JPH0799314A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0799314A
JPH0799314A JP13363394A JP13363394A JPH0799314A JP H0799314 A JPH0799314 A JP H0799314A JP 13363394 A JP13363394 A JP 13363394A JP 13363394 A JP13363394 A JP 13363394A JP H0799314 A JPH0799314 A JP H0799314A
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JP
Japan
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film
crystal
nickel
region
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP13363394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kouyuu Chiyou
宏勇 張
Toru Takayama
徹 高山
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Hisashi Otani
久 大谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0799314A publication Critical patent/JPH0799314A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lower a temperature required for crystallization, and to shorten the time by conforming the direction of crystal growth and the direction that carriers are moved in a semiconductor device. CONSTITUTION:The foundation film 102 of silicon oxide is formed onto a substrate 101, and a mask 103 formed of method or silicon oxide film, is shaped. A nickel silicide film is formed selectively in a region 100. An intrinsic (I-type) amorphous silicon film is formed, and the amorphous silicon film is crystallized through annealing in an reductive hydrogen atmosphere for four hours. Impurities (phosphorus and boron) imparting one conductivity type are implanted into an active layer region. Accordingly, n-type impurity regions 114 and 116 and p-type impurity regions 111 and 113 are formed, and the region of a p- channel TFT (PTFT) and the region of an n-channel TFT (NTFT) can be formed. Annealing is conducted by the irradiation of laser beams.

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、ガラス等の絶縁基板上
に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有する半導
体装置及びその作製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上に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
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, active type liquid crystal display devices and image sensors using these TFTs for driving pixels are known.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪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が、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
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。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。
Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. The thin-film silicon semiconductor is roughly classified into two, that is, an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are the most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be relatively easily manufactured by the vapor phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to the silicon semiconductors it has,
In order to obtain higher speed characteristics in the future, establishment of a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor has been strongly demanded. As the crystalline silicon semiconductor, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous are known. .

【0004】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、 (1) 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (2) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光
のエネルギーにより結晶性を有せしめる。 (3) 非晶質の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。 と言った方法が知られている。しかしながら、(1)の
方法は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が技術上困難であり、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の問題もあった。また、(2)
の方法は、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、スループットが低いという問題がまずあり、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
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。(3)
の方法は、(1)、(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、やはり加熱温度として
600℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている7059ガラスの場合には、歪
み点が593℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。
As a method for obtaining these thin film silicon semiconductors having crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed and crystallized by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed in advance and heat energy is applied so that the film has crystallinity. The method is said to be known. However, in the method (1), it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor physical properties over the entire surface of the substrate, and since the film forming temperature is as high as 600 ° C. or more, it is inexpensive. There was also a cost problem that the glass substrate could not be used. Also, (2)
In the case of the most commonly used excimer laser, the method of (1) has a problem that throughput is low because the irradiation area of the laser beam is small, and the entire surface of a large area substrate is uniformly processed. The laser is not stable enough, and there is a strong sense that it is a next-generation technology. (3)
The method (1) has an advantage of being able to handle a large area as compared with the methods (1) and (2), but it is still necessary to set the heating temperature to a high temperature of 600 ° C. or higher, and an inexpensive glass substrate is used. Considering this, it is necessary to further lower the heating temperature. In particular, in the case of current liquid crystal display devices, the screen size is increasing, and therefore it is necessary to use a large glass substrate as well. When such a large glass substrate is used, shrinkage or distortion in the heating step, which is indispensable for semiconductor fabrication, lowers the accuracy of mask alignment and the like, which is a serious problem. Particularly, in the case of 7059 glass which is most commonly used at present, the strain point is 593 ° C., and the conventional heat crystallization method causes a large deformation. In addition to the problem of temperature, in the present process, the heating time required for crystallization reaches several tens of hours or more, so it is necessary to further shorten the heating time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、TFTの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, in a method of manufacturing a thin film of a crystalline silicon semiconductor using a method of crystallizing a thin film of amorphous silicon by heating, the temperature required for crystallization is lowered and the time is shortened. Its purpose is to provide a process that achieves both. Of course, the crystalline silicon semiconductor manufactured by using the process provided by the present invention has physical properties equal to or higher than those manufactured by the conventional technique and can be used for the active layer region of the TFT. It goes without saying that there is.

【0006】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をCVD法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。
BACKGROUND OF THE INVENTION The inventors of the present invention form an amorphous silicon semiconductor film by the CVD method or the sputtering method, and crystallize the film by heating, as described in the section of the conventional technique. Regarding the method, the following experiments and consideration were performed.

【0007】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まり、ある程度の膜厚以上では基板表
面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。
First, as an experimental fact, when an amorphous silicon film was formed on a glass substrate and the mechanism of crystallizing this film by heating was examined, crystal growth started from the interface between the glass substrate and amorphous silicon. It was confirmed that when the film thickness exceeds a certain level, it progresses in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0008】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基と
なる種)が存在しており、その核から結晶が成長してい
くことに起因すると考察される。このような結晶核は、
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス
表面の結晶成分(結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる)であると考えられる。
According to the above phenomenon, a crystal nucleus (a seed which is a basis of crystal growth) which is a basis of crystal growth exists at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, and a crystal grows from the nucleus. It is considered that it is due to going. Such crystal nuclei are
It is considered to be a trace amount of impurity metal elements present on the substrate surface or crystal components on the glass surface (so-called crystallized glass is believed to contain silicon oxide crystal components on the glass substrate surface). To be

【0009】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。
Therefore, it is thought that the crystallization temperature can be lowered by more positively introducing the crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal is formed on the substrate, An experiment was conducted to form a thin film of amorphous silicon on the top and then perform heat crystallization. As a result, a decrease in crystallization temperature was confirmed when several metals were formed on the substrate, and it was expected that crystal growth with foreign particles as crystal nuclei occurred. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals that could be lowered in temperature was investigated in more detail.

【0010】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の2段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。
Crystallization can be considered by dividing it into two stages: initial nucleation and crystal growth from the nuclei. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time until a point-like fine crystal is generated at a constant temperature, and this time is any value in the thin film on which the impurity metal is formed. The case was shortened, and the effect of introducing crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed. And, unexpectedly, the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, and it was found that after depositing a certain metal, the amorphous silicon thin film deposited on it was deposited. In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism will be described in detail later.

【0011】いずれにしろ、上記2つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、580℃以下の温度で4 時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であ
り、我々が選択した材料がニッケルである。
In any case, due to the above two effects, it has not been possible in the past to form a small amount of a certain kind of metal on a thin film of amorphous silicon and then heat crystallization. It was found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or lower in about 4 hours. Among the impurity metals having such an effect, the effect is most remarkable, and the material selected by us is nickel.

【0012】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニング70
59)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪素から
なる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶化する
場合、その加熱温度として600℃とした場合、加熱時
間として10時間以上の時間を必要としたが、ニッケル
の微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素からなる薄
膜を用いた場合には、4時間程度の加熱において同様な
結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化の判断
はラマン分光スペクトルを利用した。このことだけから
も、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るであろ
う。
To give an example of the effect of nickel, there is no treatment, that is, on a substrate on which a very small amount of nickel thin film has not been formed (Corning 70).
In 59), when a thin film made of amorphous silicon formed by plasma CVD is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere, when the heating temperature is 600 ° C., the heating time is 10 hours or more. Although it was necessary, when a thin film made of amorphous silicon on a substrate on which a small amount of a thin film of nickel was formed was used, a similar crystallization state could be obtained by heating for about 4 hours. In addition, Raman spectroscopy spectrum was utilized for the judgment of crystallization at this time. From this alone, it can be seen that the effect of nickel is very large.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
ニッケルの微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素か
らなる薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結
晶化に要する時間の短縮が可能である。そこで、このプ
ロセスをTFTの製造に用いることを前提に、さらに詳
細な説明を加えていくことにする。尚、後ほど詳述する
が、ニッケルの薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に
成膜しても同様の効果を有すること、及びイオン注入で
も同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連
の処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。
[Means for Solving the Problems] As can be seen from the above description,
When a thin film of amorphous silicon is formed after a thin film of nickel is formed, the crystallization temperature can be lowered and the time required for crystallization can be shortened. Therefore, on the premise that this process is used for manufacturing a TFT, a more detailed description will be added. As will be described later in detail, since the nickel thin film has the same effect not only on the substrate but also on the amorphous silicon, and because it was the same in the ion implantation, the present specification Then, this series of treatments will be referred to as "addition of a small amount of nickel".

