506 and 507 were formed.

【0101】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。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)を用いた
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/cm2
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5(C))
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) was used, but another laser may be used. The laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2 and 2 to 10 per place
Shot, for example, 2 shots were irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 5 (C))

【0102】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、1000℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板(遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光(波長0.5〜4
μm)は吸収されにくい)へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
Further, this step may be performed by lamp annealing with near infrared light. Near-infrared rays are more easily absorbed by crystallized silicon than by amorphous silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. On the other hand, a glass substrate (far infrared light is absorbed by the glass substrate, but visible / near infrared light (wavelength 0.5 to 4
(μm) is hard to be absorbed to), so the glass substrate does not have to be heated to a high temperature and can be processed in a short time, so it is an optimal method in the process where shrinkage of the glass substrate is a problem. Can be said.

【0103】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜50
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さら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TF
Tの電極・配線509、510を形成した。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を完成した。(図5(D))
Then, a silicon oxide film 50 having a thickness of 6000Å is formed.
8 was formed by the plasma CVD method as an interlayer insulator. Polyimide may be used as the interlayer insulator. Further, a contact hole is formed, and a TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 509 and 510 were formed. Finally, 1
The TFT was completed by annealing at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at atmospheric pressure. (Figure 5 (D))

【0104】上記に示す方法で得られたTFTの移動度
は110〜150cm2 /Vs、S値は0.2〜0.5
V/桁であった。また、同様な方法によってソース/ド
レインにホウ素をドーピングしたPチャネル型TFTも
作製したところ、移動度は90〜120cm2 /Vs、
S値は0.4〜0.6V/桁であり、公知のPVD法や
CVD法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は2割以上高く、S値は20%以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたT
FTは1000℃の高温熱酸化によって作製されたTF
Tにひけをとらない良好な結果を示した。
The TFT obtained by the above method has a mobility of 110 to 150 cm 2 / Vs and an S value of 0.2 to 0.5.
It was V / digit. Further, when a P-channel TFT in which the source / drain is doped with boron was manufactured by the same method, the mobility was 90 to 120 cm 2 / Vs,
The S value is 0.4 to 0.6 V / digit, and the mobility is 20% or more higher than the case where the gate insulating film is formed by the known PVD method or the CVD method, and the S value is 20% or more. Diminished. In addition, in terms of reliability, the T
FT is a TF produced by high temperature thermal oxidation at 1000 ° C.
It showed good results comparable to T.

【0105】〔実施例8〕本実施例はアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に本発明を利用する場合の例を示
す。図6のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の一
方の基板の概要を示した上面図を示す。
[Embodiment 8] This embodiment shows an example in which the present invention is applied to an active matrix type liquid crystal display device. FIG. 7 is a top view showing an outline of one substrate of the active matrix type liquid crystal display device of FIG. 6.

【0106】図において、61はガラス基板であり、6
2はマトリクス状に構成された画素領域であり、画素領
域には数百×数百の画素が形成されている。この画素の
一つ一つにはスイッチング素子としてTFTが配置され
ている。この画素領域のTFTを駆動するためのドライ
バーTFTが配置されているのが周辺ドライバー領域6
2である。画素領域63とドライバー領域62とは同一
基板61上に一体かされて形成されている。
In the figure, 61 is a glass substrate, and 6
Reference numeral 2 is a pixel region configured in a matrix, and several hundreds × several hundreds of pixels are formed in the pixel region. A TFT is arranged as a switching element in each of the pixels. The driver TFT for driving the TFT in this pixel area is arranged in the peripheral driver area 6
It is 2. The pixel region 63 and the driver region 62 are integrally formed on the same substrate 61.

【0107】ドライバー領域62に配置されるTFTは
大電流を流す必要があり、高い移動度が必要とされる。
また、画素領域63に配置されるTFTは画素電極の電
荷を保持率を固める必要があるので、オフ電流(リーク
電流)が少ない特性が必要とされる。例えば、画素領域
63に配置されるTFTは、実施例5に示すTFTを用
いることができる。
The TFT arranged in the driver region 62 needs to flow a large current, and high mobility is required.
Further, since the TFT arranged in the pixel region 63 needs to have a fixed retention rate for the charge of the pixel electrode, a characteristic that the off current (leakage current) is small is required. For example, as the TFT arranged in the pixel region 63, the TFT shown in the fifth embodiment can be used.

