JPH07297122A - Semiconductor device and production thereof - Google Patents
Semiconductor device and production thereofInfo
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- JPH07297122A JPH07297122A JP6083383A JP8338394A JPH07297122A JP H07297122 A JPH07297122 A JP H07297122A JP 6083383 A JP6083383 A JP 6083383A JP 8338394 A JP8338394 A JP 8338394A JP H07297122 A JPH07297122 A JP H07297122A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばガラス等の絶縁
性基板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を利
用したアクティブマトリクス型液晶表示装置等に利用で
きる半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳し
くは、絶縁性表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を結
晶化させた結晶性ケイ素膜が活性領域として形成された
半導体装置およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device which can be used in an active matrix type liquid crystal display device using a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass, and a manufacturing method thereof. The present invention relates to a semiconductor device in which a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film is formed as an active region on a substrate having an insulating surface, and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガラス等の絶縁性基板上にTFTを有す
る半導体装置としては、これらのTFTを画素の駆動に
用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメージ
センサー等が知られている。これらの装置に用いられる
TFTの活性領域には、薄膜状のケイ素半導体を用いる
のが一般的である。この薄膜状のケイ素半導体は、非晶
質ケイ素(a−Si)半導体からなるものと、結晶性を
有するケイ素半導体からなるものとの2つに大別され
る。2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, an active matrix type liquid crystal display device using these TFTs for driving pixels, an image sensor and the like are known. A thin film silicon semiconductor is generally used for the active region of the TFT used in these devices. The thin film silicon semiconductor is roughly classified into two types, that is, an amorphous silicon (a-Si) semiconductor and a crystalline silicon semiconductor.
【0003】前者の非晶質ケイ素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられている。しかし、非
晶質ケイ素半導体では、導電率等の物性が結晶性を有す
るケイ素半導体に比べて劣るので、今後、より高速特性
を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体からなる
TFTの作製方法の確立が強く求められていた。一方、
後者の結晶性を有するケイ素半導体としては、多結晶性
ケイ素、微結晶性ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ
素、結晶性と非結晶性の中間の状態を有するセミアモル
ファスケイ素等が知られている。The former amorphous silicon semiconductor is most commonly used because it has a low production temperature, can be produced relatively easily by a vapor phase method, and is highly producible in mass production. However, since an amorphous silicon semiconductor is inferior in physical properties such as conductivity to a silicon semiconductor having crystallinity, in order to obtain higher speed characteristics in the future, a method for manufacturing a TFT made of a silicon semiconductor having crystallinity There was a strong demand for the establishment of. on the other hand,
As the latter silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known. There is.
【0004】結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を得
るための従来の方法としては、以下の方法が知られてい
る。The following methods are known as conventional methods for obtaining a thin film silicon semiconductor having crystallinity.
【0005】(1)成膜時に結晶性を有するケイ素半導
体膜を直接成膜する方法 (2)非晶質のケイ素半導体膜を成膜しておき、レーザ
光のエネルギーにより結晶性を有せしめる方法 (3)非晶質のケイ素半導体膜を成膜しておき、熱エネ
ルギーを加えることにより結晶性を有せしめる方法 しかし、これらの方法には以下のような問題点がある。(1) A method of directly forming a crystalline silicon semiconductor film at the time of film formation (2) A method of forming an amorphous silicon semiconductor film and making it crystalline by the energy of laser light (3) Method of Forming Amorphous Silicon Semiconductor Film and Making Crystallinity by Applying Thermal Energy However, these methods have the following problems.
【0006】上記(1)の方法による場合には、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るためにはケイ素膜を厚膜にすることが不可欠で
あるが、良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に
渡って均一に成膜することは技術上困難である。また、
成膜温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板
が使用できないというコスト上の問題があった。In the case of the above method (1), crystallization progresses at the same time as the film forming step. Therefore, in order to obtain crystalline silicon having a large particle size, it is indispensable to make the silicon film thick. However, it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor physical properties over the entire surface of the substrate. Also,
Since the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, there is a cost problem that an inexpensive glass substrate cannot be used.
【0007】また、上記(2)の方法による場合には、
溶融固化過程の結晶化現象を利用するので、小粒径なが
ら粒界が良好に処理され、高品質な結晶が得られるが、
現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例
にとると、レーザー光の照射面積が小さいためスループ
ットが低く、また大面積基板の全面を均一に処理するに
はレーザーの安定性が充分ではないという問題がある。
よって、次世代の技術という感が強い。In the case of the above method (2),
Since the crystallization phenomenon of the melting and solidification process is used, the grain boundaries are well processed despite the small grain size, and high quality crystals can be obtained.
Taking the most commonly used excimer laser as an example, the throughput is low due to the small irradiation area of the laser beam, and the stability of the laser is not sufficient to uniformly process the entire surface of a large area substrate. There is a problem.
Therefore, there is a strong sense of next-generation technology.
【0008】上記(3)の方法による場合には、上記
(1)および(2)の方法と比較すると大面積に対応で
きるという利点はあるが、結晶化に際して600℃以上
の高温で数十時間にわたる加熱処理が必要となるという
問題がある。すなわち、安価なガラス基板の使用とスル
ープットの向上を考えると、加熱温度を下げると共に短
時間で結晶化させるという相反することを同時に解決す
る必要があるという問題がある。また、この方法は、固
相結晶化現象を利用するので、結晶粒が基板面に平行に
拡がって数μmの粒径を持つものも現れるものの、成長
した結晶粒同士がぶつかり合って粒界が形成され、その
粒界がキャリアに対するトラップ準位として働くので、
TFTの移動度を低下させる大きな原因となっている。The method (3) has an advantage of being able to deal with a large area as compared with the methods (1) and (2), but has a high temperature of 600 ° C. or higher for tens of hours for crystallization. There is a problem that a heat treatment for a long time is required. That is, in consideration of the use of an inexpensive glass substrate and the improvement of throughput, there is a problem that it is necessary to simultaneously solve the conflicts of lowering the heating temperature and crystallization in a short time. In addition, since this method utilizes the solid-phase crystallization phenomenon, some crystal grains spread parallel to the substrate surface and have a grain size of several μm, but the grown crystal grains collide with each other to form grain boundaries. Is formed and its grain boundaries act as trap levels for carriers,
This is a major cause of lowering the mobility of the TFT.
【0009】そこで、上記(3)の方法を利用し、上述
した結晶粒界の問題点を解決するための2方法が提案さ
れている(特開平5−55142号、特開平5−136
048号)。Therefore, two methods have been proposed for solving the above-mentioned problems of the grain boundaries by utilizing the method (3) (Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-55142 and 5-136).
048).
【0010】これらの提案方法では、結晶成長の核とな
る異物を非晶質ケイ素膜中に導入した後、熱処理を行う
ことにより、その異物を核とした大粒径の結晶性ケイ素
膜を得ている。詳述すると、前者(特開平5−5514
2号)の方法では、シリコン(Si+)等の不純物をイ
オン注入法により非晶質ケイ素膜に導入し、熱処理する
ことにより粒径数μmの結晶粒を有する多結晶ケイ素膜
を得る。一方、後者(特開平5−136048号)の方
法では、粒径10〜100nmのSi粒子を高圧の窒素
ガスと共に非晶質ケイ素膜に吹き付けて成長核を形成す
る。このように、両者とも非晶質ケイ素膜に選択的に異
物を導入し、それを核として結晶成長させた高品質な結
晶性ケイ素膜を利用して半導体素子を形成している。In these proposed methods, a foreign particle which becomes a nucleus of crystal growth is introduced into the amorphous silicon film, and then a heat treatment is carried out to obtain a large grain size crystalline silicon film having the foreign particle as a nucleus. ing. More specifically, the former (JP-A-5-5514)
In the method of No. 2), impurities such as silicon (Si + ) are introduced into the amorphous silicon film by the ion implantation method, and heat treatment is performed to obtain a polycrystalline silicon film having crystal grains with a grain size of several μm. On the other hand, in the latter method (Japanese Patent Laid-Open No. 5-136048), Si particles having a particle diameter of 10 to 100 nm are blown together with high-pressure nitrogen gas onto the amorphous silicon film to form growth nuclei. Thus, both of them form a semiconductor element by using a high-quality crystalline silicon film in which a foreign substance is selectively introduced into an amorphous silicon film and crystal growth is performed by using the foreign substance as a nucleus.
【0011】しかし、上記提案されている2方法では、
導入された異物は成長核としてのみ作用するので、結晶
成長の際の核発生や結晶成長方向の制御には有効である
が、結晶化のための加熱処理工程に対しての問題点は残
っている。例えば、特開平5−55142号の方法で
は、温度600℃で40時間の加熱処理により結晶化を
行っている。また、特開平5−136048号の方法で
は、加熱温度650℃以上の熱処理を行っている。この
ため、これらの方法は、SOI(Semiconductoron Insu
lator)基板やSOS(Semiconductor on Sapphire)基
板には有効であるが、安価なガラス基板に結晶性ケイ素
膜を作製して半導体素子を形成するのは困難である。例
えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置にはコーニ
ング7059ガラス等が用いられるが、これはガラス歪
点が593℃あり、基板の大面積化を考慮すると、60
0℃以上の加熱には問題がある。However, in the two methods proposed above,
Since the introduced foreign matter acts only as growth nuclei, it is effective in controlling nucleation and crystal growth direction during crystal growth, but there are still problems with the heat treatment process for crystallization. There is. For example, in the method of JP-A-5-55142, crystallization is performed by heat treatment at a temperature of 600 ° C. for 40 hours. Further, in the method of Japanese Patent Laid-Open No. 5-136048, heat treatment is performed at a heating temperature of 650 ° C or higher. Therefore, these methods are based on SOI (Semiconductor on Insu
However, it is difficult to form a crystalline silicon film on an inexpensive glass substrate to form a semiconductor element. For example, Corning 7059 glass or the like is used for an active matrix type liquid crystal display device, which has a glass strain point of 593 ° C.
There is a problem with heating above 0 ° C.
【0012】本願発明者らは、上記様々な問題を解決す
るために、結晶化に必要な温度の低温化と処理時間の短
縮化とを両立させ、さらには粒界の影響を最小限にとど
めた結晶性ケイ素薄膜の作製方法を見出した。In order to solve the above-mentioned various problems, the inventors of the present invention have made it possible to reduce the temperature required for crystallization and to shorten the processing time, and further, to minimize the influence of grain boundaries. A method for producing a crystalline silicon thin film was found.
【0013】本願発明者らの研究によれば、非晶質ケイ
素膜の表面にニッケル、パラジウムまたは鉛等の金属元
素を微量導入させて加熱すると、550℃、4時間程度
の熱処理により結晶化を行えることが判明している。こ
のメカニズムは、まず金属元素を核とした結晶核発生が
早期に起こり、その後、その金属元素が触媒となって結
晶成長を助長し、結晶化が急激に進行するものと考えら
れる。そういう意味から、以後、これらの金属元素を触
媒元素と称する。According to the research conducted by the inventors of the present application, when a trace amount of a metal element such as nickel, palladium or lead is introduced into the surface of an amorphous silicon film and heated, crystallization is performed by heat treatment at 550 ° C. for about 4 hours. It turns out to be possible. It is considered that this mechanism is that crystal nucleation with a metal element as a nucleus occurs at an early stage, and then the metal element serves as a catalyst to promote crystal growth and crystallization rapidly progresses. From this point of view, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements.
【0014】ところで、これらの触媒元素により結晶化
が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、通常の固
相成長方法で非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素
膜が双晶構造であるのに対し、何本もの針状結晶または
柱状結晶で構成されており、それぞれの針状結晶または
柱状結晶の内部は理想的な単結晶状態となっている。By the way, in the crystalline silicon film which is crystallized by promoting crystallization by these catalytic elements, the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film by a usual solid phase growth method has a twin structure. On the other hand, it is composed of many needle-like crystals or columnar crystals, and the inside of each needle-like crystal or columnar crystal is in an ideal single crystal state.