【0014】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも、塗布
法やスピンコーティング法でも可能で、成膜方法は問わ
ないことが判明している。ただし、基板上に微量なニッ
ケル薄膜を成膜する場合、7059ガラス基板の上から
直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同基板上に
酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッケル薄膜
を成膜した場合の方が効果がより顕著である。この理由
として考えられることとして、珪素とニッケルが直接接
触していることが今回の低温結晶化には重要であり、70
59ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両者の接触あ
るいは反応を阻害するのではないかということが挙げら
れる。
First, a method of adding a small amount of nickel will be described. To add a small amount of nickel, a method of forming a small amount of nickel thin film on a substrate and then forming amorphous silicon
The method of forming amorphous silicon first and then forming a small amount of nickel thin film on it also has the same effect of lowering the temperature. The film forming method may be sputtering, vapor deposition, or coating. It has been proved that a spin coating method or a spin coating method can be used, and the film forming method does not matter. However, when forming a small amount of nickel thin film on a substrate, rather than forming a small amount of nickel thin film directly on the 7059 glass substrate, a thin film of silicon oxide is formed on the same substrate The effect is more remarkable when a thin nickel thin film is formed. One possible reason for this is that direct contact between silicon and nickel is important for this low-temperature crystallization.
In the case of 59 glass, it is possible that components other than silicon may interfere with the contact or reaction between the two.

【0015】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確
認された。ニッケルの量については、1×1015ato
ms/cm3 以上の量の添加において低温化が確認され
ているが、1×1021atoms/cm3 以上の添加量
においては、ラマン分光スペクトルのピークの形状が珪
素単体の物とは明らかに異なることから、実際に使用可
能であるのは1×1015atoms/cm3 〜5×10
19atoms/cm3 の範囲であると思われる。また、
半導体物性として、TFTの活性層に使用することを考
えると、この量を1×1015atoms/cm3 〜1×
1019atoms/cm3 に抑えることが必要である。
Further, as a method of adding a trace amount, it was confirmed that substantially the same effect was obtained by adding nickel by ion implantation, in addition to forming a thin film on or below the amorphous silicon. The amount of nickel is 1 × 10 15 ato
It has been confirmed that the addition of the amount of ms / cm 3 or more lowers the temperature. However, at the amount of addition of 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more, the peak shape of the Raman spectroscopic spectrum is clearly that of silicon alone. Since it is different, it is possible to actually use 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 × 10.
It seems to be in the range of 19 atoms / cm 3 . Also,
Considering that it is used as an active layer of a TFT as a semiconductor physical property, this amount is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 ×.
It is necessary to suppress it to 10 19 atoms / cm 3 .

【0016】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶成長及び結晶形態の特色について述べ、そこから推
測される結晶化機構について説明を加える。
Next, the characteristics of crystal growth and crystal morphology when a small amount of nickel is added will be described, and the crystallization mechanism inferred therefrom will be described.

【0017】上述の通り、ニッケルを添加しない場合に
は、基板界面等の結晶核からランダムに核が発生し、そ
の核からの結晶成長も同様にランダムで、作製方法によ
っては(110)或いは(111)に比較的配向した結
晶が得られることが報告されており、当然ながら薄膜全
体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。
As described above, when nickel is not added, nuclei are randomly generated from the crystal nuclei at the substrate interface, etc., and crystal growth from the nuclei is also random, depending on the manufacturing method (110) or ( It has been reported that relatively oriented crystals are obtained in (111), and of course, almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film.

【0018】まずこの機構を確認すべく、DSC(示差
走査熱量計)による解析を行った。プラズマCVDで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ700℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば10℃/minの速度で行った
場合には700.9℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を3種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ3.04eVという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。
First, in order to confirm this mechanism, a DSC (differential scanning calorimeter) analysis was performed. An amorphous silicon thin film formed on a substrate by plasma CVD was filled in a sample container with the substrate attached and the temperature was raised at a constant rate. Then,
A clear exothermic peak was observed at around 700 ° C., and crystallization was observed. This temperature naturally shifts when the temperature rising rate is changed, but when it was carried out at a rate of 10 ° C./min, for example, crystallization started from 700.9 ° C. Next, three types of temperature rising rates were measured, and the activation energy of crystal growth after initial nucleation was determined from them by the Ozawa method. Then, a value of about 3.04 eV was obtained. In addition, when the reaction rate equation was obtained by fitting with a theoretical curve, it was found that it was best explained by the disordered nucleation and its growth model, and nuclei were randomly generated from crystal nuclei such as the substrate interface. The validity of the model of crystal growth from nuclei was confirmed.

【0019】前述と全く同様の測定を、ニッケルを微量
添加したものについても行ってみた。すると、10℃/
minの速度で昇温を行った場合には619.9℃から
結晶化が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成長
の活性化エネルギーはおよそ1.87eVであって、結
晶成長が容易となっていることが数値的にも明らかとな
った。また、理論曲線とのフィッティングから求めた反
応速度式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶成
長に一定方向の方向性を有することが示唆された。
The same measurement as that described above was carried out for a sample to which a small amount of nickel was added. Then 10 ℃ /
When the temperature is raised at a rate of min, crystallization starts from 619.9 ° C., and the activation energy of crystal growth obtained from the series of measurements is about 1.87 eV, which facilitates crystal growth. It became clear numerically that it has become. In addition, it was suggested that the reaction rate equation obtained from the fitting with the theoretical curve is close to the one-dimensional interface-controlled model, and has a certain directionality in crystal growth.

【0020】次に、今回のニッケル微量添加したものの
結晶形態についてTEM(透過型電子顕微鏡)で観察し
た結果を示す。TEM観察の結果から判明した特徴的な
現象として、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部
分で結晶成長が異なるということが挙げられる。即ち、
ニッケルを添加した領域について、断面から観察する
と、モアレあるいは格子像とみられる縞が基板にほぼ垂
直に観測され、このことは添加したニッケルあるいはそ
の珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加して
いないものと同様に基板にほぼ垂直に柱状の結晶が成長
することを示すものと考えられる。ニッケルを添加した
領域について表面から観察すると、エピタキシーのよう
に完全に揃っている訳ではないことが判明した。そのこ
とを示すTED(透過電子線回折)パターンを図4に示
す。図4はニッケルを添加した領域に、膜面に垂直に電
子線を入射して得られたパターンであり、電子線の径は
数ミクロン、また中央の大きな黒丸は(000)からの
パターンである。図4から、少なくとも3種類程度の角
度のずれた結晶が観測され、また完全にはリングとなっ
ていないことから、一つの結晶粒がかなりの大きさを有
することが判明した。このことを更に確認すべく、薄膜
XRD(X線回折)を用いて、配向性の評価を行ったと
ころ、主として{111}あるいは{110}のピーク
が観測された。ここで{hkl}とは、(hkl)面に
等価な面の全てを含んだものを示す記号である。この結
果を、同じ膜厚のニッケルを添加していない薄膜を結晶
化したものの薄膜XRDの結果と比較したところ、今回
のニッケル微量添加したものは{110}に対して{1
11}の強度が明らかに増大しており、ニッケルを添加
することにより配向性が高くなっていることが明らかと
なった。
Next, the results of observing the crystal morphology of this time with a small amount of nickel added by TEM (transmission electron microscope) will be shown. A characteristic phenomenon found from the result of TEM observation is that the crystal growth differs between the nickel-added region and the vicinity thereof. That is,
When the nickel-added region is observed from the cross-section, moire or fringes that appear to be a lattice image are observed almost perpendicular to the substrate. It is considered that this shows that columnar crystals grow almost perpendicularly to the substrate as well as those that do not. When the nickel-added region was observed from the surface, it was found that the regions were not completely aligned like epitaxy. A TED (transmission electron beam diffraction) pattern showing this is shown in FIG. FIG. 4 shows a pattern obtained by injecting an electron beam perpendicularly to the film surface in a region to which nickel is added. The diameter of the electron beam is several microns, and the large black circle in the center is a pattern from (000). . From FIG. 4, it was found that at least about 3 types of crystals with different angles were observed, and because they were not completely ringed, one crystal grain had a considerable size. To further confirm this, when the orientation was evaluated using a thin film XRD (X-ray diffraction), mainly a peak of {111} or {110} was observed. Here, {hkl} is a symbol indicating all surfaces equivalent to the (hkl) surface. Comparing this result with the result of thin film XRD of a crystallized thin film of the same thickness not added with nickel, the amount of nickel added this time is {110} versus {1}.
11} clearly increased in strength, and it was revealed that the orientation was enhanced by adding nickel.

【0021】次いで、ニッケルを添加した領域の近傍の
結晶形態の観察結果を示す。まず、ニッケルを直接微量
添加していない領域が結晶化すること自体が予想外であ
ったのであるが、ニッケル微量添加部分、その近傍の横
方向の結晶成長部分(以後横成長部分と略)、更に遠方
の非晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行わ
れず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度を
SIMS( 二次イオン質量分析法) により調べた所、横
成長部分はニッケル微量添加部分部分から約1桁少ない
量が検出され、非晶質部分は更に約1桁少ない量が観測
された。すなわち、ニッケルはかなり広範囲に渡って拡
散しており、ニッケルを添加した領域の近傍の領域の結
晶化もまたニッケル微量添加の効果であると考えられ
る。
Next, the observation result of the crystal morphology in the vicinity of the region to which nickel is added will be shown. First, it was unexpected that the region where nickel was not directly added in a trace amount was crystallized, but a nickel trace added portion, a lateral crystal growth portion in the vicinity thereof (hereinafter abbreviated as a lateral growth portion), When the nickel concentration was examined by SIMS (secondary ion mass spectrometry) in the distant amorphous part (the low temperature crystallization is not performed in the part far away and the amorphous part remains), the lateral growth part Was detected in an amount of about one digit less than that of the portion containing a small amount of nickel, and an amount of about one digit less was observed in the amorphous portion. That is, nickel is diffused over a fairly wide range, and it is considered that crystallization of a region in the vicinity of the region to which nickel is added is also an effect of the trace amount of nickel.