【0108】〔実施例9〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、酢酸ニッケル水溶液を塗布する工程
の前に、酸化珪素膜表面にラビング処理をおこなうこと
によって、該酸化珪素膜表面に微細な擦り傷を形成し、
ある一定の方向、幅、間隔をもたせて非晶質珪素膜にニ
ッケルを導入する例である。
[Embodiment 9] In this embodiment, in the manufacturing method shown in Embodiment 1, before the step of applying the nickel acetate aqueous solution, the surface of the silicon oxide film is rubbed to obtain the surface of the silicon oxide film. Forming fine scratches on the
This is an example in which nickel is introduced into the amorphous silicon film with a certain direction, width, and interval.

【0109】まず、基板(コーニング7059)上に下
地膜としてスパッタリング法によって酸化珪素膜を20
00Å形成した。そして、非晶質珪素膜をプラズマCV
D法によって300〜800Å、例えば、500Åに成
膜した。そして、汚れおよび自然酸化膜をを取り除くた
めにフッ酸処理をおこない、その後、酸素雰囲気中にお
いてUV光の照射をおこない、10〜100Åの酸化珪
素膜を形成した。このとき、過酸化水素による処理や熱
酸化によって酸化珪素膜を形成してもかまわない。
First, a silicon oxide film was formed on the substrate (Corning 7059) as a base film by sputtering.
00Å formed. Then, the amorphous silicon film is subjected to plasma CV.
The film was formed by the method D at 300 to 800Å, for example, 500Å. Then, hydrofluoric acid treatment was performed to remove the stain and the natural oxide film, and then UV light irradiation was performed in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide film of 10 to 100 liters. At this time, the silicon oxide film may be formed by treatment with hydrogen peroxide or thermal oxidation.

【0110】酸化珪素膜形成後、酸化珪素膜表面にラビ
ング処理をおこない、図7(A)のように微細な擦り傷
を膜表面に形成した。このラビング処理は、ダイヤモン
ドぺーストを用いておこなったが、綿布、ラバー等にお
いても可能である。ここで、擦り傷が一定の方向、幅、
間隔となることが好ましい。
After the silicon oxide film was formed, the surface of the silicon oxide film was rubbed to form fine scratches on the film surface as shown in FIG. 7 (A). This rubbing treatment was performed using diamond paste, but it is also possible to use cotton cloth, rubber or the like. Here, the abrasion has a constant direction, width,
The intervals are preferable.

【0111】以上のように膜表面に擦り傷による凹凸を
形成した後、実施例1と同様にスピンコーティング法に
よって酢酸ニッケルの膜を形成した。このとき、先の工
程で形成した擦り傷の凹部分に、酢酸ニッケル水溶液が
一様にしみ込んでいる。
After the unevenness due to scratches was formed on the film surface as described above, a nickel acetate film was formed by the spin coating method as in Example 1. At this time, the nickel acetate aqueous solution uniformly permeates the concave portion of the scratch formed in the previous step.

【0112】その後、実施例1と同様に加熱炉におい
て、窒素雰囲気中で550℃、4時間の加熱処理をおこ
なった。この結果、結晶性を有する珪素膜(結晶性珪素
膜)を得ることができた。本実施例においては、酸化珪
素膜にラビング処理を施すことによって、非晶質珪素膜
に対して、一定の方向、幅、間隔を持たせてニッケルを
導入したため、図7(B)の如く、この結晶性珪素膜
は、結晶粒界の方向、大きさがある程度そろったものが
得られた。すなわち、長方形もしくは楕円形のように、
一方向に長い結晶粒が多く得られた。図7(B)におい
ては、結晶の形状が楕円形であるように書かれている
が、それ以外の形状の結晶も同時に得られた。結晶粒の
長手方向は概略、ラビングの方向であった。
Then, in the same manner as in Example 1, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere in a heating furnace. As a result, a crystalline silicon film (crystalline silicon film) could be obtained. In this example, since the silicon oxide film was rubbed to introduce the nickel into the amorphous silicon film with a constant direction, width, and interval, as shown in FIG. 7B. This crystalline silicon film was obtained in which the directions of crystal grain boundaries and the sizes thereof were uniform to some extent. That is, like a rectangle or an ellipse,
Many crystal grains long in one direction were obtained. In FIG. 7B, the shape of the crystal is shown to be elliptical, but crystals of other shapes were obtained at the same time. The longitudinal direction of the crystal grains was roughly the rubbing direction.

