JPH08213316A - Manufacture of semiconductor thin film - Google Patents

Manufacture of semiconductor thin film

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JPH08213316A
JPH08213316A JP27170395A JP27170395A JPH08213316A JP H08213316 A JPH08213316 A JP H08213316A JP 27170395 A JP27170395 A JP 27170395A JP 27170395 A JP27170395 A JP 27170395A JP H08213316 A JPH08213316 A JP H08213316A
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amorphous silicon
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crystalline silicon
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舜平 山崎
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久 大谷
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
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聡 寺本
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Abstract

PURPOSE: To provide a technology of reducing nickel element containined in a silicon film crystallined using nickel. CONSTITUTION: An infinitesimal amount of nickel is introduced in an amorphous silicon film 103 formed on a glass substrate 101 so as to be crystallized by heating step. At this time, the nickel element remains in the crystallized silicon film 105 so that another amorphous silicon film 107 may be formed on the crystallized silicon film 105 to be heat-treated. Through these procedures, the nickel element is diffused in the amorphous silicon film 107 by the heat treatment step thereby enabling the nickel concentration in the crystallized silicon film 105 to be reduced.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、ガラ
ス基板等の絶縁表面を有する基板上に形成される結晶性
を有する珪素半導体薄膜の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention disclosed in this specification relates to a method for producing a crystalline silicon semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface such as a glass substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス基板上に形成された珪素薄
膜を用いて薄膜トランジスタを構成する技術が注目され
ている。この薄膜トランジスタは、主にアクティブマト
リクス型の液晶電気光学装置や、その他の薄膜集積回路
に利用されている。液晶電気光学装置は一対のガラス基
板間に液晶を封入して、液晶に電界を加えることによっ
て、液晶の光学特性を変化させて、画像表示を行わせる
ものである。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for forming a thin film transistor using a silicon thin film formed on a glass substrate has attracted attention. This thin film transistor is mainly used in an active matrix type liquid crystal electro-optical device and other thin film integrated circuits. A liquid crystal electro-optical device is a device in which liquid crystal is sealed between a pair of glass substrates and an electric field is applied to the liquid crystal to change the optical characteristics of the liquid crystal to display an image.

【0003】特に、薄膜トランジスタが用いられるアク
ティブマトリクス型の液晶表示装置は、各画素にスイッ
チとして薄膜トランジスタを配置して、画素電極に保持
される電荷を制御することを特徴とする。アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置は、微細な画像を高速で表示
できるため、各種電子機器(例えば携帯型のワードプロ
セッサーや携帯型のコンピュータ)のディスプレーに利
用されている。アクティブマトリクス型の液晶表示装置
に利用される薄膜トランジスタとしては、非晶質珪素薄
膜(アモルファスシリコン薄膜)を利用したものが一般
的である。
In particular, an active matrix type liquid crystal display device using a thin film transistor is characterized in that a thin film transistor is arranged as a switch in each pixel to control electric charges held in a pixel electrode. Since the active matrix type liquid crystal display device can display a fine image at high speed, it is used for a display of various electronic devices (for example, a portable word processor or a portable computer). As a thin film transistor used in an active matrix type liquid crystal display device, one using an amorphous silicon thin film (amorphous silicon thin film) is generally used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非晶質
珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、 (1)特性が低く、より高品質な画像表示を行うことが
できない。 (2)画素に配置された薄膜トランジスタを駆動するた
めの周辺回路を構成することができない。 といった問題がある。
However, in a thin film transistor using an amorphous silicon thin film, (1) the characteristics are low, and higher quality image display cannot be performed. (2) A peripheral circuit for driving the thin film transistor arranged in the pixel cannot be configured. There is such a problem.