【0015】このような結晶性ケイ素膜を活性領域とし
てTFTを作製する場合は、通常の固相成長法で形成し
た結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べて、電界効果移動
度を1.2倍程度向上させることができ、その後レーザ
ー光または強光を照射してその結晶性を助長することに
より、その差をさらに顕著にできる。この理由は、以下
のように考えられる。すなわち、結晶性ケイ素膜にレー
ザー光または強光を照射した場合、結晶性ケイ素膜と非
晶質ケイ素膜との融点の相違から結晶粒界部が集中的に
処理される訳であるが、通常の固相成長法で形成した結
晶性ケイ素膜は、結晶構造が双晶状態であるため、レー
ザー光または強光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥とし
て残される。それに対して、触媒元素を導入して結晶化
した結晶性ケイ素膜は、針状結晶または柱状結晶で構成
されており、その内部は単結晶状態であるので、レーザ
ー光または強光照射により結晶粒界部が処理されると基
板全面に渡ってほぼ単結晶状態に近い結晶性ケイ素膜が
得られるからである。When a TFT is manufactured by using such a crystalline silicon film as an active region, the field effect mobility is 1.2 compared with the case where a crystalline silicon film formed by a usual solid phase growth method is used. The difference can be made more remarkable by irradiating laser light or intense light to promote its crystallinity. The reason for this is considered as follows. That is, when the crystalline silicon film is irradiated with laser light or intense light, the grain boundary parts are intensively processed due to the difference in melting points between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film. Since the crystalline silicon film formed by the solid-phase growth method of 1) has a twin crystal structure, twin crystal defects are left inside the crystal grain boundaries even after irradiation with laser light or intense light. On the other hand, the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element is composed of needle-like crystals or columnar crystals, and since the inside is in a single crystal state, it is crystallized by laser light or intense light irradiation. This is because when the boundary portion is processed, a crystalline silicon film that is almost in a single crystal state is obtained over the entire surface of the substrate.
【0016】なお、上記のような触媒元素を微量導入す
るためには、プラズマ処理やイオン注入、あるいは触媒
元素を含む溶液や化合物を塗布する方法を利用すること
ができる。なお、プラズマ処理とは、プラズマCVD装
置の電極として触媒元素を含んだ材料を用い、窒素また
は水素等の雰囲気下でプラズマを生じさせることによ
り、非晶質ケイ素膜に触媒元素を添加させる処理であ
る。In order to introduce a small amount of the catalytic element as described above, plasma treatment, ion implantation, or a method of applying a solution or compound containing the catalytic element can be used. Note that plasma treatment is a treatment in which a material containing a catalytic element is used as an electrode of a plasma CVD apparatus and plasma is generated in an atmosphere such as nitrogen or hydrogen to add the catalytic element to the amorphous silicon film. is there.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ニッケ
ル等の触媒元素が半導体中に多量に存在していると、こ
れらの半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を阻
害するので好ましくない。即ち、上記結晶化を助長する
ニッケル等の触媒元素は、非晶質ケイ素を結晶化させる
際には必要であるが、結晶化されたケイ素膜中には極力
含まれないようにするのが望ましい。However, the presence of a large amount of the above catalytic element such as nickel in a semiconductor unfavorably impairs the reliability and electrical stability of a device using these semiconductors. . That is, the catalyst element such as nickel that promotes the crystallization is necessary when crystallizing the amorphous silicon, but it is desirable that the crystallized silicon film is not contained as much as possible. .
【0018】よって、触媒元素として結晶性ケイ素中で
不活性な傾向が強いものを選択すると同時に、結晶化に
必要な触媒元素の量を極力少なくして、最低限の量で結
晶化を行う必要がある。このためには、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り、さらに、
その処理法における触媒元素の添加量の基板内での均一
性および基板間での安定性(再現性)を確保することが
不可欠である。Therefore, it is necessary to select a catalyst element that has a strong tendency to be inactive in crystalline silicon and at the same time reduce the amount of the catalyst element necessary for crystallization as much as possible to perform crystallization in the minimum amount. There is. For this purpose, it is necessary to precisely control the amount of the catalyst element added, and
It is essential to ensure the uniformity of the amount of the catalyst element added in the processing method within the substrate and the stability (reproducibility) between the substrates.
【0019】また、ニッケルを触媒元素とした場合、非
晶質ケイ素膜成膜後にニッケル添加を上述したプラズマ
処理により行って結晶性ケイ素膜を作製し、その結晶化
過程を詳細に検討したところ、以下の事項が判明した。When nickel is used as the catalytic element, nickel is added by the above-mentioned plasma treatment after the formation of the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, and the crystallization process is examined in detail. The following matters were found.
【0020】(1)プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜に導入した場合、熱処理を行う以前に既
に、ニッケルが非晶質ケイ素膜中のかなりの深さの部分
まで侵入していた。(1) When nickel was introduced into the amorphous silicon film by the plasma treatment, nickel had already penetrated to a considerable depth in the amorphous silicon film before the heat treatment.
【0021】(2)結晶化において、初期の結晶核発生
は、ニッケルを導入した表面から起ている。(2) In crystallization, the initial generation of crystal nuclei starts from the surface on which nickel is introduced.
【0022】(3)プラズマ処理によってニッケルを導
入した非晶質ケイ素膜を結晶化した結晶性ケイ素膜にレ
ーザー光を照射した場合、結晶性ケイ素膜表面に過剰の
ニッケルが析出していた。(3) When the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film into which nickel was introduced by the plasma treatment was irradiated with laser light, excessive nickel was deposited on the surface of the crystalline silicon film.
【0023】上記事項から、プラズマ処理によって導入
されたニッケルはすべて効果的に機能していないという
結論が得られる。即ち、多量のニッケルを導入しても十
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。更に、このことからニッケルとケイ素とが接してい
る点または面が低温結晶化の際に機能していると考えら
れる。従って、ニッケルは可能な限り微細に原子状に分
散していることが必要であるという結論が得られる。即
ち、非晶質ケイ素膜の表面近傍に、低温結晶化が可能な
範囲内でできるだけ低濃度のニッケルが原子状で分散し
て導入されていることが必要であるという結論が得られ
る。From the above, it can be 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. Furthermore, from this, it is considered that the point or plane where nickel and silicon are in contact functions during the low temperature crystallization. Therefore, it can be concluded that nickel must be dispersed as finely as possible in atomic form. That is, it can be concluded that it is necessary to disperse nickel as atomically as possible in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film within a range where low temperature crystallization is possible, in a dispersed state.
【0024】ところで、非晶質ケイ素膜の表面近傍に極
微量のニッケル(触媒元素)を導入する方法としては、
触媒元素を溶媒または化合物に溶かしたものを非晶質ケ
イ素膜に塗布する方法がある。この方法による場合に
は、その溶液または化合物中のニッケル濃度を制御する
ことで、非晶質ケイ素膜中に導入されるニッケル量の管
理を容易に行うことができ、結晶化に必要な最小限の量
の触媒元素添加が可能となる。また、この方法により触
媒元素を導入して結晶化した結晶性ケイ素膜にレーザー
光を照射した場合には、ニッケルの析出が起こらず、高
品質な結晶性ケイ素が得られる。By the way, as a method of introducing a very small amount of nickel (catalyst element) near the surface of the amorphous silicon film,
There is a method of applying a solution of a catalytic element in a solvent or a compound to an amorphous silicon film. With this method, by controlling the nickel concentration in the solution or compound, the amount of nickel introduced into the amorphous silicon film can be easily controlled, and the minimum amount necessary for crystallization is required. It becomes possible to add the catalytic element in an amount of Further, when a crystalline silicon film crystallized by introducing a catalytic element by this method is irradiated with laser light, nickel is not deposited and high-quality crystalline silicon is obtained.
【0025】しかし、触媒元素を溶媒または化合物に溶
かしたものを非晶質ケイ素膜に塗布する方法では、基板
内の均一性が良くないという問題点がある。すなわち、
スピナーにより均一に塗布して乾燥させる方法や、基板
を直接溶液にディップした後、エアーナイフで乾燥させ
る方法など種々の方法を試みたが、いずれも127mm
角基板で±10〜20%のニッケル添加量のばらつきが
見られた。また、ニッケル添加量の基板内の不均一性が
大きいと、局所的にニッケル量不足で結晶成長が起こら
ない領域や、ニッケルが半導体素子に悪影響を及ぼすほ
ど多量に存在する領域が生じる。従って、液晶表示装置
のアクティブマトリクス基板のように、1つの基板上に
数十万個のTFTを均一性よく形成することは困難であ
った。さらに、近年、装置の低コスト化や大面積化の要
望に従って、400nm角以上のガラス基板に対応でき
る程の均一性および安定性に優れた半導体装置およびそ
の製造方法が要求されている。However, the method of coating the amorphous silicon film with the catalyst element dissolved in the solvent or compound has a problem that the uniformity in the substrate is not good. That is,
Various methods such as a method of uniformly applying with a spinner and drying, and a method of dipping the substrate directly into the solution and then drying with an air knife were tried.
A variation in the amount of added nickel of ± 10 to 20% was observed on the square substrate. In addition, if the amount of added nickel is highly non-uniform in the substrate, a region where crystal growth does not occur locally due to an insufficient amount of nickel, or a region where nickel is present in a large amount so as to adversely affect the semiconductor element, occur. Therefore, it is difficult to form hundreds of thousands of TFTs on one substrate with good uniformity, like an active matrix substrate of a liquid crystal display device. Further, in recent years, in response to the demand for cost reduction and large area of the device, a semiconductor device having excellent uniformity and stability enough to handle a glass substrate of 400 nm square or more and a manufacturing method thereof are required.
【0026】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、600℃以下の短時間熱
処理が可能であり、触媒元素を最小限の量で均一性良く
基板面に導入して大面積基板に対応でき、しかも安定性
および生産性良く、熱処理で得られる結晶性よりもさら
に高い結晶性を得ることができる高性能な半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and can perform heat treatment at a temperature of 600 ° C. or less for a short time, and a catalytic element can be uniformly deposited on a substrate surface with a minimum amount. An object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor device which can be applied to a large-area substrate by introduction, has high stability and productivity, and which can obtain crystallinity higher than that obtained by heat treatment, and a manufacturing method thereof. And
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜
からなる活性領域が形成された半導体装置であって、該
活性領域は、非晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒元
素を蒸着法により導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処理
と、レーザ光または強光照射とを行うことにより結晶成
長させたものからなり、そのことにより上記目的が達成
される。The semiconductor device of the present invention comprises:
What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising an active region made of a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface, the active region being formed by vapor deposition of a catalytic element for promoting crystallization on an amorphous silicon film. The amorphous silicon film is crystal-grown by performing heat treatment and laser light or intense light irradiation on the amorphous silicon film, whereby the above object is achieved.
【0028】本発明の半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板上に、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領域
が形成された半導体装置であって、前記活性領域は、非
晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒元素を蒸着法によ
り選択的に導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処理と、レ
ーザ光または強光照射とを行うことにより、該触媒元素
が選択的に導入された領域の周辺部において基板表面に
対して概略平行な方向に結晶成長を行わせたものからな
り、そのことにより上記目的が達成される。The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, and the active region is an amorphous silicon film. A region in which the catalytic element is selectively introduced by selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization by a vapor deposition method and performing heat treatment and laser light or intense light irradiation on the amorphous silicon film. The crystal growth is performed in the peripheral portion of the substrate in a direction substantially parallel to the surface of the substrate, thereby achieving the above object.
【0029】前記触媒元素は、Ni、Co、Pd、P
t、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sbお
よびAlから選択される一種または複数種類の元素とす
ることができる。The catalyst elements are Ni, Co, Pd and P.
It can be one or more kinds of elements selected from t, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As, Sb and Al.