【0113】凹凸の幅、間隔はラビングの時間、ダイヤ
モンドペーストの密度等を変化させて最適となるように
すればよい。ただし、顕微鏡観察では明確に幅や間隔を
測定できないので、得られる結晶性珪素膜の結晶粒の大
きさや非晶質珪素残りの密度等が最適になるように条件
を決定した。本実施例では、非晶質珪素の残り(未結晶
化領域)の大きさ(長径)が1μm以下、好ましくは、
0.3μm以下となるようにした。
The width and interval of the irregularities may be optimized by changing the rubbing time, the density of the diamond paste and the like. However, since the width and the interval cannot be clearly measured by microscopic observation, the conditions were determined so that the size of the crystal grains of the obtained crystalline silicon film, the density of the amorphous silicon residue, and the like were optimized. In this embodiment, the size (major axis) of the remaining amorphous silicon (uncrystallized region) is 1 μm or less, preferably,
It was set to 0.3 μm or less.

【0114】実施例1のようにラビング処理を施さずに
酢酸ニッケルを塗布し、結晶化をおこなった場合におい
ては、ニッケルのしみ込みが一様でなく、結晶化が一様
におこなわれず、1〜10μm程度の大きさの円形の未
結晶化領域が見られた。しかし、本実施例においては、
このような未結晶化領域の個数は格段に少なくなり、ま
た、その大きさも小さくできた。
When nickel acetate was applied and crystallization was performed without rubbing treatment as in Example 1, nickel was not soaked uniformly and crystallization was not performed uniformly. A circular uncrystallized region having a size of about 10 μm was observed. However, in this embodiment,
The number of such uncrystallized regions was remarkably reduced, and the size thereof could be reduced.

【0115】〔実施例10〕本実施例は、実施例9で作
製した結晶性珪素膜を用いて画素TFTを作製した例で
ある。図8に本実施例の作製工程を示す。まず、基板8
01(コーニング7059、10cm角)上に、下地膜
として酸化珪素膜802をプラズマCVD法によって3
000Åに成膜した。そして、プラズマCVD法によっ
て非晶質珪素膜を300〜1000Å、例えば、500
Åに成膜した。
[Embodiment 10] This embodiment is an example in which a pixel TFT is manufactured using the crystalline silicon film manufactured in Embodiment 9. FIG. 8 shows the manufacturing process of this embodiment. First, the substrate 8
01 (Corning 7059, 10 cm square), a silicon oxide film 802 as a base film is formed by plasma CVD
A film was formed at 000Å. Then, the amorphous silicon film is formed by plasma CVD to 300 to 1000 Å, for example, 500
Film was formed on Å.

【0116】その後、実施例9と同様に、非晶質珪素膜
状に酸化珪素膜を形成し、ラビング処理を施し、スピン
コーティング法によって酢酸ニッケル膜を形成した。そ
して、窒素雰囲気中において、550℃、4時間の加熱
処理を施し、結晶化せしめた。結晶は一方向に長いもの
が多かった。
Then, as in Example 9, a silicon oxide film was formed in the form of an amorphous silicon film, subjected to rubbing treatment, and a nickel acetate film was formed by spin coating. Then, in a nitrogen atmosphere, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours to crystallize. Most crystals were long in one direction.

【0117】その後、更に結晶性を向上させるためにレ
ーザー光を照射した。このとき、KrFエキシマレーザ
ー光(波長248nm)を200〜350mJ/cm2
で照射することによって、さらに、良好な結晶性珪素膜
803が得られた。また、この結果、僅かに存在してい
た未結晶化領域は完全に結晶化された。(図8(A))
Then, laser light was irradiated to further improve the crystallinity. At this time, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) was applied at 200 to 350 mJ / cm 2.
Then, a good crystalline silicon film 803 was obtained. Further, as a result, the slightly crystallized uncrystallized region was completely crystallized. (Figure 8 (A))

【0118】つぎに、この様にして得られた結晶性珪素
膜803をパターニングして、島状の領域804(島状
珪素膜)を形成した。この島状の領域を形成する際、図
9(A)、(B)の様に結晶粒界に対して、垂直方向と
平行方向の二通りとることができる。
Next, the crystalline silicon film 803 thus obtained was patterned to form an island region 804 (island silicon film). When forming this island-shaped region, two directions can be taken in the vertical direction and the parallel direction with respect to the crystal grain boundary as shown in FIGS.