【0005】上記の問題点(2)は、非晶質珪素薄膜を
用いた薄膜トランジスタではPチャネル型の薄膜トラン
ジスタが実用にならないので、CMOS回路が構成でき
ないという問題と、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トラン
ジスタでは高速動作ができず、また大電流を流すことが
できないので、周辺駆動回路を構成することができない
という問題とに分けて考えることができる。
The above problem (2) is that a thin film transistor using an amorphous silicon thin film cannot be used as a P-channel thin film transistor, so that a CMOS circuit cannot be formed, and that the amorphous silicon thin film is used. Since a thin film transistor cannot operate at high speed and cannot pass a large current, it can be considered separately from the problem that a peripheral drive circuit cannot be configured.

【0006】これらの問題を解決する方法としては、結
晶性珪素薄膜を用いて薄膜トランジスタを形成する技術
を挙げることができる。結晶性珪素薄膜を得る方法とし
ては、非晶質珪素膜に対して加熱処理を加える方法と、
非晶質珪素膜に対してレーザー光を照射する方法とを挙
げることができる。
As a method of solving these problems, there is a technique of forming a thin film transistor using a crystalline silicon thin film. As a method of obtaining a crystalline silicon thin film, a method of applying heat treatment to an amorphous silicon film,
A method of irradiating the amorphous silicon film with laser light can be mentioned.

【0007】加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させ
る方法は、一般的に以下のような問題がある。普通、液
晶電気光学装置に利用される薄膜トランジスタを構成し
ようとするには、透光性を有する基板上に形成すること
が要求される。透光性を有する基板としては、石英基板
やガラス基板を挙げることができる。しかし、石英基板
は高価であり、コストの削減が大きな技術的課題である
液晶電気光学装置に利用することはできない。従って、
一般的にはガラス基板が利用されることになるが、ガラ
ス基板はその耐熱温度が低いという問題がある。
The method of crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment generally has the following problems. Generally, in order to form a thin film transistor used in a liquid crystal electro-optical device, it is required to form the thin film transistor on a transparent substrate. Examples of the light-transmitting substrate include a quartz substrate and a glass substrate. However, since the quartz substrate is expensive, it cannot be used for a liquid crystal electro-optical device whose cost reduction is a major technical issue. Therefore,
Generally, a glass substrate is used, but there is a problem that the glass substrate has a low heat resistant temperature.

【0008】一般に、液晶電気光学装置に利用されるガ
ラス基板としてコーニング7059ガラス基板が利用さ
れている。このガラス基板の歪点は593℃であり、こ
の温度以上で加熱処理を加えると、基板の縮みや変形が
顕著になってしまう。近年、液晶電気光学装置は大面積
化される傾向にあり、基板の縮みや変形は極力抑えなけ
ればならない。
Generally, a Corning 7059 glass substrate is used as a glass substrate used in a liquid crystal electro-optical device. The strain point of this glass substrate is 593 ° C., and if heat treatment is performed at a temperature higher than this temperature, the shrinkage and deformation of the substrate become remarkable. In recent years, the liquid crystal electro-optical device tends to have a large area, and shrinkage and deformation of the substrate must be suppressed as much as possible.

【0009】一方、非晶質珪素膜を加熱により結晶化さ
せるには、600℃以上の温度が必要とされることが実
験的に判明しており、またその加熱時間も数十時間が必
要なことが判明している。このような高温でしかも長時
間の加熱は、大面積のガラス基板に対して到底行うこと
ができない。
On the other hand, it has been experimentally found that a temperature of 600 ° C. or higher is required to crystallize the amorphous silicon film by heating, and the heating time is also required to be several tens of hours. It turns out. Such a high temperature and long time heating cannot be applied to a large area glass substrate.

【0010】また、レーザー光の照射によって、非晶質
珪素膜を結晶化させる技術も知られている。しかし、大
面積に渡ってレーザー光を一様に照射することや、一定
の照射パワーを維持して照射することは現実問題として
困難である。
A technique for crystallizing an amorphous silicon film by irradiating laser light is also known. However, it is difficult as a practical problem to uniformly irradiate a laser beam over a large area or to maintain a constant irradiation power.