【0022】まず、ニッケルを添加した領域の近傍の表
面TEM像を図5に示す。図より明らかなように、特徴
的な、幅の揃った針状または柱状の結晶が基板に平行方
向に観測される。この基板に平行な横成長は、ニッケル
を微量添加した領域から、大きいものでは数百μmも成
長することが観測され、時間の増加及び温度が高くなる
に比例して成長量も増大することも判った。例として、
550℃4時間においては約20μm程度の成長が観測
された。また、これらの結晶が交差する角度はいずれの
場合も約60度であり、場所によらないことも判明して
いる。次いで、上記領域のTEDパターンを図6及び図
7に示す。図6は針状結晶の先端を、図7はある程度針
状結晶が重なっている領域を示す。非常にパターンがシ
ンプルであり、単結晶或いは多くても双晶のようなもの
が見られる程度で、結晶方位は非常に揃っており、この
パターンは〔111〕入射と極めて良く一致している。
その結果、基板に平行な面が(111)であることが明
らかとなった。すると、結晶成長方向は、(111)に
垂直な方向であるので、上記横成長している結晶はその
軸方向が〔110〕方向であることがわかる。この関係
を、図8に簡単に示す。また、(110)面あるいは
〔110〕の軸方向は、〔111〕方向に対して6回対
称性を有しており、そのため前述の約60度で交差する
場合には、それぞれが〔110〕方向に結晶成長可能で
あって、図7のTEDパターンが単結晶ライクであるこ
とと矛盾はない。
First, FIG. 5 shows a surface TEM image in the vicinity of the region to which nickel is added. As is clear from the figure, characteristic needle-like or columnar crystals with uniform width are observed in the direction parallel to the substrate. It is observed that the lateral growth parallel to the substrate grows up to several hundreds μm in a large area from the region where a small amount of nickel is added, and the growth amount may increase in proportion to the increase of time and temperature. understood. As an example,
A growth of about 20 μm was observed at 550 ° C. for 4 hours. It is also known that the angle at which these crystals intersect is about 60 degrees in any case and does not depend on the location. Next, the TED pattern in the above area is shown in FIGS. FIG. 6 shows the tip of the needle-shaped crystal, and FIG. 7 shows the region where the needle-shaped crystals overlap to some extent. The pattern is very simple, and single crystals or twin crystals at most can be seen, and the crystal orientations are very uniform, and this pattern is in very good agreement with [111] incidence.
As a result, it was revealed that the plane parallel to the substrate was (111). Then, since the crystal growth direction is a direction perpendicular to (111), it can be seen that the axial direction of the laterally grown crystal is the [110] direction. This relationship is briefly shown in FIG. Further, the (110) plane or the [110] axial direction has a six-fold symmetry with respect to the [111] direction. Therefore, when intersecting at about 60 degrees described above, each of them is [110]. There is no contradiction that the crystal can be grown in any direction and the TED pattern of FIG. 7 is like a single crystal.

【0023】以上の実験事実に基づき、発明者らは以下
のような機構により結晶化が進行すると考えている。
Based on the above experimental facts, the inventors believe that crystallization proceeds by the following mechanism.

【0024】まず、核発生が起こるが、この際の活性化
エネルギーがニッケルの微量添加により低減される。こ
のことはニッケルを添加することにより、より低温から
結晶化が発生していることから自明であって、この理由
としてはニッケルの異物としての効果以外にも、ニッケ
ルと珪素からなる金属間化合物の内の一つが、結晶シリ
コンと格子定数が近いことに起因している可能性もある
と考えている。また、この核発生はニッケルの添加した
領域全面についてほぼ同時に発生するため、結果として
結晶成長は面のまま成長するような機構となり、この場
合反応速度式は一次元的界面律速過程となり、基板に概
略垂直な柱状の結晶が得られる。しかしながら、膜厚に
制限されること、及び応力等の影響で、完全に揃った結
晶軸を有するとまではいかない。
First, nucleation occurs, but the activation energy at this time is reduced by the addition of a small amount of nickel. This is obvious from the fact that the addition of nickel causes crystallization to occur at a lower temperature. The reason for this is not only the effect of nickel as a foreign substance but also the intermetallic compound of nickel and silicon. I think that one of them may be due to the fact that the lattice constant is close to that of crystalline silicon. Also, since this nucleation occurs almost at the same time on the entire surface of the region where nickel is added, the mechanism is such that crystal growth grows as it is, and in this case the reaction rate equation becomes a one-dimensional interface rate-determining process, A substantially vertical columnar crystal is obtained. However, the crystal axes are not perfectly aligned due to the limitation of the film thickness and the influence of stress and the like.

【0025】しかしながら、基板に水平方向は、垂直方
向と比較して均質であるため、柱状あるいは針状の結晶
がニッケル添加部分を核として横方向に揃って成長し、
その方向は〔110〕となる。勿論この場合も反応速度
式は一次元界面律速型となることが予想される。結晶成
長の活性化エネルギーは、前述の通りニッケルを添加す
ることにより低減されているため、この横方向の成長速
度は非常に速いことが期待され、事実そうなっている。
ただし、〔110〕方向に結晶成長する理由はまだ解明
できていない。
However, since the horizontal direction on the substrate is more uniform than the vertical direction, columnar or acicular crystals grow in the horizontal direction with the nickel-added portion as a nucleus,
The direction is [110]. Of course, in this case as well, the reaction rate equation is expected to be a one-dimensional interface-controlled type. Since the activation energy of crystal growth is reduced by adding nickel as described above, this lateral growth rate is expected to be very high, and this is the case.
However, the reason why crystals grow in the [110] direction has not yet been clarified.

【0026】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十時
間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率
の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニ
ッケルの添加量を前述の様に1017atoms/cm3
〜1018atoms/cm3 程度とした場合には、ニッ
ケルの準位に起因すると思われる様な挙動は観測されな
かった。即ち、この実験事実からは、上記の濃度であれ
ばTFTの活性層等として使用が可能であることが考察
される。
Next, the electrical characteristics of the above-mentioned trace amount nickel addition portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof will be described. The electrical characteristics of the portion with a small amount of nickel added are about the same as those of the film with almost no nickel added, that is, the values obtained by crystallization at about 600 ° C. for several tens of hours. When the activation energy was calculated from the property, the addition amount of nickel was 10 17 atoms / cm 3 as described above.
When it was set to about 10 18 atoms / cm 3, no behavior that could be attributed to the nickel level was observed. That is, from this experimental fact, it is considered that the above concentration can be used as an active layer of a TFT or the like.

【0027】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少
ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。即
ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の
粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい
状態が実現されている、と考えることができる。
On the other hand, the lateral growth portion has a conductivity higher than that of the nickel trace addition portion by one digit or more, which is a considerably high value for a crystalline silicon semiconductor. This is considered to be due to the fact that there was little or no grain boundaries existing during the passage of electrons between the electrodes because the current path direction was aligned with the lateral growth direction of the crystal,
It is consistent with the result of the transmission electron micrograph. That is, it can be considered that the carrier moves along the grain boundaries of the crystals grown in a needle shape or a columnar shape, so that the carrier is easily moved.

【0028】そこで、本発明は、上記結晶粒界に概略沿
った方向と半導体装置(例えばTFT)内のキャリアが
移動する方向を概略一致せしめることにより、キャリア
の移動度を向上させるものである。この結晶粒界に沿っ
た方向は、針状または柱状に結晶成長した成長方向であ
り、しかもこの成長方向は、〔110〕の軸方向に結晶
性を有する方向であり、さらにまたこの方向は、前述の
ように他の方向(例えば結晶成長に垂直な方向)に対し
て選択的に高い導電率を有する方向である。また現実問
題として、結晶成長方向とキャリアの流れる方向とが完
全に一致することは困難であり、また結晶も完全に全面
に渡って、一様な方向に揃って成長するわけではない。
そこで実際問題としては、結晶成長の方向は平均的な方
向として定められる。またその方向とキャリアの流れる
方向とは±20°程度の範囲であれば一致しているとみ
なすことができる。
Therefore, the present invention improves the mobility of carriers by making the direction substantially along the crystal grain boundaries and the direction in which carriers in a semiconductor device (for example, TFT) move substantially coincide with each other. The direction along the crystal grain boundaries is the direction of crystal growth in the form of needles or columns, and this growth direction is the direction having crystallinity in the [110] axial direction, and this direction is also As described above, this is a direction that selectively has a high conductivity with respect to other directions (for example, a direction perpendicular to crystal growth). Further, as a practical matter, it is difficult for the crystal growth direction and the carrier flow direction to completely coincide with each other, and the crystal does not completely grow in a uniform direction over the entire surface.
Therefore, as a practical matter, the direction of crystal growth is determined as an average direction. Further, it can be considered that the direction and the carrier flow direction are coincident with each other within a range of about ± 20 °.