【0030】前記活性領域中における前記触媒元素の濃
度は1×1016atoms/cm3〜1×1019at
oms/cm3であるのが望ましい。The concentration of the catalytic element in the active region is 1 × 10 16 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 at.
It is preferably oms / cm 3 .
【0031】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜からな
る活性領域が形成された半導体装置の製造方法であっ
て、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非晶
質ケイ素膜を形成する工程の前または後において、該非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する薄
膜を蒸着する工程と、該非晶質ケイ素膜を加熱により結
晶化させる工程と、加熱により結晶化されたケイ素膜に
レーザ光または強光を照射して結晶性を助長する工程と
を含み、そのことにより上記目的が達成される。A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, and is amorphous on the substrate. A step of forming a porous silicon film, and a step of depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film before or after the step of forming the amorphous silicon film; The method includes the steps of crystallizing the silicon film by heating, and the step of irradiating the crystallized silicon film with laser light or strong light to promote crystallinity, whereby the above object is achieved.
【0032】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
表面を有する基板上に、結晶性を有するケイ素膜からな
る活性領域が形成された半導体装置の製造方法であっ
て、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該非晶
質ケイ素膜を形成する工程の前または後において、該非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する薄
膜を、該非晶質ケイ素膜と接するように選択的に蒸着す
る工程と、該非晶質ケイ素膜を加熱して、該非晶質ケイ
素膜における該触媒元素を含有する薄膜が接した領域の
周辺部に、基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長
を行わせる工程と、加熱により結晶化されたケイ素膜に
レーザー光または強光を照射して、基板表面に対して概
略平行な方向に結晶成長を行わせた領域の結晶性を助長
する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, and is amorphous on the substrate. Before and after the step of forming a porous silicon film and the step of forming the amorphous silicon film, a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is in contact with the amorphous silicon film. And the step of selectively vapor-depositing the amorphous silicon film and heating the amorphous silicon film so that the amorphous silicon film is substantially parallel to the substrate surface at the periphery of the region in contact with the thin film containing the catalytic element. Direction and the crystallinity of the region where crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface by irradiating the silicon film crystallized by heating with laser light or strong light. Including the step of promoting The above-mentioned object can be achieved by the.
【0033】前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含有
する蒸着源と基板との距離を20cm以上にして蒸着を
行うのが望ましい。When depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, it is desirable that the distance between the deposition source containing the catalytic element and the substrate is 20 cm or more. .
【0034】前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含有
する蒸着源と基板との間に、基板への多量の蒸着を抑制
する敷居板を設けて蒸着を行うのが望ましい。When depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, a large amount of deposition on the substrate is suppressed between the deposition source containing the catalytic element and the substrate. It is desirable to provide a threshold plate for vapor deposition.
【0035】前記触媒元素としては、Ni、Co、P
d、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、
SbおよびAlから選択される一種または複数種類の元
素を用いることができる。As the catalyst element, Ni, Co, P
d, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As,
One or more elements selected from Sb and Al can be used.
【0036】[0036]
【作用】本発明においては、非晶質ケイ素膜の結晶化を
助長する触媒元素の導入方法として、蒸着法により、触
媒元素を含有する薄膜を非晶質ケイ素膜表面に形成して
いる。この方法では、非晶質ケイ素膜表面に接して触媒
元素が導入され、プラズマ処理法のように膜中深く侵入
することがないので、触媒元素が結晶化に寄与しない状
態で存在するのを防ぐことができる。よって、蒸着法に
より触媒元素の導入を行った場合、レーザー光または強
光の照射を行っても触媒元素の析出は起こらない。In the present invention, a thin film containing a catalytic element is formed on the surface of the amorphous silicon film by vapor deposition as a method of introducing the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. In this method, the catalytic element is introduced in contact with the surface of the amorphous silicon film and does not penetrate deeply into the film unlike the plasma treatment method, so that the catalytic element is prevented from existing in a state where it does not contribute to crystallization. be able to. Therefore, when the catalyst element is introduced by the vapor deposition method, deposition of the catalyst element does not occur even if irradiation with laser light or intense light is performed.
【0037】また、触媒元素を含有する薄膜を成膜する
ことにより非晶質ケイ素膜に触媒元素を導入するので、
触媒元素を溶かした溶液または化合物を塗布する方法に
比べて基板内の触媒元素添加量のばらつきを小さくする
ことができ、本願発明者らの実験では127mm角基板
で±5%以内であることを確認した。さらに基板を大面
積化した場合でも、蒸着装置を大型化することにより対
応可能であり、その際の実質的な触媒元素添加量のばら
つきは、127mm角基板の場合と大差ないものと思わ
れる。従って、基板全面に渡って均一に触媒元素を導入
でき、大面積基板に均一性、安定性に優れた半導体装置
を製造することができる。Since the catalyst element is introduced into the amorphous silicon film by forming a thin film containing the catalyst element,
Compared with the method of applying a solution or compound in which the catalytic element is dissolved, the variation in the amount of catalytic element added in the substrate can be made smaller, and in the experiments conducted by the inventors of the present invention, it was within ± 5% for a 127 mm square substrate. confirmed. Further, even when the substrate has a large area, it can be dealt with by enlarging the vapor deposition apparatus, and it is considered that the substantial variation in the amount of the catalytic element added at that time is not much different from that of the 127 mm square substrate. Therefore, the catalytic element can be uniformly introduced over the entire surface of the substrate, and a semiconductor device excellent in uniformity and stability can be manufactured on a large-area substrate.
【0038】また、非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を助
長する触媒元素を選択的に導入して加熱処理を行うと、
導入された領域から横方向(基板表面に対して概略平行
な方向)に結晶成長が起こる。この領域の内部では、成
長方向が一方向(横方向)に揃った針状結晶または柱状
結晶がひしめき合っており、触媒元素が直接導入されて
ランダムに結晶成長核の発生が起こった領域に比べて格
段に結晶性が良好な領域となっている。この横方向に結
晶成長が起こった領域に、レーザー光または強光を照射
すると、針状結晶または柱状結晶の間の結晶粒界が処理
されてほぼ単結晶に近い結晶性ケイ素膜を得ることがで
きる。When a heat treatment is carried out by selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization into a part of the amorphous silicon film,
Crystal growth occurs laterally (direction substantially parallel to the substrate surface) from the introduced region. Inside this region, needle-like crystals or columnar crystals with the growth direction aligned in one direction (horizontal direction) are crowded together, and compared with the region where the crystal growth nuclei randomly occur due to the direct introduction of the catalytic element. This is a region where the crystallinity is remarkably good. When laser light or intense light is irradiated to the region where crystal growth has occurred in the lateral direction, the crystal grain boundaries between needle-like crystals or columnar crystals are processed, and a crystalline silicon film close to a single crystal can be obtained. it can.
【0039】この際、触媒元素の導入方法として蒸着法
を用いると、効率よく横方向の結晶成長を行うことがで
きる。結晶化に寄与する触媒元素は、針状結晶または柱
状結晶の先端部、即ち結晶成長の先端部に存在してい
る。よって、触媒元素が結晶化に効率良く機能していれ
ば、触媒元素は結晶化が行われる結晶成長部のみに存在
し、既に結晶化された横方向結晶成長領域には存在しな
いことになる。本願発明者らの実験によれば、触媒元素
としてニッケルを導入する際に、プラズマ処理法を用い
た場合には横方向結晶成長領域のニッケル濃度が1×1
018〜5×1018atoms/cm3であったのに対
し、蒸着法を用いた場合には5×1016〜1×1017a
toms/cm3と一桁以上も小さな値であった。At this time, if the vapor deposition method is used as the method of introducing the catalyst element, the lateral crystal growth can be efficiently performed. The catalytic element that contributes to crystallization exists at the tip of the needle crystal or columnar crystal, that is, the tip of crystal growth. Therefore, if the catalytic element efficiently functions for crystallization, the catalytic element exists only in the crystal growth portion where crystallization is performed and does not exist in the already crystallized lateral crystal growth region. According to the experiments conducted by the inventors of the present application, when nickel is introduced as a catalytic element, the nickel concentration in the lateral crystal growth region is 1 × 1 when the plasma treatment method is used.
While it was 0 18 to 5 × 10 18 atoms / cm 3, it was 5 × 10 16 to 1 × 10 17 a when the vapor deposition method was used.
The value was as small as one digit or more, toms / cm 3 .
【0040】非晶質ケイ素膜に導入される触媒元素の濃
度は、低ければ低いほど望ましいが、低すぎると非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長するように機能しない。本願発
明者らが調べたところでは、結晶化が生じる触媒元素の
最低濃度は、1×1016atoms/cm3であり、こ
れ以下の濃度では触媒元素による結晶成長は起こらなか
った。一方、触媒元素の濃度が高すぎると、半導体素子
に悪影響を及ぼす。触媒元素の濃度が高い場合に考えら
れる現象としては、主にTFTのオフ領域でのリーク電
流増大がある。これは、触媒元素がケイ素膜中で形成す
る不純物準位によるものであり、その準位を介したトン
ネル電流が生じるためと考えられる。本願発明者らが調
べた結果、触媒元素が半導体素子に悪影響を及ぼさない
程度の最高濃度は、1×1019atoms/cm3であ
った。従って、触媒元素の膜中濃度が1×1016〜1×
1019atoms/cm3であれば、最も効果的に触媒
元素が機能する。The lower the concentration of the catalyst element introduced into the amorphous silicon film is, the more preferable it is. However, if the concentration is too low, the function of promoting the crystallization of the amorphous silicon film does not work. According to the investigation by the inventors of the present application, the minimum concentration of the catalyst element causing crystallization was 1 × 10 16 atoms / cm 3 , and at the concentration below this, crystal growth by the catalyst element did not occur. On the other hand, if the concentration of the catalytic element is too high, the semiconductor element is adversely affected. A phenomenon that can be considered when the concentration of the catalytic element is high is mainly an increase in leak current in the off region of the TFT. It is considered that this is because the catalytic element is due to the impurity level formed in the silicon film, and a tunnel current is generated through the level. As a result of examination by the inventors of the present application, the maximum concentration at which the catalytic element does not adversely affect the semiconductor element was 1 × 10 19 atoms / cm 3 . Therefore, the concentration of the catalytic element in the film is 1 × 10 16 to 1 ×
If it is 10 19 atoms / cm 3 , the catalytic element functions most effectively.
【0041】上記濃度範囲で触媒元素を導入する場合、
蒸着法により制御性良く導入するためには、蒸着法を工
夫することが必要である。このような微少の蒸着量を制
御するためには、成膜時間による制御は困難である。本
願発明者らは、蒸着源(触媒元素)としてニッケルを用
い、蒸着源と基板との距離を大きくすることで微量添加
を試みた。その際、蒸着時間としては時間制御の限界を
考慮して5秒に固定した。この理由は、それ以下の蒸着
時間では再現性に問題があり、実際の製造工程で採用す
るのは困難と考えられるからである。その結果、蒸着量
(ニッケルの導入量)は、蒸着源と基板との距離の二乗
に反比例し、蒸着源と基板との距離が20cmの位置で
ニッケルの面分布が1×1014atoms/cm3であ
った。このニッケルが厚さ100nmの非晶質ケイ素膜
に均一に拡散すると、膜中のニッケル濃度は1×1019
atoms/cm3となる。よって、蒸着源と基板との
距離を20cm以上とすることで、触媒元素を非晶質ケ
イ素膜中濃度を1×1019atoms/cm3以下で導
入させることができる。When the catalytic element is introduced in the above concentration range,
It is necessary to devise the vapor deposition method in order to introduce it with good controllability by the vapor deposition method. In order to control such a minute vapor deposition amount, it is difficult to control by the film formation time. The inventors of the present application used nickel as a vapor deposition source (catalyst element) and tried adding a small amount by increasing the distance between the vapor deposition source and the substrate. At that time, the vapor deposition time was fixed at 5 seconds in consideration of the limit of time control. The reason for this is that if the vapor deposition time is shorter than that, there is a problem in reproducibility, and it is considered difficult to employ it in the actual manufacturing process. As a result, the amount of vapor deposition (the amount of nickel introduced) is inversely proportional to the square of the distance between the vapor deposition source and the substrate, and the surface distribution of nickel is 1 × 10 14 atoms / cm 2 at the position where the distance between the vapor deposition source and the substrate is 20 cm. Was 3 . When this nickel is uniformly diffused into the amorphous silicon film having a thickness of 100 nm, the nickel concentration in the film is 1 × 10 19.