【0011】本明細書で開示する発明の目的は、極力低
温の加熱による処理で非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変
成する半導体薄膜の作製方法を提供することにある。特
に、高性能な特性を有する薄膜トランジスタを構成する
ことができるような結晶性の半導体薄膜の作製方法を提
供することにある。
An object of the invention disclosed in the present specification is to provide a method for producing a semiconductor thin film in which an amorphous silicon film is transformed into a crystalline silicon film by heating at a temperature as low as possible. In particular, it is to provide a method for manufacturing a crystalline semiconductor thin film capable of forming a thin film transistor having high performance characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解消する
ために、本発明に係る半導体薄膜の作製方法は、非晶質
珪素膜中に金属元素を導入する工程と、前記非晶質珪素
膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工程と、前記結晶
性珪素膜上に前記金属元素を拡散させる膜を形成する工
程と、前記金属元素を拡散させる膜中に前記金属元素を
拡散させる工程と、前記金属元素を拡散させた膜を除去
する工程と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention comprises a step of introducing a metal element into an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film. Crystallizing the film to obtain a crystalline silicon film, forming a film on the crystalline silicon film for diffusing the metal element, and diffusing the metal element in the film for diffusing the metal element. The method is characterized by including a step and a step of removing the film in which the metal element is diffused.

【0013】上記構成において、結晶化される非晶質珪
素膜は、ガラス基板または絶縁膜が形成されたガラス基
板上にプラズマCVD法や減圧熱CVD法で形成された
膜を挙げることができる。
In the above structure, the amorphous silicon film to be crystallized may be a film formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method on a glass substrate or a glass substrate having an insulating film formed thereon.

【0014】また、金属元素としては、Fe、Co、N
i、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au
から選ばれた一種または複数種類の元素を挙げることが
できる。これらの金属元素は珪素の結晶化を助長する触
媒作用を有し、これら金属元素の中で特に効果があるの
がニッケル(Ni)である。
Fe, Co, N are used as metal elements.
i, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au
One or more elements selected from the above can be listed. These metal elements have a catalytic action that promotes crystallization of silicon, and nickel (Ni) is particularly effective among these metal elements.

【0015】上記の金属元素の導入方法としては、非晶
質珪素膜の表面にこれら金属の層または金属を含む層を
形成する方法を挙げることができる。具体的には、CV
D法やスパッタ法さらには蒸着法等によって、金属元素
の層または金属元素を含む層を形成する方法や、金属元
素を含んだ溶液を非晶質珪素膜上に塗布する方法を挙げ
ることができる。CVD法やスパッタ法さらには蒸着法
等を用いた場合には、極薄い均一な膜を成膜することが
困難であることから、金属元素が非晶質珪素膜上の不均
一に存在することになってしまい、結晶成長の際に金属
元素が偏在し易いという問題がある。他方、溶液を用い
る方法は、金属元素の濃度を容易に制御することがで
き、かつ、金属元素を均一に非晶質珪素膜の表面に接し
て保持させることができるので、非常に好ましい。
As a method of introducing the above metal element, a method of forming a layer of these metals or a layer containing a metal on the surface of the amorphous silicon film can be mentioned. Specifically, CV
Examples thereof include a method of forming a layer of a metal element or a layer containing a metal element by a D method, a sputtering method, an evaporation method, or the like, and a method of applying a solution containing a metal element onto an amorphous silicon film. . Since it is difficult to form an extremely thin uniform film when the CVD method, the sputtering method, or the vapor deposition method is used, the metal element exists unevenly on the amorphous silicon film. Therefore, there is a problem that the metal element is likely to be unevenly distributed during crystal growth. On the other hand, the method using a solution is very preferable because the concentration of the metal element can be easily controlled and the metal element can be uniformly held in contact with the surface of the amorphous silicon film.