【0119】このとき、TFTを流れる電流は粒界を横
切る際、粒界の抵抗が大きい。また、粒界にそっては電
流が流れやすい。このため、チャネル領域に含まれる粒
界の数およびその方向によって、TFTのリーク電流
(ゲイト電極に逆バイアス電圧を印加した状態でのドレ
イン電流。例えば、Nチャネル型TFTの場合には、ゲ
イト電極に負の電圧を印加した状態でのドレイン電圧)
は大きな影響を受ける。特に、複数のTFTが存在する
場合、各TFTのチャネル内に存在する結晶(粒界)数
や方向が大きくばらつくと、リーク電流のバラツキの原
因となる。
At this time, when the current flowing through the TFT crosses the grain boundary, the resistance of the grain boundary is large. In addition, current easily flows along the grain boundaries. Therefore, depending on the number of grain boundaries included in the channel region and the direction thereof, the leak current of the TFT (the drain current in a state where a reverse bias voltage is applied to the gate electrode. For example, in the case of an N-channel TFT, the gate electrode Drain voltage with a negative voltage applied to
Is greatly affected. In particular, when a plurality of TFTs are present, if the number and direction of crystals (grain boundaries) present in the channel of each TFT vary greatly, this causes variation in leak current.

【0120】これは、結晶粒の大きさがチャネルの大き
さと同程度、もしくはそれ以下となった場合に大きな問
題となる。チャネルが結晶粒に比べて十分に大きな場合
には、このようなバラツキは平均化されてしまい、現象
として観測されない。例えば、チャネル内に粒界が1つ
存在するかしないか、という状況では、粒界が存在しな
い場合には単結晶のTFTと同じ特性が期待できる。一
方、粒界がドレイン電流に平行に存在する場合には、リ
ーク電流が大きくなる。逆に、粒界がドレイン電流に直
角に存在する場合には、リーク電流が小さくなる。
This is a serious problem when the size of the crystal grains is about the same as or smaller than the size of the channel. When the channel is sufficiently larger than the crystal grain, such variations are averaged and are not observed as a phenomenon. For example, in the situation where one grain boundary exists in the channel or not, if no grain boundary exists, the same characteristics as a single crystal TFT can be expected. On the other hand, when the grain boundary exists in parallel with the drain current, the leak current becomes large. On the contrary, when the grain boundary exists at right angles to the drain current, the leak current becomes small.

【0121】本実施例では、結晶はラビング方向に長細
く成長するので、ドレイン電流が流れる方向をその方向
に対して、平行にとった場合(図9(A))には、チャ
ネル領域内に存在する粒界(結晶)の数が平均化されに
くく、リーク電流がばらつきやすい。しかも、概して、
ドレイン電流の方向が粒界の方向であるので、リーク電
流が大きい。一方、図9(B)のように垂直にとった場
合、本発明においては、結晶粒901の幅がほぼ一定で
あるため、チャネル領域902内に存在する粒界903
の数がほぼ等しく、安定したIoff が期待できる。故
に、図9(B)のように島状珪素膜804はドレイン電
流が流れる方向が粒界方向に対して垂直となる方向(す
なわち、ラビング方向に概略垂直)に形成するとよい。
この島状珪素膜804はTFTの活性層を形成する。
In this example, since the crystal grows elongated in the rubbing direction, the drain current flowing in the channel region is parallel to that direction (FIG. 9A). The number of existing grain boundaries (crystals) is difficult to average, and the leak current tends to vary. And, in general,
Since the drain current direction is the grain boundary direction, the leak current is large. On the other hand, when taken vertically as shown in FIG. 9B, in the present invention, since the width of the crystal grain 901 is almost constant, the grain boundary 903 existing in the channel region 902 is present.
, And the stable I off can be expected. Therefore, as shown in FIG. 9B, the island-shaped silicon film 804 is preferably formed in a direction in which the drain current flows perpendicular to the grain boundary direction (that is, substantially perpendicular to the rubbing direction).
This island-shaped silicon film 804 forms an active layer of the TFT.