It becomes atoms / cm 3 . Therefore, by setting the distance between the vapor deposition source and the substrate to be 20 cm or more, it is possible to introduce the catalyst element at a concentration in the amorphous silicon film of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
【0042】蒸着法により触媒元素を微量導入する方法
として、蒸着源と基板との間に多量の蒸着を抑制するた
めの敷居板を設ける方法も有効である。この方法では、
敷居板の形状を工夫することにより、所望の蒸着量に制
御することができる。本願発明者らは、SUS製のメッ
シュ状敷居板を用いることにより、ニッケルを非晶質ケ
イ素膜中に1×1019atoms/cm3以下で制御良
く導入できることを確認した。As a method of introducing a trace amount of the catalytic element by the vapor deposition method, a method of providing a threshold plate between the vapor deposition source and the substrate for suppressing a large amount of vapor deposition is also effective. in this way,
By devising the shape of the threshold plate, it is possible to control the amount of vapor deposition desired. The inventors of the present application have confirmed that nickel can be introduced into the amorphous silicon film at 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less with good control by using a SUS mesh-like threshold plate.
【0043】上記触媒元素としては、Ni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、C
o、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、
As、SbおよびAlを用いることができる。これらの
触媒元素から選択される一種または複数種類の元素であ
れば、微量(1×1016atoms/cm3以上)でも
結晶化助長の効果を有するので、半導体素子に悪影響を
及ぼすおそれがない。When Ni is used as the above-mentioned catalyst element, the most remarkable effect can be obtained.
o, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, P,
As, Sb and Al can be used. One or more kinds of elements selected from these catalytic elements have an effect of promoting crystallization even in a small amount (1 × 10 16 atoms / cm 3 or more), so that there is no possibility of adversely affecting the semiconductor element.
【0044】なお、ここで言う絶縁性表面を有する基板
とは、絶縁性の基板自体、あるいは絶縁性の有無に拘ら
ず絶縁膜を表面に有する基板のことである。The substrate having an insulative surface mentioned here is an insulative substrate itself or a substrate having an insulative film on the surface regardless of the presence or absence of insulative property.
【0045】[0045]
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。尚、以下の実施例で得られるTFT
は、アクティブマトリクス型液晶表示装置のドライバー
回路や画素部分は勿論のこと、同一基板上にCPUが構
成された素子にも使用することができる。また、これら
TFTの応用範囲としては、液晶表示装置のみでなく、
一般に薄膜集積回路と称される半導体装置全てに利用す
ることができる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The TFTs obtained in the following examples
Can be used not only in a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also in an element in which a CPU is formed on the same substrate. Also, the application range of these TFTs is not limited to liquid crystal display devices,
It can be used for all semiconductor devices generally called thin film integrated circuits.
【0046】(実施例1)本実施例では、ガラス基板上
に形成されたN型TFTに本発明を利用した場合につい
て説明する。(Example 1) In this example, a case where the present invention is applied to an N-type TFT formed on a glass substrate will be described.
【0047】図1(E)に、本実施例のTFTの断面図
を示す。このTFTにおいては、ガラス基板101上
に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、酸化ケイ
素からなる下地膜102が形成され、その上に、ソース
/ドレイン領域111、112およびチャネル領域11
0を有する結晶性ケイ素からなる活性領域103nが形
成され、その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜10
7が形成されている。その上にチャネル領域110と対
向するようにアルミニウム膜からなるゲート電極108
が形成され、その表面にゲート電極を陽極酸化してなる
酸化物層109が形成されている。その上を覆って、酸
化ケイ素または窒化ケイ素からなる層間絶縁膜113が
形成され、さらにその上に、金属材料、例えば窒化チタ
ンとアルミニウムの二層膜からなるTFTの電極・配線
114、115が形成されて、ゲート絶縁膜107およ
び層間絶縁膜113に形成されたコンタクトホールを介
してソース/ドレイン領域111、112と電気的に接
続されている。FIG. 1E shows a sectional view of the TFT of this embodiment. In this TFT, a base film 102 made of silicon oxide is formed on a glass substrate 101 in order to prevent diffusion of impurities from the substrate, and source / drain regions 111 and 112 and a channel region 11 are formed thereon.
An active region 103n made of crystalline silicon having 0 is formed, and a gate insulating film 10 made of silicon oxide is formed thereon.
7 are formed. A gate electrode 108 made of an aluminum film is formed thereon so as to face the channel region 110.
Is formed, and an oxide layer 109 formed by anodizing the gate electrode is formed on the surface thereof. An interlayer insulating film 113 made of silicon oxide or silicon nitride is formed so as to cover it, and further, electrodes and wirings 114, 115 of the TFT made of a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum are formed thereon. The gate insulating film 107 and the interlayer insulating film 113 are electrically connected to the source / drain regions 111 and 112 through the contact holes.
【0048】このTFTは、以下のようにして作製する
ことができる。図1は、この実施例のTFTの作製工程
の概要を示す断面図であり、(A)→(E)の順に従っ
て工程が進行する。This TFT can be manufactured as follows. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the outline of the manufacturing process of the TFT of this embodiment, and the process proceeds in the order of (A) → (E).
【0049】まず、図1(A)に示すように、ガラス基
板101上に、例えばスパッタリング法により厚さ20
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜102を形成す
る。その上に、減圧CVD法またはプラズマCVD法に
より、厚さ25〜100nm、例えば80nmの第1の
真性(I型)非晶質ケイ素膜103を成膜する。First, as shown in FIG. 1A, a glass substrate 101 having a thickness of 20 is formed by, for example, a sputtering method.
A base film 102 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. A first intrinsic (I-type) amorphous silicon film 103 having a thickness of 25 to 100 nm, for example 80 nm, is formed thereon by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
【0050】次に、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜
105を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度
は、1×1011〜1×1014atoms/cm3となる
ようにした。本実施例では、蒸着源(ニッケル)と基板
との間にSUS製のメッシュ状敷居板を設置して、蒸着
時の真空度を1×10-4Pa、蒸着源と基板との間の距
離を20cmとして5秒間の蒸着を行った。この時のニ
ッケルの面密度は、1×1012atoms/cm3程度
であった。Next, an extremely thin film 105 of nickel is formed by the vacuum evaporation method. At this time, the surface density of nickel on the substrate was set to 1 × 10 11 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 . In this example, a mesh sill plate made of SUS was installed between the vapor deposition source (nickel) and the substrate, the degree of vacuum during vapor deposition was 1 × 10 −4 Pa, and the distance between the vapor deposition source and the substrate was set. Was set to 20 cm and vapor deposition was performed for 5 seconds. The area density of nickel at this time was about 1 × 10 12 atoms / cm 3 .
【0051】ここで、距離を20cmとするときの基板
の基準面は、厳密には基板101上の非晶質ケイ素膜1
03の表面であるが、下地膜102および非晶質ケイ素
膜103の厚みが薄いので、基板101の表面としても
構わない。また、距離を20cmとするときの条件は、
上述した処理状態におけるものであり、触媒元素の種
類、敷居板、真空度、処理時間などに応じて多少変動さ
せてもよい。Here, strictly speaking, the reference plane of the substrate when the distance is 20 cm is strictly the amorphous silicon film 1 on the substrate 101.
However, since the underlayer film 102 and the amorphous silicon film 103 are thin, they may be the surface of the substrate 101. In addition, the conditions for setting the distance to 20 cm are:
This is in the above-described processing state, and may be changed to some extent depending on the type of catalyst element, the threshold plate, the degree of vacuum, the processing time, and the like.
【0052】これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲
気下、加熱温度520〜580℃で数時間〜数十時間、
例えば550℃で8時間アニールして結晶化させる。こ
の際、表面に蒸着されたニッケル105が核となって、
基板101に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜103の
結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜103aが形成され
る。また、結晶化と同時に膜中にニッケルが均一に拡散
して、結晶性ケイ素膜103a中のニッケル濃度は6×
1017atoms/cm3となった。This is heated under a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 580 ° C. for several hours to several tens hours,
For example, it is annealed at 550 ° C. for 8 hours to be crystallized. At this time, the nickel 105 deposited on the surface serves as a nucleus,
Crystallization of the amorphous silicon film 103 occurs in the direction perpendicular to the substrate 101 to form a crystalline silicon film 103a. Further, at the same time as crystallization, nickel is uniformly diffused in the film, and the nickel concentration in the crystalline silicon film 103a is 6 ×.
It was 10 17 atoms / cm 3 .
【0053】引き続いて、図1(B)に示すようにレー
ザー光を照射して、結晶性ケイ素膜103aの結晶性を
助長する。ここでは、レーザーとしてXeClエキシマ
レーザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を
用いたが、他のレーザーを用いてもよい。レーザー光の
照射条件は、エネルギー密度200〜400mJ/cm
2、例えば300mJ/cm2とし、照射時に基板を20
0〜450℃、例えば400℃に加熱した。Subsequently, as shown in FIG. 1B, laser light is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 103a. Although a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used as the laser here, other lasers may be used. Laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm
2 , for example, 300 mJ / cm 2 and the substrate is 20 at the time of irradiation.
It was heated to 0 to 450 ° C, for example 400 ° C.
【0054】次に、図1(C)に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜103aを除去して素子間分離を行
い、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域11
1、112、チャネル領域110)となる島状の結晶性
ケイ素膜103nを形成する。Next, as shown in FIG. 1C, the crystalline silicon film 103a in an unnecessary portion is removed to perform element isolation, and the active region (source / drain region 11) of the TFT is later formed.
1, 112, the island-shaped crystalline silicon film 103n to be the channel region 110) is formed.
【0055】次に、図1(D)に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜103nを覆うように厚さ20〜
150nm、例えば100nmの酸化ケイ素膜からなる
ゲート絶縁膜107を成膜する。ここでは、TEOSを
原料として、RFプラズマCVD法により、酸素と共に
基板温度150〜600℃、好ましくは300〜450
℃で分解・堆積した。他の方法として、TEOSを原料
として、減圧プラズマCVD法または常圧CVD法によ
り、オゾンガスと共に基板温度350〜600℃、好ま
しくは400〜550℃で形成してもよい。Next, as shown in FIG. 1D, a thickness of 20 to 70 is formed so as to cover the crystalline silicon film 103n which becomes the active region.
A gate insulating film 107 made of a silicon oxide film having a thickness of 150 nm, for example, 100 nm is formed. Here, the substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 450, together with oxygen, by the RF plasma CVD method using TEOS as a raw material.
Decomposed and deposited at ℃. As another method, TEOS may be used as a raw material and formed at a substrate temperature of 350 to 600 ° C., preferably 400 to 550 ° C. by a low pressure plasma CVD method or an atmospheric pressure CVD method together with ozone gas.
【0056】次に、成膜後、ゲート絶縁膜自身のバルク
特性、および結晶性ケイ素膜とゲート絶縁膜との界面特
性を向上させるために、不活性ガス雰囲気下で400〜
600℃で30〜60分のアニールを行った。Next, after the film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, 400 to 400 nm in an inert gas atmosphere.
Annealing was performed at 600 ° C. for 30 to 60 minutes.