【0016】珪素の結晶化を助長する金属元素が導入さ
れた非晶質珪素膜を結晶化させるには、450℃以上の
温度で加熱を行えばよい。この加熱温度の上限は基板と
して用いられるガラス基板の耐熱温度で制限される。ガ
ラス基板の場合には、この耐熱温度はガラスの歪点と考
えることができる。加熱処理の1例としては、550℃
程度の温度とすることが、ガラス基板の耐熱性や生産性
の観点から見て適当である。また基板として石英基板等
の1000℃以上の温度にも耐えるような材料を用いた
場合には、この加熱における加熱温度もその耐熱温度に
従って高くすることができる。また、加熱温度が高い
程、結晶性の優れた膜を得ることができる。
In order to crystallize the amorphous silicon film into which the metal element that promotes the crystallization of silicon is introduced, heating may be performed at a temperature of 450 ° C. or higher. The upper limit of this heating temperature is limited by the heat resistant temperature of the glass substrate used as the substrate. In the case of a glass substrate, this heat resistant temperature can be considered as the strain point of glass. As an example of heat treatment, 550 ° C.
A moderate temperature is suitable from the viewpoint of heat resistance and productivity of the glass substrate. When a material that can withstand a temperature of 1000 ° C. or higher such as a quartz substrate is used as the substrate, the heating temperature in this heating can be increased according to the heat resistance temperature. Further, the higher the heating temperature, the more excellent the crystallinity can be obtained.

【0017】上記の構成において、金属元素を拡散させ
るための膜には、一般的なCVD法で形成される非晶質
珪素膜を挙げることができる。例えば加熱により結晶化
された結晶性珪素膜の出発膜となった非晶質珪素膜と同
じ成膜方法で得られる非晶質珪素膜を用いることができ
る。しかしより好ましくは、欠陥密度が高く、当該金属
元素をトラップし易い膜質とするとよい。これは、この
珪素膜中に結晶性珪素膜中の金属元素をより拡散し易く
することができるからである。欠陥密度の高い非晶質珪
素膜を得るには、プラズマCVD法において水素を用い
ずにシランのみで成膜を行う、スパッタ法を用いる、プ
ラズマCVD法において成膜温度を下げる、といった手
段を採用することによって実現できる。
In the above structure, the film for diffusing the metal element may be an amorphous silicon film formed by a general CVD method. For example, an amorphous silicon film obtained by the same film formation method as that of the amorphous silicon film which is the starting film of the crystalline silicon film crystallized by heating can be used. However, it is more preferable to use a film having a high defect density and easily trapping the metal element. This is because the metal element in the crystalline silicon film can be more easily diffused in this silicon film. In order to obtain an amorphous silicon film having a high defect density, a method of forming a film only with silane without using hydrogen in the plasma CVD method, using a sputtering method, or lowering the film forming temperature in the plasma CVD method is adopted. It can be realized by doing.

【0018】この非晶質珪素膜はその膜厚を結晶性珪素
膜の膜厚よりも厚くすることが効果的である。これは、
非晶質珪素膜の膜厚が厚いほど、結晶性珪素膜に対する
体積比を大きくすることができ、より多くの金属元素を
非晶質珪素膜中に拡散させることができるからである。
It is effective to make the thickness of this amorphous silicon film larger than that of the crystalline silicon film. this is,
This is because as the thickness of the amorphous silicon film is larger, the volume ratio to the crystalline silicon film can be increased and more metal elements can be diffused into the amorphous silicon film.

【0019】更に、金属元素を拡散させるための膜とし
て、多結晶珪素膜、非晶質状態の非晶質状態のSiX
1-X 膜(0<x<1)を使用することもできる。多結
晶珪素膜を得るには、減圧CVD法を採用すればよい。
また、非晶質状態のSiX Ge1-X を得るには、原料ガ
スにシラン(SiH4 )とゲルマン(GeH4 )を使用
して、プラズマCVD法により形成すればよい。
Further, as a film for diffusing the metal element, a polycrystalline silicon film, an amorphous state of Si X G
It is also possible to use e1 -X membranes (0 <x <1). To obtain a polycrystalline silicon film, the low pressure CVD method may be adopted.
Further, in order to obtain Si X Ge 1-X in an amorphous state, silane (SiH 4 ) and germane (GeH 4 ) may be used as source gases by plasma CVD.