【0029】また、本発明で用いられる基板上の結晶性
珪素膜は、単結晶珪素でなはいことは重要である。即
ち、薄膜状に結晶化した結晶性珪素膜であって、しかも
その結晶成長の方向が〔110〕の軸方向であることが
特徴であり、単結晶珪素とは本質的に異なるものであ
る。従って、特に本発明における結晶性珪素膜を結晶性
を有する非単結晶珪素膜ということができる。
It is important that the crystalline silicon film on the substrate used in the present invention is not single crystal silicon. That is, it is a crystalline silicon film crystallized into a thin film, and its crystal growth direction is the [110] axial direction, which is essentially different from single crystal silicon. Therefore, the crystalline silicon film in the present invention can be particularly referred to as a non-single crystalline silicon film having crystallinity.

【0030】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でTFTに応用する方法について説明する。ここでTF
Tの応用分野としてはTFTを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。
Finally, a method of applying to a TFT based on the above various characteristics will be described. Where TF
As an application field of T, an active matrix type liquid crystal display device using a TFT for driving a pixel is assumed.

【0031】前述の様に、最近の大画面のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮
みを抑えることが重要であるが、本発明のニッケル微量
添加プロセスを用いることにより、ガラスの歪み点に比
較して十分に低い温度で結晶化が可能であり、特に好適
である。本発明を用いれば、従来非晶質珪素を用いてい
た部分を、ニッケルを微量添加し、500〜550℃程
度で4時間程度結晶化させることにより、結晶性を有す
るシリコンに置き換えることが容易に可能である。勿
論、デザインルール等をそれ相応に変更する必要はある
が、装置、プロセス共従来の物で十分に対応可能であ
り、そのメリットは大きいものと考えられる。
As described above, in the recent large-screen active matrix type liquid crystal display device, it is important to suppress the shrinkage of the glass substrate. However, by using the nickel trace amount addition process of the present invention, the distortion of the glass is suppressed. Crystallization is possible at a temperature sufficiently lower than that of the point, which is particularly preferable. According to the present invention, it is possible to easily replace a portion where amorphous silicon has been conventionally used with crystalline silicon by adding a small amount of nickel and crystallizing it at about 500 to 550 ° C. for about 4 hours. It is possible. Needless to say, it is necessary to change the design rules and the like accordingly, but it is considered that the existing equipment for both the equipment and the process can suffice, and its merit is great.

【0032】しかも、今回の発明を用いれば、画素に用
いるTFTと、周辺回路のドライバーを形成するTFT
とを、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分
けることも可能であり、アクティブ型液晶表示装置への
応用に特にメリットが多い。画素に用いるTFTは、そ
れほどのモビリティは必要とされておらず、それよりは
オフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこで
本発明を用いる場合には、画素に用いるTFTとなるべ
き領域に直接ニッケル微量添加を行うことによって、結
晶を縦方向に成長させ、その結果チャネル方向に粒界を
多数形成してオフ電流を低下させることが可能である。
それに対して、周辺回路のドライバーを形成するTFT
は、今後ワークステーションへの応用等を考えた場合に
は、非常に高いモビリティが必要である。そこで本発明
を応用する場合には、周辺回路のドライバーを形成する
TFTの近傍にニッケルの微量添加を行い、そこから一
方向に結晶を成長させ、その結晶成長方向をチャネルの
電流のパス方向と揃えることにより、非常に高いモビリ
ティを有するTFTを作製することが可能である。
Moreover, according to the present invention, the TFT used for the pixel and the TFT forming the driver of the peripheral circuit
It is also possible to separately form and using the crystal forms according to the characteristics, which is particularly advantageous for application to the active liquid crystal display device. A TFT used for a pixel does not require so much mobility, and a smaller off-current is more advantageous than that. Therefore, in the case of using the present invention, a small amount of nickel is directly added to a region to be a TFT used for a pixel to grow a crystal in the vertical direction, and as a result, a large number of grain boundaries are formed in the channel direction to turn off current. It can be lowered.
On the other hand, the TFT that forms the driver of the peripheral circuit
Will need very high mobility when it is applied to workstations in the future. Therefore, in the case of applying the present invention, a small amount of nickel is added in the vicinity of the TFT forming the driver of the peripheral circuit, and a crystal is grown in one direction from that, and the crystal growth direction is defined as the channel current path direction. By aligning them, it is possible to fabricate a TFT having extremely high mobility.

【0033】このようにして特定の方向に選択的に結晶
化をおこなわせしめて、結晶性珪素膜を得ることができ
るが、このような結晶性珪素膜の特性をより向上せしめ
んとすれば、結晶化工程の後に、レーザーもしくはそれ
と同等な強光を照射することによって、粒界等に残存す
る結晶化の不十分な成分を結晶化させてやればよい。こ
の工程においては、残っていた非晶質成分は先の加熱工
程によって形成された結晶を核として結晶成長し、粒界
が消滅してしまうのでより高い特性を得ることができ
る。
In this way, a crystalline silicon film can be obtained by selectively performing crystallization in a specific direction, but if the characteristics of such a crystalline silicon film are further improved, After the crystallization step, a laser or intense light equivalent thereto may be irradiated to crystallize the insufficiently crystallized component remaining in the grain boundary or the like. In this step, the remaining amorphous component grows with the crystal formed by the previous heating step as a nucleus and the grain boundary disappears, so that higher characteristics can be obtained.

【0034】[0034]

【作用】薄膜半導体を用いた半導体装置において、膜の
平面方向に針状または柱状に結晶成長した結晶性珪素膜
の結晶成長方向をキャリアの移動方向とすることによ
り、キャリアの移動を結晶粒界に沿った方向とすること
ができ、キャリアを高移動度で動かすことができる。
In a semiconductor device using a thin film semiconductor, the movement of carriers is set at the crystal grain boundary by setting the crystal growth direction of the crystalline silicon film, which has been crystal-grown in a needle shape or a column shape in the plane direction of the film, as the movement direction of carriers. Can be in the direction along, and the carrier can be moved with high mobility.

【0035】[0035]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に結晶シリコン
を用いたPチャネル型TFT(PTFTという)とNチ
ャネル型TFT(NTFTという)とを相補型に組み合
わせた回路を形成する例である。本実施例の構成は、ア
クティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイッチング素
子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージセンサや集
積回路に利用することができる。
[Embodiment 1] This embodiment is an example of forming a circuit in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) using crystalline silicon and an N-channel TFT (referred to as NTFT) are combined in a complementary type on a glass substrate. . The structure of this embodiment can be used for a switching element of a pixel electrode of an active type liquid crystal display device, a peripheral driver circuit, an image sensor and an integrated circuit.

【0036】図1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)101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。つぎにメタルマスクまたは酸化珪
素膜等によって形成されたマスク103を設ける。この
マスク103は、スリット状に下地膜102を露呈させ
る。この状態を上面から見ると、スリット状に下地膜1
02は露呈しており、他ぼ部分はマスクされている状態
となっている。
FIG. 1 shows a sectional view of the manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-Å-thick silicon oxide base film 102 was formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. Next, a mask 103 formed of a metal mask or a silicon oxide film is provided. The mask 103 exposes the base film 102 in a slit shape. When this state is viewed from above, the base film 1 is slit-shaped.
02 is exposed, and the other part is masked.

【0037】上記マスク103を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの珪
化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を100の領域に選択的に成
膜する。(図1(A))
After the mask 103 is provided, a nickel silicide film (chemical formula NiSi x , 0.4 ≦ x ≦ 2.0.5-200 Å, for example, 20 Å) is formed by a sputtering method.
5, for example, x = 2.0) is selectively formed in 100 regions. (Fig. 1 (A))

【0038】つぎに、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)
の非晶質珪素膜104を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧),550℃、または不活性雰囲気化(大気圧),5
50℃、で4時間アニールして結晶化させる。この際、
珪化ニッケル膜が選択的に成膜された100の領域にお
いては、基板101に対して垂直方向に結晶性珪素膜1
04の結晶化が起こる。そして、領域100以外の領域
では、矢印105で示すように、領域100から横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われる。
Next, an intrinsic (I type) having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 1000 Å, is formed by the plasma CVD method.
The amorphous silicon film 104 is formed. Then, in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the hydrogen partial pressure is 0.1 to 1 atm) at 550 ° C., or in an inert atmosphere (atmospheric pressure), 5
Crystallize by annealing at 50 ° C. for 4 hours. On this occasion,
In the region 100 where the nickel silicide film is selectively formed, the crystalline silicon film 1 is formed in the direction perpendicular to the substrate 101.
Crystallization of 04 occurs. Then, in regions other than the region 100, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region 100, as indicated by an arrow 105.