【0057】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
400〜800nm、例えば600nmのアルミニウム
を成膜する。このアルミニウム膜をパターニングしてゲ
ート電極108を形成し、さらにその表面を陽極酸化し
て表面に酸化物層109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
行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、その状
態で1時間保持することにより反応を終了させた。得ら
れた酸化物層109の厚さは200nmであった。ここ
で、酸化物層109の厚みは、後のイオンドーピング工
程でオフセットゲート領域を形成するので、オフセット
ゲート領域の長さをこの陽極酸化工程で決めることがで
きる。また、この酸化物層109を形成することによ
り、後の工程でゲート電極108を構成するアルミニウ
ム膜にヒロックが発生することを防止することができ
る。Subsequently, an aluminum film having a thickness of 400 to 800 nm, for example 600 nm, is formed by the sputtering method. This aluminum film is patterned to form a gate electrode 108, and the surface thereof is further anodized to form an oxide layer 109 on the surface. This anodization is
The reaction was terminated by carrying out in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%, initially increasing the voltage to 220 V with a constant current, and maintaining the state for 1 hour. The thickness of the obtained oxide layer 109 was 200 nm. Here, since the thickness of the oxide layer 109 forms the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by this anodic oxidation process. Further, by forming the oxide layer 109, it is possible to prevent hillocks from being generated in the aluminum film which forms the gate electrode 108 in a later step.
【0058】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極108とその周囲の酸化層109をマスクとし
て、活性領域103nに不純物(リン)を注入する。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60〜90keV、例えば80keVとし、
ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば2×
1015cm-2とする。この工程により、不純物が注入さ
れた領域111と112とは、後にTFTのソース/ド
レイン領域111、112となり、ゲート電極108と
酸化物層109とによりマスクされて不純物が注入され
ない領域は、後にTFTのチャネル領域110となる。Then, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region 103n by ion doping using the gate electrode 108 and the oxide layer 109 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas,
The acceleration voltage is 60 to 90 keV, for example 80 keV,
The dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 ×
It is 10 15 cm -2 . By this step, the regions 111 and 112 into which the impurities are implanted will later become the source / drain regions 111 and 112 of the TFT, and the regions which are masked by the gate electrode 108 and the oxide layer 109 and into which the impurities are not implanted will be the TFTs later. Of the channel region 110.
【0059】その後、レーザー光の照射によりアニール
を行ってイオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、活性領域103nにおいて不純物注入工程で結晶性
が劣化した部分の結晶性を改善させる。ここではレーザ
ーとしてXeClエキシマレーザー(波長308nm、
パルス幅40nsec)を用いたが、他のレーザーを用
いてもよい。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度
が150〜400mJ/cm2、好ましくは200〜2
50mJ/cm2である。このようにして形成されたN
型不純物(リン)領域111、112のシート抵抗は2
00〜800Ω/□であった。After that, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity of a portion of the active region 103n whose crystallinity is deteriorated in the impurity-implantation step is improved. Here, as a laser, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm,
A pulse width of 40 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser light is such that the energy density is 150 to 400 mJ / cm 2 , and preferably 200 to 2
It is 50 mJ / cm 2 . N formed in this way
The sheet resistance of the type impurity (phosphorus) regions 111 and 112 is 2
It was 00 to 800 Ω / □.
【0060】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜または窒化ケイ素膜からなる層間絶縁膜113をプラ
ズマCVD法により形成する。ここで、酸化ケイ素膜を
形成する場合には、TEOSを原料として、酸素と共に
RFプラズマCVD法により分解・堆積する方法、もし
くはTEOSを原料として、オゾンガスと共に減圧プラ
ズマCVD法または常圧CVD法により分解・堆積する
方法により形成すると、段差被覆性に優れた良好な層間
絶縁膜が得られる。窒化ケイ素膜を形成する場合には、
SiH4とNH3とを原料ガスとしてプラズマCVD法に
より成膜すると、結晶性ケイ素膜中の不対結合手を低減
する効果があり、TFT特性を向上させることができ
る。Subsequently, an interlayer insulating film 113 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed by the plasma CVD method. Here, in the case of forming a silicon oxide film, TEOS is used as a raw material and is decomposed / deposited with RF by an RF plasma CVD method, or TEOS is used as a raw material and is decomposed with ozone gas by a low pressure plasma CVD method or an atmospheric pressure CVD method. When formed by the deposition method, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained. When forming a silicon nitride film,
Forming a film by plasma CVD using SiH 4 and NH 3 as source gases has the effect of reducing dangling bonds in the crystalline silicon film and can improve TFT characteristics.
【0061】次に、図1(E)に示すように、層間絶縁
膜113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二層膜によってTFT
の電極・配線114、115を形成し、ソース/ドレイ
ン領域111、112と接続させる。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
を完成させる。Next, as shown in FIG. 1E, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 113, and a TFT is formed by a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
Electrodes / wirings 114 and 115 are formed and connected to the source / drain regions 111 and 112. Finally, anneal at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete the TFT.
To complete.
【0062】得られたTFTは、アクティブマトリクス
型液晶表示装置の周辺ドライバー回路や画素部分のスイ
ッチング素子、またはCPUが構成された薄膜集積回路
に使用することができる。画素電極のスイッチング素子
として用いる場合には、電極114または115をIT
O等の透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一方
の電極から信号を入力する構成とする。また、CPU等
の薄膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極108上
にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を形成
してゲート電極108と接続させる構成とする。The obtained TFT can be used in a peripheral driver circuit of an active matrix type liquid crystal display device, a switching element of a pixel portion, or a thin film integrated circuit including a CPU. When used as a switching element for a pixel electrode, the electrode 114 or 115 is used as an IT element.
It is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as O, and a signal is input from the other electrode. When used in a thin film integrated circuit such as a CPU, a contact hole is formed also on the gate electrode 108, and a necessary wiring is formed to be connected to the gate electrode 108.
【0063】このようにして得られたN型TFTは、電
界効果移動度が120〜150cm2/Vs、S値が
0.2〜0.4V/桁、閾値電圧2〜3Vという良好な
特性を示した。基板内におけるTFT特性のばらつき
は、電界効果移動度で±12%、閾値電圧で±8%以内
で、均一性および安定性良く製造することができた。The N-type TFT thus obtained has good characteristics of field effect mobility of 120 to 150 cm 2 / Vs, S value of 0.2 to 0.4 V / digit, and threshold voltage of 2 to 3 V. Indicated. Variations in TFT characteristics within the substrate were within ± 12% in field-effect mobility and within ± 8% in threshold voltage, and it was possible to manufacture with good uniformity and stability.
【0064】(実施例2)本実施例では、ガラス基板上
に形成されたP型TFTに本発明を利用した場合につい
て説明する。(Embodiment 2) In this embodiment, a case where the present invention is applied to a P-type TFT formed on a glass substrate will be described.
【0065】図3(F)に、本実施例のTFTの断面図
を示す。このTFTにおいては、ガラス基板201上
に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、酸化ケイ
素からなる下地膜202が形成され、その上に、ソース
/ドレイン領域211、212およびチャネル領域21
0を有する結晶性ケイ素からなる活性領域203pが形
成され、その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜20
7が形成されている。その上にチャネル領域210と対
向するようにアルミニウム膜からなるゲート電極208
が形成され、その上を覆って、酸化ケイ素または窒化ケ
イ素からなる層間絶縁膜213が形成されている。さら
にその上に、金属材料、例えば窒化チタンとアルミニウ
ムの二層膜からなるTFTの電極・配線214、215
が形成されて、ゲート絶縁膜207および層間絶縁膜2
13に形成されたコンタクトホールを介してソース/ド
レイン領域211、212と電気的に接続されている。FIG. 3F shows a sectional view of the TFT of this embodiment. In this TFT, a base film 202 made of silicon oxide is formed on a glass substrate 201 in order to prevent diffusion of impurities from the substrate, and source / drain regions 211 and 212 and a channel region 21 are formed thereon.
An active region 203p made of crystalline silicon having 0 is formed, and a gate insulating film 20 made of silicon oxide is formed thereon.
7 are formed. A gate electrode 208 made of an aluminum film is formed thereon so as to face the channel region 210.
Is formed, and an interlayer insulating film 213 made of silicon oxide or silicon nitride is formed so as to cover it. Further thereon, electrodes / wirings 214 and 215 of a TFT made of a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
Are formed, the gate insulating film 207 and the interlayer insulating film 2 are formed.
The source / drain regions 211 and 212 are electrically connected to each other through the contact holes formed at 13.
【0066】このTFTは、以下のようにして作製する
ことができる。図2(A)は、この実施例のTFTの作
製工程の概要を示す平面図である。図3は図2(A)の
A−A’線断面図であり、(A)→(F)の順に従って
工程が進行する。This TFT can be manufactured as follows. FIG. 2A is a plan view showing the outline of the manufacturing process of the TFT of this embodiment. FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2A, and the process proceeds in the order of (A) → (F).
【0067】まず、図3(A)に示すように、ガラス基
板201上に、例えばスパッタリング法により厚さ20
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜202を形成す
る。その上に、減圧CVD法またはプラズマCVD法に
より、厚さ25〜100nm、例えば80nmの第1の
真性(I型)非晶質ケイ素膜203を成膜する。First, as shown in FIG. 3A, a glass substrate 201 having a thickness of 20 is formed by, for example, a sputtering method.
A base film 202 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. A first intrinsic (I-type) amorphous silicon film 203 having a thickness of 25 to 100 nm, for example 80 nm, is formed thereon by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
【0068】次に、厚さ50nm程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜によりマスク204を
形成し、これを選択的に除去してスリット状開口部20
0を設ける。この状態を基板上面から見ると、図2
(A)に示すように、開口部が設けられた領域200で
はスリット状に非晶質ケイ素膜203が露呈され、他の
部分はマスクされた状態となっている。図2(A)にお
いて、A−A’線で切断した断面が図3(E)または
(F)に相当する。尚、本実施例では、図2(A)のよ
うな配置でTFTを作製するが、図2(B)のような配
置でも同様な方法で全く問題なくTFTを作製すること
ができる。尚、図2(A)および(B)において、21
1と212がTFTのソース/ドレイン領域、210が
チャネル領域であり、206は結晶成長方向を示す。Next, the mask 204 is formed of an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 50 nm, and the mask 204 is selectively removed to form the slit-shaped opening 20.
0 is set. Seeing this state from the top of the board,
As shown in (A), the amorphous silicon film 203 is exposed in a slit shape in the region 200 where the opening is provided, and the other part is masked. In FIG. 2A, a cross section taken along line AA ′ corresponds to FIG. 3E or 3F. In this embodiment, the TFT is manufactured with the arrangement shown in FIG. 2A, but the TFT can be manufactured with no problem by the same method even with the arrangement shown in FIG. 2B. In addition, in FIGS. 2 (A) and (B), 21
Reference numerals 1 and 212 are the source / drain regions of the TFT, 210 is the channel region, and 206 is the crystal growth direction.
【0069】上記マスク204を形成後、図3(B)に
示すように、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜205
を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度は、5
×1010〜5×1013atoms/cm3となるように
した。本実施例では、蒸着時の真空度を1×10-4P
a、蒸着源と基板との間の距離を40cmとして5秒間
の蒸着を行った。この時のニッケルの面密度は、2×1
013atoms/cm3程度であった。スリット状開口
部が設けられた領域200の部分では、蒸着されたニッ
ケル薄膜205が非晶質ケイ素膜203と接触してお
り、この部分に選択的にニッケル微量添加が行われたこ
とになる。After forming the mask 204, as shown in FIG. 3B, an ultrathin nickel film 205 is formed by a vacuum evaporation method.
To form. At this time, the surface density of nickel on the substrate is 5
It was set to be 10 10 to 5 × 10 13 atoms / cm 3 . In this embodiment, the degree of vacuum during vapor deposition is 1 × 10 −4 P.
a, vapor deposition was performed for 5 seconds with the distance between the vapor deposition source and the substrate being 40 cm. The area density of nickel at this time is 2 × 1
It was about 0 13 atoms / cm 3 . At the portion of the region 200 where the slit-shaped opening is provided, the vapor-deposited nickel thin film 205 is in contact with the amorphous silicon film 203, which means that the trace amount of nickel was selectively added.