【0020】結晶性珪素膜中に金属元素を拡散させる
(吸い取らせる)工程は、加熱処理により行う。加熱に
伴って、金属元素を拡散させる膜中に、結晶化珪素膜中
の金属元素が拡散するために、結晶化珪素膜中の金属元
素の濃度を低くすることがてきる。
The step of diffusing (absorbing) the metal element into the crystalline silicon film is performed by heat treatment. Since the metal element in the crystallized silicon film diffuses into the film in which the metal element is diffused by heating, the concentration of the metal element in the crystallized silicon film can be lowered.

【0021】次に、金属元素を拡散させた膜を除去す
る。この際に、結晶化させる非晶質珪素膜上に、予め酸
化膜を形成しておくと、エッチングストッパーとして機
能させることができ、金属元素を拡散させた膜のみを選
択的にエッチングすることができる。
Next, the film in which the metal element is diffused is removed. At this time, if an oxide film is formed in advance on the amorphous silicon film to be crystallized, it can function as an etching stopper, and only the film in which the metal element is diffused can be selectively etched. it can.

【0022】図1を用いて、本発明の構成を具体例に説
明する。珪素の結晶化を助長する金属元素であるニッケ
ルを用いて結晶性珪素膜105をガラス基板101上に
形成する。結晶化の方法は加熱処理を利用する。なお、
ガラス基板101の表面には、下地膜として酸化珪素膜
102が形成されている。(図1(B))
The configuration of the present invention will be described with reference to FIG. 1 as a specific example. A crystalline silicon film 105 is formed on the glass substrate 101 using nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon. The crystallization method uses heat treatment. In addition,
A silicon oxide film 102 is formed as a base film on the surface of the glass substrate 101. (Fig. 1 (B))

【0023】次に図1(C)に示すように酸化膜106
を形成し、さらに金属元素を拡散させる膜として非晶質
珪素膜107を成膜して、加熱処理する。この加熱処理
は非晶質珪素膜が結晶化しない温度(一般的に450℃
以下)で行う方法と、非晶質珪素膜が結晶化してしまう
温度(一般的に450℃以上、好ましくは500℃以
上)で行う方法とに分けることができる。
Next, as shown in FIG. 1C, the oxide film 106 is formed.
Is formed, an amorphous silicon film 107 is further formed as a film for diffusing a metal element, and heat treatment is performed. This heat treatment is performed at a temperature (typically 450 ° C.) at which the amorphous silicon film is not crystallized.
The following method can be divided into a method performed at a temperature (generally 450 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher) at which the amorphous silicon film is crystallized.

【0024】結晶性珪素膜105上に設けられた非晶質
珪素膜107の結晶化が起こらない温度で加熱処理をし
た場合には、加熱処理の温度は400〜450℃とし、
その加熱時間は5分〜10時間程度とすればよい。これ
により、非晶質珪素膜107中に徐々に結晶性珪素膜1
05中の金属元素が拡散して(吸い取られて)いく状態
となる。従って、長い時間に渡って加熱処理を行うと、
徐々にではあるが、結晶性珪素膜105中の金属元素の
濃度を下げることができる。そして、非晶質珪素膜10
7を酸化膜106をエッチングストッパーとして除去す
ることにより、非晶質珪素膜107中の金属元素の濃度
に比較して、結晶性珪素膜105中の金属元素の濃度を
小さな結晶性珪素膜108を得ることができる。(図1
(D)
When the heat treatment is carried out at a temperature at which the amorphous silicon film 107 provided on the crystalline silicon film 105 does not crystallize, the temperature of the heat treatment is 400 to 450 ° C.
The heating time may be about 5 minutes to 10 hours. As a result, the crystalline silicon film 1 is gradually formed in the amorphous silicon film 107.
The metal element in 05 diffuses (is absorbed). Therefore, if heat treatment is performed for a long time,
Although gradually, the concentration of the metal element in the crystalline silicon film 105 can be lowered. Then, the amorphous silicon film 10
7 is removed by using the oxide film 106 as an etching stopper to form a crystalline silicon film 108 in which the concentration of the metal element in the crystalline silicon film 105 is smaller than the concentration of the metal element in the amorphous silicon film 107. Obtainable. (Figure 1
(D)