【0039】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜104を得ることができる。その
後、スパッタリング法によって厚さ1000Åの酸化珪
素膜106をゲイト絶縁膜として成膜する。スパッタリ
ングには、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタ
リング時の基板温度は200〜400℃、例えば350
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン/酸素=0〜0.5、例えば0.1以下とする。引き
続いて、スパッタリング法によって、厚さ6000〜8
000Å、例えば6000Åのアルミニウム(0.1〜
2%のシリコンを含む)を成膜する。なお、この酸化珪
素膜106とアルミニウム膜の成膜工程は連続的に行う
ことが望ましい。
As a result of the above steps, the crystalline silicon film 104 can be obtained by crystallizing the amorphous silicon film. After that, a silicon oxide film 106 having a thickness of 1000 Å is formed as a gate insulating film by a sputtering method. For sputtering, silicon oxide is used as a target, and the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example 350.
The sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.1 or less. Subsequently, a thickness of 6000 to 8 is obtained by a sputtering method.
000Å, for example 6000Å aluminum (0.1 to
2% silicon) is deposited. It is desirable that the steps of forming the silicon oxide film 106 and the aluminum film are continuously performed.

【0040】そして、珪素膜104をパターニングし
て、ゲイト電極107、109を形成する。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108、110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
った。得られた酸化物層108、110の厚さは200
0Åであった。なお、この酸化物108と110とは、
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。
Then, the silicon film 104 is patterned to form gate electrodes 107 and 109. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 108 and 110 on the surface. This anodic oxidation was performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The resulting oxide layers 108, 110 have a thickness of 200.
It was 0Å. The oxides 108 and 110 are
The thickness of the offset gate region is formed in the subsequent ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined by the anodizing process.

【0041】次に、イオンドーピング法によって、活性
層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成する)に一
導電型を付与する不純物を添加する。このドーピング工
程において、ゲイト電極107とその周囲の酸化層10
8、ゲイト電極109とその周囲の酸化層110をマス
クとして不純物(燐およびホウ素)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(B26 )を用い、前者の場合は、加速電圧を60
〜90kV、例えば80kV、後者の場合は、40〜8
0kV、例えば65kVとする。ドース量は1×1015
〜8×1015cm-2、例えば、燐を2×1015cm-2
ホウ素を5×1015とする。ドーピングに際しては、一
方の領域をフォトレジストで覆うことによって、それぞ
れの元素を選択的にドーピングする。この結果、N型の
不純物領域114と116、P型の不純物領域111と
113が形成され、Pチャネル型TFT(PTFT)の
領域とNチャネル型TFT(NTFT)との領域を形成
することができる。
Next, an impurity imparting one conductivity type is added to the active layer region (which constitutes the source / drain and the channel) by the ion doping method. In this doping process, the gate electrode 107 and the oxide layer 10 around it are formed.
8. Impurities (phosphorus and boron) are implanted using the gate electrode 109 and the oxide layer 110 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) were used as the doping gas, and the acceleration voltage was 60 in the former case.
~ 90 kV, for example 80 kV, in the latter case 40-8
It is set to 0 kV, for example, 65 kV. The dose is 1 × 10 15
~ 8 × 10 15 cm -2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm -2 ,
Boron is 5 × 10 15 . Upon doping, one region is covered with a photoresist to selectively dope each element. As a result, N-type impurity regions 114 and 116 and P-type impurity regions 111 and 113 are formed, and a P-channel type TFT (PTFT) region and an N-channel type TFT (NTFT) region can be formed. .

【0042】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。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ショット照射する。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
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、こ
のレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行
し、P型を付与する不純物がドープされた不純物領域1
11と113、さらにはNを付与する不純物がドープさ
れた不純物領域114と116は、容易に活性化させる
ことができる。
After that, annealing is 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
Irradiate a shot, for example, two shots. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. In this laser annealing step, since nickel has diffused into the previously crystallized region, recrystallization easily proceeds by the irradiation of this laser light, and the impurities doped with the impurity imparting P-type are doped. Area 1
11 and 113, and the impurity regions 114 and 116 doped with the impurity imparting N can be easily activated.

【0043】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、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多層膜によってTF
Tの電極・配線117、120、119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を相補型に構成した半導体回路を完成
した。(図1(D))
Then, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000Å is formed.
8 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and a TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 117, 120, and 119 are formed. Finally, annealing was carried out at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT structure. (Fig. 1 (D))

【0044】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。
The circuit shown above has a CMOS structure in which PTFT and NTFT are provided in a complementary type. In the above process, two independent TFTs are formed at the same time by forming two TFTs at the same time and cutting them at the center. It is also possible to produce.

【0045】図2に、図1(D)を上面から見た概要を
示す。図2における符号は図1の符号に対応する。図2
に示すように結晶化の方向は矢印で示す方向であり、ソ
ース/ドレイン領域の方向(ソース領域とドレイン領域
を結んだ線方向)に結晶成長が行われている。この構成
のTFTの動作時において、キャリアはソース/ドレイ
ン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って移動す
る。即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界
に沿って移動する。従って、キャリアが移動する際に受
ける抵抗を低減することができ、高移動度を有するTF
Tを得ることができる。
FIG. 2 shows an outline of FIG. 1 (D) as seen from above. The reference numerals in FIG. 2 correspond to those in FIG. Figure 2
As shown in FIG. 3, the crystallization direction is the direction indicated by the arrow, and the crystal growth is performed in the direction of the source / drain region (the line direction connecting the source region and the drain region). During operation of the TFT having this structure, carriers move between the source / drain along the crystals grown in a needle-like or columnar shape. That is, the carriers move along the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals. Therefore, it is possible to reduce the resistance that the carrier receives when moving, and the TF having high mobility.
T can be obtained.

【0046】本実施例においては、Niを導入する方法
として、非晶質珪素膜104下の下地膜102上に選択
的にNiを薄膜(極めて薄いので、膜として観察するこ
とは困難である)として形成し、この部分から結晶成長
を行わす方法を採用したが、非晶質珪素膜104を形成
後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方法でもよ
い。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面から行っても
よいし、下面から行ってもよい。また、予め非晶質珪素
膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッ
ケルイオンをこの非晶質珪素膜104中に選択的に注入
する方法を採用してもよい。この場合は、ニッケル元素
の濃度を制御することができるという特徴を有する。
In this embodiment, as a method of introducing Ni, Ni is selectively thin film on the underlying film 102 under the amorphous silicon film 104 (it is extremely thin, so it is difficult to observe it as a film). However, a method of selectively forming a nickel silicide film after forming the amorphous silicon film 104 may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film. Alternatively, a method of forming an amorphous silicon film in advance and then selectively implanting nickel ions into the amorphous silicon film 104 by using an ion doping method may be adopted. In this case, there is a feature that the concentration of nickel element can be controlled.

【0047】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。また、N
チャネル型ではなくPチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の装置に利用することができる。即ち薄膜ト
ランジタと利用するのであれば、特にその用途が限定さ
れるものではない。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided in each pixel as a switching element in an active liquid crystal display device. Although one pixel will be described below, a large number of pixels (generally several hundreds of thousands) are formed in the same structure. Also, N
It goes without saying that the P-channel type may be used instead of the channel type. Further, instead of being provided in the pixel portion of the liquid crystal display device, it can be used in the peripheral circuit portion. It can also be used for image sensors and other devices. That is, if it is used as a thin film transistor, its use is not particularly limited.

【0048】本実施例の作製工程の概略を図3に示す。
本実施例において、基板201としてはコーニング70
59ガラス基板(厚さ1.1mm、300×400m
m)を使用した。まず、下地膜203(酸化珪素)をス
パッタリング法で2000Åの厚さに形成する。この後
選択的にニッケルを導入するために、メタルマスクや酸
化珪素膜、またはフォトレジスト等により、マスク20
3を形成する。そして、スパッタリング法により珪化ニ
ッケル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタ
リング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの
厚さに形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式NiS
x 、0.4≦x≦2.5、例えば、x=2.0で示さ
れる。このようにして、選択的に領域204に珪化ニッ
ケル膜が形成される。
An outline of the manufacturing process of this example is shown in FIG.
In this embodiment, Corning 70 is used as the substrate 201.
59 glass substrate (thickness 1.1 mm, 300 x 400 m
m) was used. First, the base film 203 (silicon oxide) is formed to a thickness of 2000 Å by a sputtering method. After that, in order to selectively introduce nickel, a mask 20 is formed by a metal mask, a silicon oxide film, a photoresist, or the like.
3 is formed. Then, a nickel silicide film is formed by the sputtering method. This nickel silicide film is formed by sputtering to a thickness of 5 to 200Å, for example, 20Å. This nickel silicide film has the chemical formula NiS
i x , 0.4 ≦ x ≦ 2.5, for example, x = 2.0. In this way, the nickel silicide film is selectively formed in the region 204.

【0049】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を1000Åの厚さに形成
し、400℃で1時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜1気
圧)、550℃で4時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。
After this, the LPCVD method or plasma C
An amorphous silicon film 205 is formed to a thickness of 1000 Å by the VD method, dehydrogenated at 400 ° C. for 1 hour, and then crystallized by heating annealing. This annealing step was performed at 550 ° C. for 4 hours in a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to 1 atm). Further, this heat annealing step may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen.