【0122】本実施例では、上記以外にも、ラビング処
理を施すことによる結晶粒の平均化による降下もあっ
た。例えば、結晶粒の大きさが大きく変動すると、チャ
ネルに存在しうる結晶の数に大きな変動が生じるので、
特にリーク電流のバラツキの原因となった。実施例1の
場合には、ニッケルの拡散が不均一であったので結晶粒
の大きさはまちまちとなることがあり、また、10μm
以上の大きな未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化しても結晶性が著しく劣った。
In this example, in addition to the above, there was a drop due to the averaging of the crystal grains by the rubbing treatment. For example, a large change in the size of the crystal grain causes a large change in the number of crystals that can exist in the channel.
In particular, this caused variations in leak current. In the case of Example 1, since the diffusion of nickel was non-uniform, the size of the crystal grains may vary, and 10 μm
Even if the large uncrystallized region was crystallized by laser irradiation, the crystallinity was extremely poor.

【0123】しかしながら、本実施例のようにラビング
処理をおこなうと結晶の大きさは比較的、揃ったものと
なり、また、未結晶化領域はレーザー照射によって結晶
化される際に、近傍の結晶の影響を強く受けてエピタキ
シャル的な成長をおこなうため、良好な結晶性を示し
た。このようにラビング処理を施すことによる効果が見
られた。つぎに、ゲイト絶縁膜805として、膜厚20
0〜1500Å、例えば、1000Åの酸化珪素膜をプ
ラズマCVD法によって形成した。
However, when the rubbing treatment is performed as in this embodiment, the crystal sizes become relatively uniform, and the uncrystallized region is crystallized by the laser irradiation, so that the crystallinity in the vicinity of the crystal is increased. Since it was strongly influenced by epitaxial growth, it showed good crystallinity. Thus, the effect obtained by performing the rubbing treatment was observed. Next, as the gate insulating film 805, a film thickness of 20
A silicon oxide film of 0 to 1500 Å, for example, 1000 Å, was formed by the plasma CVD method.

【0124】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、5000Åのアルミニウム(1wt%のSi、もし
くは0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ
リング法によって成膜して、これをパターニングして、
ゲイト電極806を形成した。つぎに基板を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、アルミニウムのゲイト電極806を陽極とし
て、陽極酸化をおこなった。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
終了させた。このようにして、厚さ1500〜3500
Å、例えば、2000Åの陽極酸化物807を形成し
た。(図8(B))
After that, an aluminum (containing 1 wt% Si or 0.1-0.3 wt% Sc) film having a thickness of 1000 Å to 3 μm, for example 5000 Å, is formed by a sputtering method and patterned. hand,
A gate electrode 806 was formed. Next, set the substrate to pH ≈ 7,
It was immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid and anodized using platinum as a cathode and an aluminum gate electrode 806 as an anode. The anodization was completed by first raising the voltage to 220 V with a constant current and then maintaining that state for 1 hour. In this way, the thickness 1500-3500
Å, for example, 2000 Å of anodic oxide 807 was formed. (Fig. 8 (B))

【0125】その後、イオンドーピング法によって、島
状珪素膜804に、ゲイト電極806をマスクとして自
己整合的に不純物を注入した。ここでは、ジボラン(B
2 6 )をドーピングガスとして硼素を注入して、P型
不純物領域808を形成した。この場合、硼素のドーズ
量は4〜10×1015cm-2、加速電圧を65kVとし
た。(図8(C))
After that, impurities were implanted into the island-shaped silicon film 804 by the ion doping method in a self-aligned manner using the gate electrode 806 as a mask. Here, diborane (B
Boron was implanted using 2 H 6 ) as a doping gas to form a P-type impurity region 808. In this case, the dose amount of boron was 4 to 10 × 10 15 cm -2 and the acceleration voltage was 65 kV. (Fig. 8 (C))

【0126】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域808の活性化をおこなった。レ
ーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/c
2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 が適当で
あった。つぎに、層間絶縁膜809として、プラズマC
VD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Åに成膜し
た。
Furthermore, a KrF excimer laser (wavelength 2
The doped impurity region 808 was activated by irradiation with 48 nm and a pulse width of 20 nsec. Laser energy density is 200-400 mJ / c
m 2, and a preferably suitably 250~300mJ / cm 2. Next, as the interlayer insulating film 809, plasma C is used.
A silicon oxide film was formed to a thickness of 3000Å by the VD method.