【0070】次に、これを水素還元雰囲気下または不活
性雰囲気下、例えば加熱温度550℃で16時間アニー
ルして結晶化させる。この際、ニッケル微量添加が選択
的に行われた領域200においては、基板201に対し
て垂直方向に非晶質ケイ素膜203の結晶化が起こり、
結晶性ケイ素膜203aが形成される。また、結晶化と
同時に膜中にニッケルが均一に拡散して、結晶性ケイ素
膜203a中のニッケル濃度は4×1018atoms/
cm3となった。一方、領域200の周辺領域では、図
3(C)の矢印206に示すように、領域200から横
方向(基板201と平行な方向)に結晶成長が起こり、
横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜203bが形成さ
れる。それ以外の領域では、非晶質ケイ素膜はそのまま
非晶質ケイ素膜203として残される。横方向に結晶成
長した結晶性ケイ素膜203b中のニッケル濃度は2×
1017atoms/cm3程度であり、直接ニッケルを
添加して結晶成長した結晶性ケイ素膜203aに比べて
一桁程度小さい値となっている。上記結晶成長に際し、
矢印206で示される基板と平行な方向の結晶成長の距
離は、80μm程度であった。Next, this is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours to be crystallized. At this time, in the region 200 where the trace amount of nickel is selectively added, crystallization of the amorphous silicon film 203 occurs in the direction perpendicular to the substrate 201,
The crystalline silicon film 203a is formed. Further, at the same time as crystallization, nickel is uniformly diffused in the film, and the nickel concentration in the crystalline silicon film 203a is 4 × 10 18 atoms /
It became cm 3 . On the other hand, in the peripheral region of the region 200, crystal growth occurs in the lateral direction (the direction parallel to the substrate 201) from the region 200, as shown by an arrow 206 in FIG.
A crystalline silicon film 203b is formed which is laterally grown. In the other regions, the amorphous silicon film is left as it is as the amorphous silicon film 203. The concentration of nickel in the crystalline silicon film 203b grown in the lateral direction is 2 ×
The value is about 10 17 atoms / cm 3, which is about an order of magnitude smaller than that of the crystalline silicon film 203 a which is crystal-grown by directly adding nickel. In the above crystal growth,
The crystal growth distance in the direction parallel to the substrate indicated by the arrow 206 was about 80 μm.
【0071】その後、マスク204を除去し、レーザー
光を照射して、結晶性ケイ素膜203bの結晶性を助長
する。ここではレーザーとしてKrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用い、照
射条件は、基板を200〜450℃、例えば350℃に
加熱し、エネルギー密度200〜400mJ/cm2、
例えば250mJ/cm2で照射した。After that, the mask 204 is removed and laser light is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 203b. Here, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used as the laser, and the irradiation conditions are as follows: the substrate is heated to 200 to 450 ° C., for example 350 ° C., and the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, irradiation was performed at 250 mJ / cm 2 .
【0072】次に、図3(D)に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜203を除去して素子間分離を行
い、後でTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域21
1、212、チャネル領域210)となる島状の結晶性
ケイ素膜203pを形成する。Next, as shown in FIG. 3D, unnecessary portions of the crystalline silicon film 203 are removed to perform element isolation, and the active regions (source / drain regions 21) of the TFT are later removed.
1, 212, an island-shaped crystalline silicon film 203p to be the channel region 210) is formed.
【0073】その後、図3(E)に示すように、活性領
域となる結晶性ケイ素膜203pを覆うように厚さ20
〜150nm、例えば100nmの酸化ケイ素膜からな
るゲート絶縁膜207を成膜する。ここでは、スパッタ
リング法によりゲート絶縁膜207を形成した。ターゲ
ットとしては酸化ケイ素を用い、基板温度200〜40
0℃、例えば350に加熱し、スパッタリング雰囲気は
酸素とアルゴンとを用い、アルゴン/酸素=0〜0.
5、例えば0.1以下とした。After that, as shown in FIG. 3E, a thickness of 20 is formed so as to cover the crystalline silicon film 203p which will be the active region.
A gate insulating film 207 made of a silicon oxide film having a thickness of 150 nm, for example 100 nm, is formed. Here, the gate insulating film 207 is formed by a sputtering method. Silicon oxide is used as a target, and the substrate temperature is 200 to 40.
It is heated to 0 ° C., for example 350, and the sputtering atmosphere uses oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.
5, for example, 0.1 or less.
【0074】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
400nmのアルミニウムを成膜し、これをパターニン
グしてゲート電極208を形成する。Subsequently, a 400 nm-thickness aluminum film is formed by a sputtering method, and this is patterned to form a gate electrode 208.
【0075】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極208をマスクとして、活性領域203pに不純
物(ホウ素)を注入する。ドーピングガスとして、ジボ
ラン(B2H6)を用い、加速電圧を40〜80keV、
例えば65keVとし、ドーズ量は1×1015〜8×1
015cm-2、例えば5×1015cm-2とする。この工程
により、不純物が注入された領域211と212とは、
後にTFTのソース/ドレイン領域211、212とな
り、ゲート電極208によりマスクされて不純物が注入
されない領域は、後にTFTのチャネル領域210とな
る。Then, an impurity (boron) is implanted into the active region 203p by ion doping using the gate electrode 208 as a mask. Diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is 40 to 80 keV,
For example, it is set to 65 keV and the dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 1.
It is set to 0 15 cm -2 , for example, 5 × 10 15 cm -2 . By this step, the regions 211 and 212 into which the impurities are implanted are
The source / drain regions 211 and 212 of the TFT will be formed later, and the regions masked by the gate electrode 208 and not implanted with impurities will be the channel regions 210 of the TFT later.
【0076】その後、レーザー光の照射によりアニール
を行ってイオン注入した不純物の活性化を行うと同時
に、活性領域203pにおいて不純物注入工程で結晶性
が劣化した部分の結晶性を改善させる。ここではレーザ
ーとしてKrFエキシマレーザー(波長248nm、パ
ルス幅20nsec)を用い、エネルギー密度200〜
400mJ/cm2、例えば250mJ/cm2で照射し
た。このようにして形成されたN型不純物(リン)領域
211、212のシート抵抗は500〜900Ω/□で
あった。After that, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity of a portion of the active region 203p where the crystallinity is deteriorated in the impurity-implantation step is improved. Here, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used as the laser, and the energy density is 200 to
400 mJ / cm 2, was irradiated with for example 250 mJ / cm 2. The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 211 and 212 thus formed was 500 to 900 Ω / □.
【0077】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜からなる層間絶縁膜213をプラズマCVD法により
形成する。ここで、酸化ケイ素膜は、TEOSを原料と
して、酸素と共にRFプラズマCVD法により分解・堆
積する方法、もしくはTEOSを原料として、オゾンガ
スと共に減圧プラズマCVD法または常圧CVD法によ
り分解・堆積する方法により形成すると、段差被覆性に
優れた良好な層間絶縁膜が得られる。Subsequently, an interlayer insulating film 213 made of a silicon oxide film having a thickness of about 600 nm is formed by the plasma CVD method. Here, the silicon oxide film is decomposed / deposited by a RF plasma CVD method with TEOS as a raw material or oxygen, or by a low pressure plasma CVD method or an atmospheric pressure CVD method with TEOS as a raw material together with ozone gas. When formed, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained.
【0078】次に、図3(F)に示すように、層間絶縁
膜213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二層膜によってTFT
の電極・配線214、215を形成し、ソース/ドレイ
ン領域211、212と接続させる。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
を完成させる。Next, as shown in FIG. 3F, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 213, and a TFT is formed by a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
Electrodes / wirings 214 and 215 are formed and connected to the source / drain regions 211 and 212. Finally, anneal at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete the TFT.
To complete.
【0079】このTFTを画素電極のスイッチング素子
として用いる場合には、電極214または215をIT
O等の透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一方
の電極から信号を入力する構成とする。また、CPU等
の薄膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極208上
にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を形成
してゲート電極208と接続させる構成とする。When this TFT is used as a switching element of a pixel electrode, the electrode 214 or 215 is used as an IT element.
It is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as O, and a signal is input from the other electrode. When used in a thin film integrated circuit such as a CPU, a contact hole is formed also on the gate electrode 208, and a necessary wiring is formed to be connected to the gate electrode 208.
【0080】このようにして得られたP型TFTは、電
界効果移動度が120〜140cm2/Vs、S値が
0.3〜0.5V/桁、閾値電圧−2〜−3Vという良
好な特性を示した。基板内におけるTFT特性のばらつ
きは、電界効果移動度で±10%、閾値電圧で±5%以
内で、均一性および安定性良く製造することができた。The P-type TFT thus obtained has good field effect mobility of 120 to 140 cm 2 / Vs, S value of 0.3 to 0.5 V / digit, and threshold voltage of −2 to −3 V. Characterized. The variation in TFT characteristics within the substrate was within ± 10% in field effect mobility and within ± 5% in threshold voltage, and it was possible to manufacture with good uniformity and stability.
【0081】(実施例3)本実施例では、アクティブマ
トリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や一般の薄膜集
積回路に用いられる、ガラス基板上にN型TFTとP型
TFTとを相補型に構成したCMOS構造の回路に本発
明を利用した場合について説明する。(Embodiment 3) In this embodiment, an N-type TFT and a P-type TFT, which are used in a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device or a general thin film integrated circuit, are formed in a complementary type on a glass substrate. A case in which the present invention is applied to a circuit having the above CMOS structure will be described.
【0082】図5(E)に、本実施例のCMOS構造の
回路の断面図を示す。この回路においては、ガラス基板
301上に、基板からの不純物の拡散を防止する為に、
酸化ケイ素からなる下地膜302が形成されている。そ
の上に、ソース/ドレイン領域312、313およびチ
ャネル領域310を有する結晶性ケイ素からなるN型T
FTの活性領域303nと、ソース/ドレイン領域31
4、315およびチャネル領域311を有する結晶性ケ
イ素からなるN型TFTの活性領域303pとが形成さ
れている。FIG. 5E shows a sectional view of a circuit having a CMOS structure of this embodiment. In this circuit, in order to prevent diffusion of impurities from the substrate on the glass substrate 301,
A base film 302 made of silicon oxide is formed. N-type T made of crystalline silicon having source / drain regions 312, 313 and a channel region 310 thereon.
FT active region 303n and source / drain region 31
4, 315, and an active region 303p of an N-type TFT made of crystalline silicon having a channel region 311 are formed.
【0083】その上に酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜
307が形成され、各TFTのチャネル領域と対向する
ようにアルミニウム膜からなるゲート電極308、30
9が形成されている。その上を覆って、酸化ケイ素から
なる層間絶縁膜316が形成され、さらにその上に、金
属材料、例えば窒化チタンとアルミニウムの二層膜から
なるTFTの電極・配線317、318、319が形成
されて、ゲート絶縁膜307および層間絶縁膜316を
貫通して形成されたコンタクトホールを介してソース/
ドレイン領域312、313、314、315と電気的
に接続されている。A gate insulating film 307 made of silicon oxide is formed thereon, and gate electrodes 308, 30 made of an aluminum film are formed so as to face the channel regions of the respective TFTs.
9 is formed. An interlayer insulating film 316 made of silicon oxide is formed so as to cover it, and TFT electrodes / wirings 317, 318, 319 made of a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum are further formed thereon. Through the contact hole formed through the gate insulating film 307 and the interlayer insulating film 316.
The drain regions 312, 313, 314, and 315 are electrically connected.
【0084】このCMOS構造回路は、以下のようにし
て作製することができる。図4は、この実施例のCMO
S構造回路の作製工程の概要を示す平面図である。図5
は図4のB−B’線断面図であり、(A)→(E)の順
に従って工程が進行する。This CMOS structure circuit can be manufactured as follows. FIG. 4 shows the CMO of this embodiment.