【0025】この作用は非晶質珪素膜107中に、金属
元素と結合しやすい状態で珪素の原子が存在している
(非晶質状態では不対結合手が多量に存在している)た
めである。また、この作用は非晶質珪素膜107中の欠
陥密度を人為的に多くした場合に、より顕著に得ること
ができる。
This action is due to the presence of silicon atoms in the amorphous silicon film 107 in a state where they are easily bonded to the metal element (there are many dangling bonds in the amorphous state). Is. Further, this effect can be more remarkably obtained when the defect density in the amorphous silicon film 107 is artificially increased.

【0026】他方、結晶性珪素膜105上に設けられた
非晶質珪素膜107の結晶化が進行する温度で加熱処理
をした場合には、非晶質珪素膜107が結晶化した時点
で金属元素の拡散が見かけ状停止してしまう。また、結
晶性珪素膜105中の金属元素濃度と、この金属元素を
吸い取らせるための珪素膜107(加熱処理において結
晶化してしまう)中の金属元素濃度との平均値が概略同
一になった時点で、金属元素の拡散は見かけ上停止して
しまう。
On the other hand, when the heat treatment is performed at a temperature at which the crystallization of the amorphous silicon film 107 provided on the crystalline silicon film 105 progresses, when the amorphous silicon film 107 is crystallized, the metal The elemental diffusion stops apparently. Further, when the average value of the metal element concentration in the crystalline silicon film 105 and the average value of the metal element concentration in the silicon film 107 (which is crystallized by the heat treatment) for absorbing the metal element become substantially the same. Then, the diffusion of the metal element apparently stops.

【0027】しかしながら、結晶性珪素膜105中にお
いては、金属元素が局部的に集中して偏在していること
が判明しており、この現象を抑制するためには、本発明
の方法は有効なものとなる。これは、結晶成長の先端部
分に金属元素が集中して存在している現象を利用して、
この結晶成長の先端部を後に除去される珪素膜中に追い
やることにより、素子の作製に利用しようとする珪素膜
中には、金属元素の集中した部分が存在しないようにす
る方法である。
However, it is known that the metal element is locally concentrated and unevenly distributed in the crystalline silicon film 105, and the method of the present invention is effective for suppressing this phenomenon. Will be things. This utilizes the phenomenon that metal elements are concentrated at the tip of crystal growth,
This is a method in which the tip portion of the crystal growth is driven into a silicon film to be removed later so that the silicon film to be used for manufacturing the element does not have a concentrated metal element.

【0028】即ち、非晶質珪素膜107が結晶化する温
度で加熱処理を行い、この膜を結晶化させる。この際、
結晶成長は珪素膜107の酸化膜106に接した面から
その露呈した表面へと進行する。また、結晶成長と同時
に金属元素の集中した部分は珪素膜107中を移動して
いく。結果として、ニッケル元素が集中した部分が珪素
膜105中から追いやられて、珪素膜107中(特にそ
の表面)に存在することになる。そして、珪素膜107
を酸化膜106をエッチングストッパーとして除去する
ことにより、ニッケル元素が偏在する領域が無い結晶性
珪素膜108を得ることができる。(図1(D)
That is, heat treatment is performed at a temperature at which the amorphous silicon film 107 is crystallized to crystallize this film. On this occasion,
Crystal growth proceeds from the surface of the silicon film 107 in contact with the oxide film 106 to the exposed surface. At the same time as the crystal growth, the concentrated metal element moves in the silicon film 107. As a result, the portion where the nickel element is concentrated is driven away from the silicon film 105 and remains in the silicon film 107 (particularly on the surface thereof). Then, the silicon film 107
By removing the oxide film 106 as an etching stopper, the crystalline silicon film 108 having no region where the nickel element is unevenly distributed can be obtained. (Figure 1 (D)

【0029】[0029]