【0127】そして、層間絶縁膜809、ゲイト絶縁膜
805のエッチングをおこない、ソースにコンタクトホ
ールを形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタリ
ング法によって形成し、パターニングしてソース電極8
10を形成した。(図8(D))
Then, the interlayer insulating film 809 and the gate insulating film 805 were etched to form a contact hole in the source. After that, an aluminum film is formed by a sputtering method and patterned to form the source electrode 8
Formed 10. (Figure 8 (D))

【0128】最後に、パッシベーション膜811として
厚さ2000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化
珪素膜をプラズマCVD法によって形成し、これと層間
絶縁膜809、ゲイト絶縁膜805をエッチングして、
ドレインに対してコンタクトホールを形成した。そし
て、インディウム錫酸化物膜(ITO膜)を形成し、こ
れをエッチングして、画素電極812を形成した。(図
8(E)) 以上のようにして、画素TFTが形成された。
Finally, as the passivation film 811, a silicon nitride film having a thickness of 2000 to 6000Å, for example, 3000Å is formed by the plasma CVD method, and this, the interlayer insulating film 809 and the gate insulating film 805 are etched,
A contact hole was formed for the drain. Then, an indium tin oxide film (ITO film) was formed and this was etched to form a pixel electrode 812. (FIG. 8 (E)) The pixel TFT was formed as described above.

【0129】[0129]

【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】 実施例の作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of an example.

【図5】 実施例の作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of an example.

【図6】 実施例の構成を示す。FIG. 6 shows a configuration of an example.

【図7】 実施例の結晶成長について示す。FIG. 7 shows crystal growth of Example.

【図8】 実施例の作製工程を示す。FIG. 8 shows a manufacturing process of an example.

【図9】 実施例のTFTの活性層の配置を示す。FIG. 9 shows an arrangement of active layers of a TFT 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 21/26 21/268 Z 27/12 R (72)発明者 張 宏勇 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/26 21/268 Z 27/12 R (72) Inventor Hiroya Zhang Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture No. 398 Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (22)