It is a top view which shows the outline of the manufacturing process of S structure circuit. Figure 5
4B is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4, and the process proceeds in the order of (A) → (E).
【0085】まず、図5(A)に示すように、ガラス基
板301上に、例えばスパッタリング法により厚さ10
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜302を形成す
る。その上に、減圧CVD法により、厚さ25〜100
nm、例えば50nmの真性(I型)非晶質ケイ素膜3
03を成膜する。First, as shown in FIG. 5A, a glass substrate 301 having a thickness of 10 is formed by, for example, a sputtering method.
A base film 302 made of silicon oxide having a thickness of about 0 nm is formed. On top of that, a thickness of 25 to 100 is formed by a low pressure CVD method.
nm (eg, 50 nm) intrinsic (I-type) amorphous silicon film 3
03 is deposited.
【0086】次に、厚さ50nm程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜によりマスク304を
形成し、これを選択的に除去して触媒元素注入口300
を開ける。この状態を基板上面から見ると、図4に示す
ように、触媒元素注入口300を通して非晶質ケイ素膜
303が露呈され、他の部分はマスクされた状態となっ
ている。Next, a mask 304 is formed of an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 50 nm, and the mask 304 is selectively removed to remove the catalyst element injection port 300.
Open. When this state is viewed from the upper surface of the substrate, as shown in FIG. 4, the amorphous silicon film 303 is exposed through the catalytic element injection port 300, and the other portions are masked.
【0087】上記マスク304を設けた後、図5(B)
に示すように、真空蒸着法によりニッケルの極薄膜30
5を形成する。この際、ニッケルの基板上の面密度は、
5×1010〜5×1013atoms/cm3となるよう
にした。本実施例では、蒸着時の真空度を1×10-4P
a、蒸着源と基板との間の距離を60cmとして5秒間
の蒸着を行った。この時のニッケルの面密度は、1×1
013atoms/cm3程度であった。触媒元素注入口
が設けられた領域300の部分では、蒸着されたニッケ
ル薄膜305が非晶質ケイ素膜303と接触しており、
この部分に選択的にニッケル微量添加が行われたことに
なる。これを水素還元雰囲気下または不活性雰囲気下、
例えば加熱温度550℃で16時間アニールして結晶化
させる。After the mask 304 is provided, FIG.
As shown in FIG.
5 is formed. At this time, the surface density of nickel on the substrate is
It was set to be 5 × 10 10 to 5 × 10 13 atoms / cm 3 . In this embodiment, the degree of vacuum during vapor deposition is 1 × 10 −4 P.
a, vapor deposition was performed for 5 seconds with the distance between the vapor deposition source and the substrate being 60 cm. The surface density of nickel at this time is 1 × 1
It was about 0 13 atoms / cm 3 . In the region 300 where the catalyst element injection port is provided, the deposited nickel thin film 305 is in contact with the amorphous silicon film 303,
This means that the trace amount of nickel was selectively added to this portion. In a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere,
For example, it is annealed at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours to be crystallized.
【0088】この際、ニッケル微量添加が選択的に行わ
れた領域300においては、基板301に対して垂直方
向に非晶質ケイ素膜303の結晶化が起こり、結晶性ケ
イ素膜303aが形成される。また、結晶化と同時に膜
中にニッケルが均一に拡散して、結晶性ケイ素膜303
a中のニッケル濃度は2×1018atoms/cm3と
なった。一方、領域300の周辺領域では、図5(B)
の矢印306に示すように、領域300から横方向(基
板301と平行な方向)に結晶成長が起こり、横方向に
結晶成長した結晶性ケイ素膜303bが形成される。そ
れ以外の領域では、非晶質ケイ素膜はそのまま非晶質ケ
イ素膜303として残される。横方向に結晶成長した結
晶性ケイ素膜303b中のニッケル濃度は1×1017a
toms/cm3程度であり、直接ニッケルを添加して
結晶成長した結晶性ケイ素膜303aに比べて一桁程度
小さい値となっている。上記結晶成長に際し、矢印30
6で示される基板と平行な方向の結晶成長の距離は、8
0μm程度であった。At this time, in the region 300 where the small amount of nickel is selectively added, the amorphous silicon film 303 is crystallized in the direction perpendicular to the substrate 301 to form the crystalline silicon film 303a. . Further, at the same time as crystallization, nickel is uniformly diffused in the film, and the crystalline silicon film 303
The nickel concentration in a was 2 × 10 18 atoms / cm 3 . On the other hand, in the peripheral area of the area 300, FIG.
As indicated by an arrow 306, crystal growth occurs in the lateral direction (direction parallel to the substrate 301) from the region 300, and a crystalline silicon film 303b crystallized in the lateral direction is formed. In the other regions, the amorphous silicon film is left as it is as the amorphous silicon film 303. The concentration of nickel in the crystalline silicon film 303b laterally grown is 1 × 10 17 a
The value is about toms / cm 3, which is about an order of magnitude smaller than that of the crystalline silicon film 303a crystallized by directly adding nickel. During the crystal growth, the arrow 30
The crystal growth distance in the direction parallel to the substrate indicated by 6 is 8
It was about 0 μm.
【0089】その後、マスク304を除去し、レーザー
光を照射して、結晶性ケイ素膜303bの結晶性を助長
する。ここではレーザー光としてXeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を用い
た。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度200〜
400mJ/cm2、例えば300mJ/cm2とし、照
射時に基板を200〜450℃、例えば400℃に加熱
した。After that, the mask 304 is removed and a laser beam is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 303b. Here, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used as the laser light. The laser light irradiation condition is an energy density of 200-
The irradiation was performed at 400 mJ / cm 2 , for example 300 mJ / cm 2, and the substrate was heated to 200 to 450 ° C., for example 400 ° C., during irradiation.
【0090】次に、図5(C)に示すように、TFTの
活性領域(素子領域)303n、303pとなる結晶性
ケイ素膜を残してそれ以外の領域をエッチング除去し、
素子間分離を行う。Next, as shown in FIG. 5C, the crystalline silicon films to be the active regions (element regions) 303n and 303p of the TFT are left and the other regions are removed by etching.
Isolate between elements.
【0091】次に、図5(D)に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜303n、303pを覆うように
厚さ100nmの酸化ケイ素膜からなるゲート絶縁膜3
07を成膜する。ここでは、TEOSを原料として、酸
素と共にRFプラズマCVD法により、基板温度350
℃で分解・堆積した。Next, as shown in FIG. 5D, the gate insulating film 3 made of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is formed so as to cover the crystalline silicon films 303n and 303p to be the active regions.
07 is formed into a film. Here, the substrate temperature is set to 350 by using the TEOS as a raw material together with oxygen by the RF plasma CVD method.
Decomposed and deposited at ℃.
【0092】引き続いて、スパッタリング法により厚さ
400〜800nm、例えば600nmのアルミニウム
(0.1〜2%のシリコンを含む)を成膜し、これをパ
ターニングしてゲート電極308、309を形成した。Subsequently, aluminum (containing 0.1 to 2% of silicon) having a thickness of 400 to 800 nm, for example 600 nm, was formed by a sputtering method and patterned to form gate electrodes 308 and 309.
【0093】続いて、イオンドーピング法により、ゲー
ト電極308、309をマスクとして、活性領域303
nに不純物(リン)を、また、活性領域303pに不純
物(ホウ素)を注入する。ドーピングガスとして、フォ
スフィン(PH3)およびジボラン(B2H6)を用い、
前者は加速電圧を60〜90keV、例えば80keV
とし、後者は加速電圧を40〜80keV、例えば65
keVとする。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm
-2、例えばリンを2×1015cm-2、ホウ素を5×10
15cm-2とする。この工程により、不純物が注入された
領域312、313、314、315は、後にTFTの
ソース/ドレイン領域となり、ゲート電極308、30
9によりマスクされて不純物が注入されない領域は、後
にTFTのチャネル領域310、311となる。上記ド
ーピングに際しては、ドーピングが不要な領域をフォト
レジストで覆うことにより、それぞれの元素を選択的に
ドーピングすることができる。この結果、N型の不純物
領域312、313と、P型の不純物領域領域314、
314とが形成され、図5(E)に示すように、Nチャ
ネル型TFTとPチャネル型TFTとを形成することが
できる。Then, the active region 303 is formed by ion doping using the gate electrodes 308 and 309 as masks.
Impurity (phosphorus) is implanted into n, and impurity (boron) is implanted into the active region 303p. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas,
The former has an acceleration voltage of 60 to 90 keV, for example 80 keV.
And the latter has an acceleration voltage of 40 to 80 keV, for example 65
keV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm
-2 , for example, phosphorus 2 × 10 15 cm -2 , boron 5 × 10
15 cm -2 . By this step, the regions 312, 313, 314, and 315, into which the impurities are implanted, will later become the source / drain regions of the TFT, and the gate electrodes 308 and 30.
The regions masked by 9 and not doped with impurities will later become channel regions 310 and 311 of the TFT. At the time of the above-mentioned doping, each element can be selectively doped by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist. As a result, the N-type impurity regions 312 and 313, the P-type impurity region region 314,
314 are formed, and an N-channel TFT and a P-channel TFT can be formed as shown in FIG.
【0094】その後、図5(D)に示すように、レーザ
ー光の照射によりアニールを行ってイオン注入した不純
物の活性化を行う。ここではレーザー光としてXeCl
エキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40ns
ec)を用い、照射条件はエネルギー密度250mJ/
cm2として一カ所につき2ショット照射した。After that, as shown in FIG. 5D, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities. Here, XeCl is used as laser light.
Excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 ns
ec) and the irradiation condition is an energy density of 250 mJ /
Irradiation with 2 shots per cm 2 was performed.
【0095】続いて、図5(E)に示すように、厚さ6
00nm程度の酸化ケイ素膜からなる層間絶縁膜316
をプラズマCVD法により形成する。これにコンタクト
ホールを形成して、金属材料、例えば窒化チタンとアル
ミニウムの二層膜によってTFTの電極・配線317、
318、319を形成し、ソース/ドレイン領域31
2、313、314、315と接続させる。最後に水素
プラズマ雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、
TFTを完成させる。Then, as shown in FIG.
Interlayer insulating film 316 made of a silicon oxide film having a thickness of about 00 nm
Are formed by a plasma CVD method. A contact hole is formed in this, and the electrode / wiring 317 of the TFT is made of a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
318 and 319 are formed, and the source / drain regions 31 are formed.
2, 313, 314, and 315 are connected. Finally, anneal at 350 ° C for 30 minutes in a hydrogen plasma atmosphere,
Complete the TFT.
【0096】このようにして得られたCMOS構造の回
路において、N型TFTの電界効果移動度は150〜1
80cm2/Vs、P型TFTの電界効果移動度は12
0〜140cm2/Vsという高い値を示した。また、
閾値電圧はN型TFTで1.5〜2V、P型TFTで−
2〜−3Vという非常に良好な特性を示した。基板内に
おけるTFT特性のばらつきは、電界効果移動度につき
±12%以内、閾値電圧につき±8%以内で、均一性お
よび安定性良く製造することができた。In the circuit having the CMOS structure thus obtained, the field effect mobility of the N-type TFT is 150 to 1
80 cm 2 / Vs, the field effect mobility of P-type TFT is 12
It showed a high value of 0 to 140 cm 2 / Vs. Also,
The threshold voltage is 1.5 to 2V for N-type TFT and − for P-type TFT.
It showed a very good characteristic of 2-3V. The variation in TFT characteristics within the substrate was within ± 12% for the field effect mobility and within ± 8% for the threshold voltage, and it was possible to manufacture with good uniformity and stability.