【0050】このアニール工程において、非晶質珪素膜
205下の一部の領域には、珪化ニッケル膜が形成され
ているので、この部分から結晶化が起こる。この結晶化
の際、図3(B)の矢印で示すように、珪化ニッケルが
成膜されている部分204では、基板201に垂直方向
にシリコンの結晶成長が進行する。また、同様に矢印で
示されるように、珪化ニッケルが成膜されいていない領
域(領域205以外の領域)においては、基板に対し、
平行な方向に結晶成長が行われる。
In this annealing step, since the nickel silicide film is formed in a part of the region under the amorphous silicon film 205, crystallization occurs from this part. During this crystallization, as shown by the arrow in FIG. 3B, in the portion 204 where the nickel silicide is formed, the crystal growth of silicon proceeds in the direction perpendicular to the substrate 201. Similarly, as indicated by an arrow, in a region where nickel silicide is not formed (region other than the region 205),
Crystal growth is performed in the parallel direction.

【0051】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜2
05を得ることができる。次に、上記半導体膜205を
パターニングして島状の半導体領域(TFTの活性層)
を形成する。さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ70〜120n
m、典型的には100nm)206を形成する。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために400℃以
下、好ましくは200〜350℃とする。
Thus, the semiconductor film 2 made of crystalline silicon
05 can be obtained. Next, the semiconductor film 205 is patterned to form an island-shaped semiconductor region (active layer of TFT).
To form. Furthermore, tetra-ethoxy-silane (TEO
S) as a raw material by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere by a silicon oxide gate insulating film (thickness 70 to 120 n
m, typically 100 nm) 206. The substrate temperature is 400 ° C. or lower, preferably 200 to 350 ° C., in order to prevent the glass from shrinking or warping.

【0052】次に、公知のシリコンを主成分とした膜を
CVD法で形成し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極207を形成する。その後、N型の不純物と
して、リンをイオンドーピング法で注入し、自己整合的
にソース領域208、チャネル形成領域209、ドレイ
ン領域210を形成する。そして、KrFレーザー光を
照射することによって、イオンドーピングのために結晶
性の劣化した珪素膜の結晶性を改善させる。このときに
はレーザー光のエネルギー密度は250〜300mJ/
cm2 とする。このレーザー照射によって、このTFT
のソース/ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/
cm2 となる。
Next, a known film containing silicon as a main component is formed by the CVD method and is patterned,
A gate electrode 207 is formed. After that, phosphorus is implanted as an N-type impurity by an ion doping method to form the source region 208, the channel formation region 209, and the drain region 210 in a self-aligned manner. Then, by irradiating the KrF laser beam, the crystallinity of the silicon film whose crystallinity is deteriorated due to the ion doping is improved. At this time, the energy density of the laser light is 250 to 300 mJ /
cm 2 By this laser irradiation, this TFT
Source / drain sheet resistance is 300-800Ω /
It becomes cm 2 .

【0053】その後、酸化珪素によって層間絶縁物21
1を形成し、さらに、画素電極212をITOによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、TF
Tのソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層
膜で電極213、214を形成し、このうち一方の電極
213はITO121にも接続するようにする。最後
に、水素中で200〜300℃で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
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。
After that, the interlayer insulator 21 is made of silicon oxide.
1 is formed, and the pixel electrode 212 is further formed of ITO. Then, a contact hole is formed and TF
Electrodes 213 and 214 are formed in the source / drain regions of T by a chromium / aluminum multilayer film, and one of these electrodes 213 is also connected to the ITO 121. Finally, anneal in hydrogen at 200-300 ° C for 2 hours,
Complete hydrogenation of silicon. In this way, the TFT
To complete. This step is simultaneously performed on many other pixel regions at the same time.

【0054】本実施例で作製したTFTは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の
結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの
移動度の高いTFTを得ることができた。本実施例で作
製したTFTはNチャネル型であり、その移動度は、9
0〜130(cm2 /Vs)であった。従来の600
℃、48時間の熱アニールによる結晶化によって得られ
た結晶シリコン膜を用いたNチャネル型TFTに移動
が、80〜100(cm2 /Vs)であったことと比較
すると、これはこれは大きな特性の向上である。
The TFT manufactured in this example uses a crystalline silicon film which is crystal-grown in the carrier flow direction as an active layer forming a source region, a channel forming region and a drain region. Since the carrier does not traverse, that is, the carrier moves along the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals, a TFT with high carrier mobility can be obtained. The TFT manufactured in this example is an N-channel type, and its mobility is 9
It was 0 to 130 (cm 2 / Vs). Conventional 600
This is large compared with the fact that the migration to the N channel type TFT using the crystalline silicon film obtained by the crystallization by the thermal annealing at 48 ° C. for 48 hours was 80 to 100 (cm 2 / Vs). It is the improvement of characteristics.

【0055】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Pチャネル型TFTを作製し、その移動度を測定す
ると、50〜80(cm2 /Vs)であった。これも従
来の600℃、48時間の熱アニールによる結晶化によ
って得られた結晶性珪素膜を用いたPチャネル型TFT
に移動が、30〜60(cm2 /Vs)であったことに
比較すると大きな特性の向上である。
A P-channel TFT was manufactured by the same manufacturing method as in the above step, and its mobility was measured and found to be 50 to 80 (cm 2 / Vs). This is also a P-channel TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by conventional thermal annealing at 600 ° C. for 48 hours.
This is a great improvement in characteristics in comparison with the movement of 30 to 60 (cm 2 / Vs).

【0056】〔実施例3〕本実施例は、実施例2に示す
TFTにおいて、結晶の成長方向に大して垂直な方向に
ソース/ドレインを設けた例である。即ち、移動する方
向が結晶成長方向とは垂直になっており、針状あるいは
柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキャリアが移
動する構成とした例である。このような構成とすると、
ソース/ドレイン間の抵抗を高くすることができる。こ
れは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶の結晶粒界
を横切るようにキャリアが移動しなければならないため
である。本実施例の構成を実現するには、実施例2に示
す構成において、単にTFTをどのような向きで設ける
かを設定すればよい。
[Embodiment 3] This embodiment is an example in which the source / drain is provided in the TFT shown in the embodiment 2 in a direction substantially perpendicular to the crystal growth direction. That is, this is an example in which the moving direction is perpendicular to the crystal growth direction, and the carriers move so as to cross the crystal grain boundaries of needle-like or columnar crystals. With this configuration,
The resistance between the source / drain can be increased. This is because the carriers must move so as to cross the crystal grain boundaries of the crystals that have grown like needles or columns. In order to realize the structure of this embodiment, it is sufficient to simply set the orientation of the TFT in the structure shown in the second embodiment.

【0057】〔実施例4〕本実施例は、実施例2に示す
構成において、TFTを設ける向き(ここではソース/
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでTFTの方向を決めることとする)を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、TFTの特性を選択することを要
旨とする。
[Embodiment 4] In this embodiment, in the structure shown in Embodiment 2, the direction in which a TFT is provided (source / source here) is used.
It is defined by the line connecting the drain regions. That is, the characteristic of the TFT is selected by setting the direction of the TFT depending on the direction of carrier flow) at an arbitrary angle with the crystal growth direction of the crystalline silicon film with respect to the substrate surface.

【0058】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。
As described above, when carriers are moved in the crystal growth direction, the carriers move along the crystal grain boundaries, so that the mobility can be improved. on the other hand,
When carriers are moved in a direction perpendicular to the crystal growth direction, the carriers have to cross a large number of grain boundaries, so that the mobility of carriers decreases.

【0059】そこで、この2つの状態の間で、即ち結晶
成長方向とキャリアの移動する方向との角度を0〜90
°の範囲において設定することにより、キャリアの移動
度を制御することができる。また別な見方をするなら
ば、上記結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角
度設定することにより、ソース/ドレイン領域間の抵抗
を制御できることになる。勿論この構成は、実施例1に
示す構成にも利用することができる。この場合、図2に
示すスリット状のニッケル微量添加領域100が0〜9
0°の範囲で回転し、矢印105で示す結晶の成長方向
と、ソース/ドレイン領域を結ぶ線との角度が0〜90
°範囲で選択されることになる。そして、この角度が、
0°に近い場合は移動度が大きく、ソース/ドレイン間
の電気抵抗が小さい構成とすることができる。またこの
角度が90°に近い場合、移動度が大きく、ソース/ド
レイン間の抵抗が小さい構成とすることができる。
Therefore, between these two states, that is, the angle between the crystal growth direction and the moving direction of carriers is 0 to 90.
The carrier mobility can be controlled by setting in the range of °. From another point of view, the resistance between the source / drain regions can be controlled by setting the angle between the crystal growth direction and the carrier movement direction. Of course, this structure can also be used for the structure shown in the first embodiment. In this case, the slit-shaped nickel trace addition region 100 shown in FIG.
It rotates in the range of 0 °, and the angle between the crystal growth direction indicated by arrow 105 and the line connecting the source / drain regions is 0 to 90.
° will be selected in the range. And this angle is
When the angle is close to 0 °, the mobility is high and the electric resistance between the source / drain can be low. Further, when this angle is close to 90 °, the mobility can be high and the resistance between the source and the drain can be low.