【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
域が絶縁表面を有する基板上に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溶媒に解かして保持させ、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 in which a crystalline silicon film is used to form an active region on a substrate having an insulating surface, the active region being in contact with an amorphous silicon film. A semiconductor device, which is formed by dissolving a catalytic element that promotes the crystallization of (1) in a solvent and holding it, 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
域が絶縁表面を有する基板上に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む化合物を保持させ、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。
2. A semiconductor device in which a crystalline silicon film is used to form an active region on a substrate having an insulating surface, the active region being in contact with an amorphous silicon film. A semiconductor device, which is formed by holding a compound containing a catalytic element that promotes the crystallization of, and performing heat treatment.
【請求項3】 請求項1または請求項2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。
3. The catalyst element according to claim 1 or 2, wherein Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and A are used as the catalyst element.
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4】 請求項1または請求項2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。
4. The semiconductor according to claim 1 or 2, wherein one or more kinds of elements selected from Group VIII, IIIb, IVb and Vb elements are used as the catalytic element. apparatus.
【請求項5】 請求項1または請求項2において、 活性領域に形成された半導体装置は、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。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device formed in the active region is a thin film transistor, a diode, or an optical sensor.
【請求項6】 請求項1または請求項2において、 前記活性層領域中における触媒元素の濃度が、1×10
16atoms cm-3〜1×1019atoms cm-3であることを
特徴とする半導体装置。
6. The concentration of the catalyst element in the active layer region according to claim 1 or 2,
A semiconductor device characterized in that it is 16 atoms cm −3 to 1 × 10 19 atoms cm −3 .
【請求項7】 請求項1または請求項2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。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region has at least one junction represented by PI, PN, and NI.
【請求項8】 非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の
結晶化を助長する触媒元素単体または前記触媒元素を含
む化合物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記触媒元素
単体または前記触媒元素を含む化合物が接した状態にお
いて、加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を結晶化させ
ることを特徴とする半導体装置作製方法。
8. A catalyst element simple substance or a compound containing the catalyst element which promotes crystallization of the amorphous silicon film is held in contact with the amorphous silicon film, and the catalyst element simple substance or the compound containing the catalyst element is held in the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film in a state where the compound containing the catalytic element is in contact with the compound.
【請求項9】 非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
化を助長する触媒元素単体を溶解あるいは分散させた溶
液を塗布する工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る工程と、 を有する半導体装置作製方法。
9. A step of applying on the amorphous silicon film a solution in which a simple catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed, and the amorphous silicon film is heat-treated. And a step of crystallizing the semiconductor device.
【請求項10】請求項8または請求項9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ること
を特徴とする半導体装置作製方法。
10. The catalyst element according to claim 8 or 9, wherein Ni, Pd, Pt, Cu, Ag and A are used as the catalyst element.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein one or more kinds of elements selected from u, In, Sn, Pd, Sn, Pd, P, As, and Sb are used.
【請求項11】請求項8または請求項9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ること
を特徴とする半導体装置作製方法。
11. The semiconductor device according to claim 8 or 9, wherein one or more elements selected from the group VIII, IIIb, IVb, and Vb elements are used as the catalyst element. Manufacturing method.
【請求項12】非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
化を助長する触媒元素を含む化合物を極性溶媒に溶解あ
るいは分散させた溶液を塗布する工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る工程と、 を有する半導体装置作製方法。
12. A step of applying a solution in which a compound containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed in a polar solvent onto the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film. And a step of crystallizing the same by heat treatment, the method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項13】請求項12において、極性溶媒として、
水、アルコール、酸、アンモニア水から選ばれた1つま
たは複数が用いられることを特徴とする半導体装置作製
方法。
13. The polar solvent according to claim 12,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more selected from water, alcohol, acid, and ammonia water is used.
【請求項14】請求項12において、触媒元素としてニ
ッケルを用い、該ニッケルはニッケル化合物として用い
られることを特徴とする半導体装置作製方法。
14. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein nickel is used as a catalyst element and the nickel is used as a nickel compound.
【請求項15】請求項14において、ニッケル化合物と
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、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、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれた少なくとも1種類
が用いられることを特徴とする半導体装置作製方法。
15. The nickel compound according to claim 14, which is nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least one selected from nickel 4-cyclohexylbutyrate, nickel oxide, and nickel hydroxide is used.
【請求項16】非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
化を助長する触媒元素を含む化合物を無極性溶媒に溶解
あるいは分散させた溶液を塗布する工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る工程と、 を有する半導体装置作製方法。
16. A step of applying a solution in which a compound containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed in a non-polar solvent onto the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of crystallizing a film by heat treatment.
【請求項17】請求項16において、無極性溶媒とし
て、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロ
ロホルム、エ−テルから選ばれた少なくとも一つが用い
られることを特徴とする半導体装置作製方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein at least one selected from benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform, and ether is used as the nonpolar solvent.
【請求項18】請求項16において、触媒元素としてニ
ッケルを用い、該ニッケルはニッケル化合物として用い
られることを特徴とする半導体装置作製方法。
18. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein nickel is used as a catalyst element and the nickel is used as a nickel compound.
【請求項19】請求項18において、ニッケル化合物と
して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、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、2−
エチルヘキサン酸ニッケルから選ばれた少なくとも1種
類が用いられることを特徴とする半導体装置作製方法。
19. The nickel compound according to claim 18, which is nickel acetylacetonate, nickel 4-cyclohexylbutyrate, nickel oxide, nickel hydroxide, 2-
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least one selected from nickel ethylhexanoate is used.
【請求項20】非晶質珪素膜上に該非晶質珪素膜の結晶
化を助長する触媒元素単体を溶解あるいは分散させた溶
液に界面活性剤を混合し塗布する工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る工程と、 を有する半導体装置作製方法。
20. A step of mixing and coating a surface active agent on a solution in which a single element of a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed on the amorphous silicon film, and coating the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of crystallizing a film by heat treatment.
【請求項21】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が絶縁表面を有する基板上に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溶媒に解かして選択的に保持さ
せ、加熱処理を施すことにより前記保持させた領域から
その周辺領域へと結晶成長が行われたものであることを
特徴とする半導体装置。
21. A semiconductor device in which an active region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, the active region being in contact with an amorphous silicon film. The catalyst element that promotes crystallization is dissolved in a solvent and selectively retained, and heat treatment is performed to cause crystal growth from the retained region to its peripheral region. Semiconductor device.
【請求項22】結晶性を有する珪素膜を利用して活性領
域が絶縁表面を有する基板上に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む化合物を選択的に保持さ
せ、加熱処理を施すことにより前記保持させた領域から
その周辺領域へと結晶成長が行われたものであることを
特徴とする半導体装置。
22. A semiconductor device in which an active region is formed on a substrate having an insulating surface by using a crystalline silicon film, the active region being in contact with an amorphous silicon film. A semiconductor characterized in that a compound containing a catalytic element that promotes crystallization is selectively retained, and a crystal is grown from the retained region to its peripheral region by heat treatment. apparatus.
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