【0097】以上、本発明の実施例について具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の技術思想に基づいて各種の変形が可能であ
る。The embodiments of the present invention have been specifically described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
【0098】例えば上記実施例1〜3において、ニッケ
ルを導入する方法としては、非晶質ケイ素膜の表面に蒸
着法によりニッケル極薄膜を形成することにより選択的
にニッケル微量添加を行って、この部分から結晶成長を
行う方法を採用した。しかし、非晶質ケイ素膜を形成す
る前に、下地膜表面に蒸着法によりニッケル微量添加を
行う方法でもよい。即ち、ニッケル微量添加は非晶質ケ
イ素膜の上面に行っても下面に行ってもよく、結晶成長
は非晶質ケイ素膜の上面側から行っても下面側から行っ
てもよい。For example, in Examples 1 to 3 described above, as a method of introducing nickel, a very small amount of nickel is selectively added by forming an extremely thin nickel film on the surface of an amorphous silicon film by vapor deposition. The method of growing crystals from the part was adopted. However, a method of adding a small amount of nickel to the surface of the base film by vapor deposition before forming the amorphous silicon film may be used. That is, the trace amount of nickel may be added to the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film, and the crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film.
【0099】結晶化を助長する触媒元素としては、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、コバルト、パラジウム、白金、銅、銀、
金、インジウム、錫、リン、ヒ素、アンチモン、アルミ
ニウム等の金属元素を用いても同様な効果を得ることが
できる。これらの触媒元素から選択される一種または複
数種類の元素であれば、微量(1×1016atoms/
cm3程度)でも結晶化を助長する効果を有するので、
半導体素子に悪影響を及ぼすおそれがない。When nickel is used as the catalyst element for promoting crystallization, the most remarkable effect can be obtained, but in addition, cobalt, palladium, platinum, copper, silver,
Similar effects can be obtained by using metal elements such as gold, indium, tin, phosphorus, arsenic, antimony, and aluminum. If it is one or more kinds of elements selected from these catalytic elements, a trace amount (1 × 10 16 atoms /
(about cm 3 ) also has the effect of promoting crystallization,
There is no risk of adversely affecting semiconductor elements.
【0100】上記実施例では結晶性ケイ素膜の結晶性を
助長するために、パルスレーザーであるエキシマレーザ
ー照射による加熱を行ったが、それ以外のレーザー(例
えば連続発振レーザーであるArレーザー等)を用いて
も同様の処理を行うことができる。また、レーザーの代
わりに、レーザー光と同等の強光、例えば赤外光、フラ
ッシュランプ等を使用して短時間に1000〜1200
℃(シリコンモニターの温度)まで上昇させて試料を加
熱する所謂RTA(ラピッド・サーマル・アニール、ま
たはRTP(ラピッド・サーマル・プロセス)とも称す
る)等を用いてもよい。In the above embodiment, heating was performed by irradiation of an excimer laser which is a pulse laser in order to promote the crystallinity of the crystalline silicon film, but other lasers (for example, an Ar laser which is a continuous wave laser) are used. The same processing can be performed by using it. Further, instead of the laser, strong light equivalent to laser light, for example, infrared light, flash lamp, etc., is used in a short time of 1000 to 1200.
A so-called RTA (also called rapid thermal anneal, or RTP (rapid thermal process)) that heats the sample by raising the temperature to ℃ (silicon monitor temperature) may be used.
【0101】さらに、液晶表示用のアクティブマトリク
ス基板以外に本発明を適用することもできる。例えば、
密着型イメージセンザー、ドライバー内蔵型サーマルヘ
ッド、有機系ELなどを発光素子としたドライバー内蔵
型の光書き込み素子や表示素子、三次元ICなどの半導
体装置などが挙げられ、本発明を適用することによりこ
れらの素子の高速化、高解像度化等の高性能化を実現す
ることができる。さらに、上記実施例で説明したMOS
型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素子材料とし
たバイポーラトランジスタや静電誘導トランジスタを初
めとして半導体プロセスおよび半導体装置全般に幅広く
応用することができる。Further, the present invention can be applied to other than the active matrix substrate for liquid crystal display. For example,
Examples include contact-type image sensers, thermal heads with built-in drivers, optical writing elements and display elements with built-in drivers that use organic EL, etc. as light emitting elements, and semiconductor devices such as three-dimensional ICs. As a result, it is possible to realize high performance such as high speed and high resolution of these elements. Further, the MOS described in the above embodiment
Not only the type transistor, but also a wide range of semiconductor processes and semiconductor devices including a bipolar transistor and a static induction transistor using a crystalline semiconductor as an element material.
【0102】[0102]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、絶縁性表面を有する基板上に、結晶性を有す
るケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装置に
おいて、大面積基板に渡って均一で安定した特性の高性
能なTFTを、簡便な製造プロセスにより形成すること
ができる。特に液晶表示装置においては、アクティブマ
トリクス基板に要求される画素スイッチング用TFTの
特性の均一化と、周辺駆動回路部を構成するTFTに要
求される高性能化を同時に満足させることができるの
で、同一基板上にアクティブマトリクス部(表示部)と
周辺駆動回路部とが形成されたドライバモノリシック型
アクティブマトリクス基板を実現することができ、モジ
ュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化を図るこ
とができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a large area substrate is provided in a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface. A high-performance TFT having uniform and stable characteristics can be formed by a simple manufacturing process. Particularly in a liquid crystal display device, the characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate can be made uniform, and the high performance required for the TFT constituting the peripheral drive circuit section can be satisfied at the same time. A driver monolithic active matrix substrate in which an active matrix portion (display portion) and a peripheral drive circuit portion are formed on the substrate can be realized, and the module can be made compact, high performance, and cost can be reduced. .
【図1】(A)〜(E)は実施例1の半導体装置の製造
方法を示す工程図(断面図)である。1A to 1E are process diagrams (cross-sectional views) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment.
【図2】(A)および(B)は実施例2の半導体装置の
製造工程の概要を示す平面図である。2A and 2B are plan views showing an outline of a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment.
【図3】(A)〜(F)は図2(A)のA−A’線にお
ける工程図(断面図)である。3A to 3F are process diagrams (cross-sectional views) taken along the line AA ′ in FIG.
【図4】実施例3の半導体装置の作製工程の概要を示す
平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an outline of a manufacturing process of a semiconductor device of Example 3;
【図5】(A)〜(E)は図4のB−B’線における工
程図(断面図)である。5A to 5E are process diagrams (cross-sectional views) taken along the line BB ′ of FIG.
101、201、301 ガラス基板 102、202、302 下地膜 103、203、303 非晶質ケイ素膜 103a、203a、303a 結晶性ケイ素膜 203b、303b 結晶性ケイ素膜 103n、203p、303n、303p 活性領域 204、304 マスク 206、306 結晶成長方向 107、207、307 ゲート絶縁膜 108、208、308、309 ゲート電極 109 酸化物層(陽極酸化層) 110、210、310、311 チャネル領域 111、112、211、212、312、313、3
14、315 ソース/ドレイン領域 113、213、316 層間絶縁膜 114、115、214、215、317、318、3
19 電極・配線101, 201, 301 Glass substrate 102, 202, 302 Underlayer film 103, 203, 303 Amorphous silicon film 103a, 203a, 303a Crystalline silicon film 203b, 303b Crystalline silicon film 103n, 203p, 303n, 303p Active region 204 , 304 mask 206, 306 crystal growth direction 107, 207, 307 gate insulating film 108, 208, 308, 309 gate electrode 109 oxide layer (anodized layer) 110, 210, 310, 311 channel region 111, 112, 211, 212, 312, 313, 3
14, 315 Source / drain regions 113, 213, 316 Inter-layer insulating film 114, 115, 214, 215, 317, 318, 3
19 electrodes and wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/336
Claims (9)
有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
置であって、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜に結晶化を助長する触媒
元素を蒸着法により導入し、該非晶質ケイ素膜に加熱処
理と、レーザ光または強光照射とを行うことにより結晶
成長させたものからなる半導体装置。1. A semiconductor device having an active region made of a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface, the active region promoting crystallization of an amorphous silicon film. A semiconductor device comprising a crystal element grown by introducing a catalytic element by a vapor deposition method and subjecting the amorphous silicon film to heat treatment and laser light or intense light irradiation.
有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
置であって、 前記活性領域は、非晶質ケイ素膜の一部に結晶化を助長
する触媒元素を蒸着法により選択的に導入し、該非晶質
ケイ素膜に加熱処理と、レーザ光または強光照射とを行
うことにより、該触媒元素が選択的に導入された領域の
周辺部において基板表面に対して概略平行な方向に結晶
成長を行わせたものからなる半導体装置。2. A semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, wherein the active region is crystallized in a part of an amorphous silicon film. Around the region where the catalytic element is selectively introduced by subjecting the amorphous silicon film to heat treatment and laser light or intense light irradiation by selectively introducing a catalytic element that promotes A semiconductor device comprising a crystal grown in a portion in a direction substantially parallel to the substrate surface.
t、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sbお
よびAlから選択される一種または複数種類の元素であ
る請求項1または2に記載の半導体装置。3. The catalyst element is Ni, Co, Pd, P
The semiconductor device according to claim 1, which is one or more kinds of elements selected from t, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As, Sb, and Al.
濃度が1×1016atoms/cm3〜1×1019at
oms/cm3である請求項1または2に記載の半導体
装置。4. The concentration of the catalytic element in the active region is 1 × 10 16 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 at.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has oms / cm 3 .
有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
置の製造方法であって、 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜を形成する工程の前または後におい
て、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
有する薄膜を蒸着する工程と、 該非晶質ケイ素膜を加熱により結晶化させる工程と、 加熱により結晶化されたケイ素膜にレーザ光または強光
を照射して結晶性を助長する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。5. A method of manufacturing a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, the method comprising forming an amorphous silicon film on the substrate. Before or after the step of forming the amorphous silicon film, a step of depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and crystallization of the amorphous silicon film by heating. And a step of irradiating a silicon film crystallized by heating with laser light or intense light to promote crystallinity.
有するケイ素膜からなる活性領域が形成された半導体装
置の製造方法であって、 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜を形成する工程の前または後におい
て、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
有する薄膜を、該非晶質ケイ素膜の一部と接するように
選択的に蒸着する工程と、 該非晶質ケイ素膜を加熱して、該非晶質ケイ素膜におけ
る該触媒元素を含有する薄膜が接した領域の周辺部に、
基板表面に対して概略平行な方向に結晶成長を行わせる
工程と、 加熱により結晶化されたケイ素膜にレーザー光または強
光を照射して、基板表面に対して概略平行な方向に結晶
成長を行わせた領域の結晶性を助長する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。6. A method of manufacturing a semiconductor device in which an active region made of a crystalline silicon film is formed on a substrate having an insulating surface, the method comprising: forming an amorphous silicon film on the substrate. Before or after the step of forming the amorphous silicon film, a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is selectively contacted with a part of the amorphous silicon film. A step of vapor deposition, and heating the amorphous silicon film, in the peripheral part of the region in contact with the thin film containing the catalytic element in the amorphous silicon film,
The process of crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface, and irradiating laser light or intense light to the silicon film crystallized by heating to cause crystal growth in a direction substantially parallel to the substrate surface. And a step of promoting crystallinity of the formed region, a method of manufacturing a semiconductor device.
触媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含
有する蒸着源と前記基板との距離を20cm以上にして
蒸着を行う請求項5または6に記載の半導体装置の製造
方法。7. When depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, the vapor deposition is performed with a distance of 20 cm or more between the deposition source containing the catalytic element and the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 or 6.
触媒元素を含有する薄膜を蒸着する際、該触媒元素を含
有する蒸着源と基板との間に、基板への多量の蒸着を抑
制する敷居板を設けて蒸着を行う請求項5または6に記
載の半導体装置の製造方法。8. When depositing a thin film containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, a large amount of vapor is deposited on the substrate between the deposition source containing the catalytic element and the substrate. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a threshold plate is provided to suppress vapor deposition.
d、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、
SbおよびAlから選択される一種または複数種類の元
素を用いる請求項5または6に記載の半導体装置の製造
方法。9. Ni, Co, P as the catalyst element
d, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein one or more kinds of elements selected from Sb and Al are used.
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