【0060】〔実施例5〕 図5に本実施例を示す。ガ
ラス基板301上に、厚さ1000〜5000Å、例え
ば、2000Åの酸化珪素膜302を形成した後、厚さ
300〜1500Å、例えば、500Åの非晶質珪素膜
303をプラズマCVD法によって形成した。さらに、
その上に、500〜1500Å、例えば、500Åの酸
化珪素膜304を形成した。これらの成膜は連続的にお
こなうことが望ましい。そして、酸化珪素膜304を選
択的にエッチングして、ニッケルを導入する窓305を
開けた。窓305はTFTのチャネルとなるべき部分を
避けて形成した。そして、スピンコーティング法によっ
てニッケル塩の膜307を形成した。この方法について
説明すると、まず、酢酸ニッケルもしくは硝酸ニッケル
を水もしくはエタノールによって希釈化して、25〜2
00ppm、例えば、100ppmの濃度にした。
[Embodiment 5] This embodiment is shown in FIG. After forming a silicon oxide film 302 having a thickness of 1000 to 5000Å, for example, 2000Å on a glass substrate 301, an amorphous silicon film 303 having a thickness of 300 to 1500Å, for example, 500Å was formed by a plasma CVD method. further,
A silicon oxide film 304 having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 500 Å, was formed thereon. It is desirable that these film formations be performed continuously. Then, the silicon oxide film 304 was selectively etched to open a window 305 for introducing nickel. The window 305 was formed so as to avoid a portion which should be a channel of the TFT. Then, a nickel salt film 307 was formed by spin coating. Explaining this method, first, nickel acetate or nickel nitrate is diluted with water or ethanol, and
The concentration was set to 00 ppm, for example, 100 ppm.

【0061】一方、基板を過酸化水素水もしくは過酸化
水素水とアンモニアの混合溶液に浸漬して、極めて薄い
酸化珪素膜を非晶質珪素膜の露出した部分(窓305の
領域)に形成した。これは、上記のように調製したニッ
ケル溶液と非晶質珪素膜の界面親和性を向上させるため
である。
On the other hand, the substrate was dipped in hydrogen peroxide solution or a mixed solution of hydrogen peroxide solution and ammonia to form an extremely thin silicon oxide film on the exposed portion of the amorphous silicon film (the area of the window 305). . This is to improve the interfacial affinity between the nickel solution prepared as described above and the amorphous silicon film.

【0062】このような処理をほどこした基板をスピナ
ーに設置し、緩やかに回転させ、基板上にニッケル溶液
を1〜10ml、例えば、2ml滴下し、基板全面に溶
液を拡げた。この状態を1〜10分、例えば、5分保持
した。その後、基板の回転数を上げてスピンドライをお
こなった。この操作はさらに複数回繰り返してもよい。
このようにしてニッケル塩の薄い膜307を形成した。
(図9(A))
The substrate treated as described above was placed in a spinner, gently rotated, and 1 to 10 ml, for example, 2 ml of a nickel solution was dropped on the substrate to spread the solution on the entire surface of the substrate. This state was held for 1 to 10 minutes, for example, 5 minutes. After that, the rotation speed of the substrate was increased and spin drying was performed. This operation may be repeated a plurality of times.
Thus, the thin film 307 of nickel salt was formed.
(Fig. 9 (A))

【0063】そして、イオン注入法によって、珪素イオ
ンの注入をおこなった。この際には窓305の部分以
外、すなわち、酸化珪素膜304で覆われた領域におい
ては、珪素イオンが下地の酸化珪素膜302と非晶質珪
素膜303の界面に最も多くのイオンが注入されるよう
におこなった。なお、この際、窓305の領域では、酸
化珪素膜304が存在しないため、珪素イオンはより深
く注入される。
Then, silicon ions were implanted by the ion implantation method. At this time, in the region other than the window 305, that is, in the region covered with the silicon oxide film 304, most of the silicon ions are implanted into the interface between the underlying silicon oxide film 302 and the amorphous silicon film 303. I did so. At this time, since the silicon oxide film 304 does not exist in the region of the window 305, silicon ions are implanted deeper.

【0064】その後、加熱炉において、520〜580
℃、4〜12時間、例えば、550℃で8時間の加熱処
理をおこなった。雰囲気は窒素とした。この結果、ま
ず、窓305の直下の領域にニッケルが拡散し、この領
域から結晶化が始まった。そして、結晶化領域は矢印3
08に示すように、その周囲に拡がっていった。(図9
(B))
Then, in a heating furnace, 520 to 580
The heat treatment was performed at 4 ° C. for 4 to 12 hours, for example, at 550 ° C. for 8 hours. The atmosphere was nitrogen. As a result, first, nickel diffused into the region immediately below the window 305, and crystallization started from this region. The crystallization region is indicated by arrow
As shown in 08, it spread around it. (Fig. 9
(B))

【0065】その後、大気もしくは酸素雰囲気におい
て、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)もし
くはXeClエキシマレーザー光(波長308nm)を
1〜20ショット、例えば、5ショット照射して、さら
に結晶性を向上せしめた。エネルギー密度は200〜3
50mJ/cm2 、基板温度は200〜400℃とし
た。(図9(C))
Then, in the air or oxygen atmosphere, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or XeCl excimer laser light (wavelength 308 nm) was irradiated for 1 to 20 shots, for example, 5 shots to further improve the crystallinity. Energy density is 200 to 3
The substrate temperature was 50 mJ / cm 2 and the temperature was 200 to 400 ° C. (Fig. 9 (C))

【0066】その後、珪素膜303をエッチングして、
TFTの領域を形成した。そして、全面に厚さ1000
〜1500Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜309
を形成し、実施例1の場合と同様にアルミニウムによっ
てPTFTのゲイト電極310、およびNTFTのゲイ
ト電極313、ならびに、それぞれの陽極酸化膜31
2、314によってゲイト電極部を形成した。
Then, the silicon film 303 is etched,
The area of the TFT was formed. And the thickness is 1000 on the whole surface.
~ 1500 Å, for example 1200 Å silicon oxide film 309
And the gate electrode 310 of the PTFT, the gate electrode 313 of the NTFT, and the respective anodic oxide films 31 are formed of aluminum as in the first embodiment.
2, 314 formed a gate electrode portion.

【0067】そして、これらゲイト電極部をマスクとし
て、実施例1と同様にN型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法によって珪素膜中に注入した。この結果、
PTFTのソース315、チャネル316、ドレイン3
17、周辺回路のNTFTのソース320、チャネル3
19、ドレイン318が形成された。その後、実施例1
と同様に全面にレーザー照射をおこなって、ドーピング
された不純物の活性化をおこなった。(図9(D))
Then, using these gate electrode portions as masks, N-type and P-type impurities were implanted into the silicon film by the ion doping method as in the first embodiment. As a result,
PTFT source 315, channel 316, drain 3
17, peripheral circuit NTFT source 320, channel 3
19, a drain 318 was formed. Then, Example 1
Similarly to the above, the entire surface was irradiated with laser to activate the doped impurities. (Fig. 9 (D))

【0068】その後、層間絶縁物として厚さ3000〜
8000Å、例えば、5000Åの酸化珪素膜321を
形成した。この後、TFTのソース/ドレインにコンタ
クトホールを形成し、さらに、スパッタリング法によっ
て、窒化チタン(厚さ1000Å)とアルミニウム(厚
さ5000Å)の2層膜を堆積して、これをパターニン
グ・エッチングして、電極・配線322〜324を形成
した。このようにして、横方向に成長した結晶性珪素に
よってPTFTとNTFTからなるインバータ回路を形
成することができた。(図9(E))
After that, as an interlayer insulator, a thickness of 3000 to
A silicon oxide film 321 having a thickness of 8000 Å, for example 5000 Å, was formed. After that, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and further, a two-layer film of titanium nitride (thickness 1000Å) and aluminum (thickness 5000Å) is deposited by the sputtering method, and this is patterned and etched. Thus, the electrodes / wirings 322 to 324 were formed. In this way, an inverter circuit composed of PTFT and NTFT could be formed by the laterally grown crystalline silicon. (Fig. 9 (E))

【0069】本実施例でも実施例1と同様に結晶化の方
向508はTFTのキャリヤの流れる方向(すなわち、
ソース−ドレイン方向)と同じである。そのため、本実
施例でもTFTのドレイン電流は大きくなり、高速動作
に都合がよい。加えて、本実施例では図9(C)にある
ように、レーザー照射をおこなう。この工程では、針状
に成長した珪素結晶間に残った非晶質成分まで結晶化さ
れ、しかも、この結晶化は針状結晶を核として、針状結
晶を太くするように結晶化する。このことは電流の流れ
る領域を拡げることとなり、より大きなドレイン電流を
流すことができる。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the crystallization direction 508 is the direction in which the carriers of the TFT flow (that is,
(Source-drain direction). Therefore, the drain current of the TFT also becomes large in this embodiment, which is convenient for high-speed operation. In addition, in this embodiment, laser irradiation is performed as shown in FIG. In this step, the amorphous component remaining between the silicon crystals grown like needles is also crystallized, and this crystallization is performed by using the needle-like crystals as nuclei to thicken the needle-like crystals. This expands the region in which the current flows and allows a larger drain current to flow.

【0070】この様子を図10に示す。図10は結晶化
した珪素膜を薄膜化して透過型電子顕微鏡(TEM)に
よって観察したものである。図10(A)は横方向への
成長によって結晶化した珪素膜の結晶化領域の先端付近
を見たものであり、針状の結晶が観察される。さらに、
その結晶の間には結晶化していない非晶質領域が多く存
在しているのが分かる。(図10(A))
This state is shown in FIG. FIG. 10 shows a crystallized silicon film made thin and observed by a transmission electron microscope (TEM). FIG. 10A is a view of the vicinity of the tip of the crystallization region of the silicon film crystallized by the lateral growth, and needle-like crystals are observed. further,
It can be seen that there are many non-crystallized amorphous regions between the crystals. (Fig. 10 (A))

【0071】これを本実施例の条件でレーザー照射する
と、図10(B)のようになる。この工程によって、図
10(A)の大部分の面積を占めていた非晶質領域は結
晶化するが、この結晶化は乱雑に発生するため、電気的
な特性はあまり良くない。注目すべきは、中央付近に観
察される針状結晶の間のもともと非晶質であったと思わ
れる領域の結晶状態である。ここは、針状結晶から結晶
化成長するように、太い結晶領域が形成されている。
(図10(B))
When this is irradiated with laser under the conditions of this embodiment, it becomes as shown in FIG. By this step, the amorphous region, which occupies most of the area of FIG. 10A, is crystallized, but this crystallization occurs randomly, and the electrical characteristics are not so good. What should be noted is the crystalline state of the region that was originally amorphous between the needle-like crystals observed near the center. Here, a thick crystal region is formed so as to grow by crystallization from a needle crystal.
(Figure 10 (B))

【0072】図10は分かりやすくするために、比較
的、非晶質領域の多い結晶成長の先端領域を観察したも
のであったが、結晶成長の根元付近や中央付近でも同様
である。このように、レーザー照射によって、非晶質部
分を減らし、針状結晶を太くすることができ、TFTの
特性をさらに向上せしめることができる。
For the sake of clarity, FIG. 10 shows the tip region of crystal growth with a relatively large number of amorphous regions, but the same can be said near the root and center of crystal growth. As described above, by laser irradiation, the amorphous portion can be reduced and the needle crystal can be thickened, and the characteristics of the TFT can be further improved.

【0073】[0073]

【効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平行な方
向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半導体膜
をTFTに利用するに際して、TFT内を移動するキャ
リアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合わせる
ことにより、キャリアの移動が針状または柱状に成長し
た結晶の結晶粒界に沿って(平行に)移動する構成とす
ることができ、高移動度を有するTFTを得るこができ
る。
[Effect] When a non-single crystal silicon semiconductor film having crystallinity provided on a substrate and crystal-grown in a direction parallel to the substrate surface is used for a TFT, the direction of carrier flow moving in the TFT is crystal-grown. It is possible to obtain a TFT having a high mobility by making it possible to adopt a configuration in which the movement of carriers moves (parallelly) along the crystal grain boundaries of the crystals grown in a needle-like or columnar shape by matching with the direction in which I can do it.

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

【図1】 実施例の作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of an example.

【図2】 実施例の概要を示す。FIG. 2 shows an outline of an example.

【図3】 実施例の概要を示す。FIG. 3 shows an outline of an example.

【図4】 電子線回折像を示す。FIG. 4 shows an electron diffraction image.

【図5】 珪素膜の結晶構造を示す写真である。FIG. 5 is a photograph showing a crystal structure of a silicon film.

【図6】 電子線回折像を示す。FIG. 6 shows an electron diffraction image.

【図7】 電子線回折像を示す。FIG. 7 shows an electron beam diffraction image.

【図8】 結晶方位を示した模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing crystal orientations.

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

【図10】実施例の結晶構造を示す。FIG. 10 shows a crystal structure of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 珪素膜 105 結晶化の方向 106 ゲイト絶縁膜 107 ゲイト電極 108 陽極酸化層 109 ゲイト電極 110 陽極酸化層 111 ソース/ドレイン領域 112 チャネル形成領域 113 ドレイン/ソース領域 114 ソース/ドレイン領域 115 チャネル形成領域 116 ドレイン/ソース領域 117 電極 118 層間絶縁物 120 電極 119 電極 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 マスク 204 ニッケル微量添加領域 205 珪素膜 206 ゲイト絶縁膜 207 ゲイト電極 208 ソース/ドレイン領域 209 チャネル形成領域 210 ドレイン/ソース領域 211 層間絶縁物 213 電極 214 電極 212 ITO(画素電極) 101 glass substrate 102 base film (silicon oxide film) 103 mask 104 silicon film 105 crystallization direction 106 gate insulating film 107 gate electrode 108 anodized layer 109 gate electrode 110 anodized layer 111 source / drain region 112 channel formation region 113 drain / Source region 114 Source / drain region 115 Channel formation region 116 Drain / source region 117 Electrode 118 Interlayer insulator 120 Electrode 119 Electrode 201 Glass substrate 202 Base film (silicon oxide film) 203 Mask 204 Nickel trace addition region 205 Silicon film 206 Gate Insulating film 207 Gate electrode 208 Source / drain region 209 Channel formation region 210 Drain / source region 211 Interlayer insulator 213 Electrode 214 Electrode 212 ITO (pixel electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 昭治 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 (72)発明者 大谷 久 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 the front page (72) Inventor Shoji Miyanaga 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Semiconducting Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、 前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、 前記結晶成長方向は概略〔110〕軸の方向に一致し、 前記結晶成長方向と前記半導体装置におけるキャリアが
移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴とする半
導体装置。
1. A semiconductor device using a non-single crystalline silicon semiconductor film having crystallinity provided on a substrate, wherein the semiconductor film is crystal-grown in a direction substantially parallel to a substrate surface, A growth direction substantially coincides with a [110] axis direction, and the crystal growth direction and a movement direction of carriers in the semiconductor device are substantially coincident with each other.
【請求項2】 基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、 前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に沿って結晶
粒界を有し、 前記結晶粒界に沿った方向と前記半導体装置におけるキ
ャリアが移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴
とする半導体装置。
2. A semiconductor device using a crystalline non-single-crystal silicon semiconductor film provided on a substrate, wherein the semiconductor film has a crystal grain boundary along a direction substantially parallel to the substrate surface. A semiconductor device characterized in that a direction along the crystal grain boundary and a direction in which carriers in the semiconductor device move are substantially matched.
【請求項3】 基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた半導体装置であって、 前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、 前記結晶成長方向は他の方向に対して高い導電率を有
し、 前記結晶成長方向と前記半導体装置におけるキャリアが
移動する方向とを概略一致せしめたことを特徴とする半
導体装置。
3. A semiconductor device using a crystalline non-single-crystal silicon semiconductor film provided on a substrate, wherein the semiconductor film is crystal-grown in a direction substantially parallel to a substrate surface. A semiconductor device characterized in that a growth direction has a high conductivity with respect to other directions, and the crystal growth direction and a direction in which carriers in the semiconductor device move are substantially coincident with each other.
【請求項4】 基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた薄膜トランジスタであって、 前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、 前記結晶成長方向と前記薄膜トランジタのチャネルにお
いて流れるキャリアの方向とを概略一致せしめたことを
特徴とする半導体装置。
4. A thin film transistor using a non-single crystal silicon semiconductor film having crystallinity provided on a substrate, wherein the semiconductor film is crystal-grown in a direction substantially parallel to a substrate surface. A semiconductor device characterized in that the direction and the direction of carriers flowing in the channel of the thin film transistor are substantially matched.
【請求項5】 基板上に設けられた結晶性を有する非単
結晶珪素半導体膜を用いた薄膜トランジスタであって、 前記半導体膜は基板表面に概略平行な方向に結晶成長し
ており、かつ前記結晶成長方向は概略〔110〕軸方向
を有し、 前記結晶成長方向と前記薄膜トランジタのチャネルにお
いて流れるキャリアの方向とを概略一致せしめたことを
特徴とする半導体装置。
5. A thin film transistor using a crystalline non-single-crystal silicon semiconductor film provided on a substrate, wherein the semiconductor film is crystal-grown in a direction substantially parallel to a substrate surface, and the crystal is formed. The semiconductor device is characterized in that the growth direction has an approximately [110] axis direction, and the crystal growth direction and the direction of carriers flowing in the channel of the thin film transistor are substantially matched.
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