【作用】結晶化を助長する金属の作用によって結晶化し
た結晶性珪素膜の表面に、非晶質珪素膜等の金属元素を
拡散させるための膜を形成し、しかる後に加熱処理を行
うことで、金属元素を拡散させるための膜中に金属元素
を拡散させる。こうすることで、事実上、金属元素を拡
散させるための膜によって結晶性珪素膜中の金属元素の
吸い出しを行うことができるため、金属元素の濃度が低
く、かつ結晶性の良好な結晶性珪素膜を得ることができ
る。
[Function] A film for diffusing a metal element such as an amorphous silicon film is formed on the surface of a crystalline silicon film crystallized by the action of a metal that promotes crystallization, and then heat treatment is performed. , Diffusing the metal element in the film for diffusing the metal element. By doing so, since the metal element in the crystalline silicon film can be sucked out by the film for diffusing the metal element, the crystalline silicon having a low concentration of the metal element and good crystallinity can be obtained. A membrane can be obtained.

【0030】また、図1に示す結晶性半導体薄膜の作製
工程は全て550℃以下というガラス基板の耐え得る温
度で行うことができるので、例えば液晶電気光学装置の
ように、ガラス基板上に形成される薄膜トランジスタの
作製工程に極めて有用なものとなる。
Further, since all the steps of manufacturing the crystalline semiconductor thin film shown in FIG. 1 can be performed at a temperature of 550 ° C. or lower which the glass substrate can withstand, it is formed on the glass substrate like a liquid crystal electro-optical device. It is extremely useful in the manufacturing process of thin film transistors.

【0031】また金属元素を拡散させる膜を容易に除去
するために、結晶性珪素膜上に酸化膜を形成しておくこ
とは有効である。酸化膜は珪素膜のエッチングに用いら
れるエッチャント(例えばヒドラジンやClF3 )に対
して選択性を有しているので、エッチングストッパーと
して機能させることができる。
Further, in order to easily remove the film in which the metal element is diffused, it is effective to form an oxide film on the crystalline silicon film. Since the oxide film has selectivity with respect to the etchant (for example, hydrazine or ClF 3 ) used for etching the silicon film, it can function as an etching stopper.

【0032】また金属元素の作用によって結晶化された
結晶性珪素膜(第1の珪素膜)の表面に非晶質珪素膜
(第2の珪素膜)を形成し、しかる後に加熱処理を行い
この2層目の非晶質珪素膜を結晶化させることで、第1
の珪素膜中において存在する金属元素の集中した部分を
第2の珪素膜中に追いやることができ、第1の珪素膜中
に金属元素が偏在することを抑制することができる。
Further, an amorphous silicon film (second silicon film) is formed on the surface of the crystalline silicon film (first silicon film) crystallized by the action of the metal element, and then heat treatment is performed. By crystallizing the second-layer amorphous silicon film, the first
The concentrated portion of the metal element existing in the silicon film can be driven into the second silicon film, and uneven distribution of the metal element in the first silicon film can be suppressed.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に非晶質珪素膜
を形成し、しかる後に珪素の結晶化を助長する金属膜を
非晶質珪素膜に導入し、しかる後に加熱により非晶質珪
素膜を結晶化させ、さらに結晶化した珪素膜(結晶性珪
素膜)上に酸化膜(酸化珪素膜)を介して非晶質珪素膜
を形成し、再び加熱処理を施すことにより、非晶質珪素
膜中に結晶性珪素膜中からニッケル元素を拡散させ(ニ
ッケル元素を非晶質珪素膜に吸い出させる)、結果とし
て結晶性珪素膜中におけるニッケル元素濃度を低下させ
る技術に関する。
Example 1 In this example, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and then a metal film that promotes crystallization of silicon is introduced into the amorphous silicon film, and thereafter the film is made amorphous by heating. The crystalline silicon film is crystallized, and an amorphous silicon film is formed on the crystallized silicon film (crystalline silicon film) via an oxide film (silicon oxide film), and heat treatment is performed again to remove the non-crystalline silicon film. The present invention relates to a technique of diffusing a nickel element from the crystalline silicon film into the crystalline silicon film (sucking the nickel element into the amorphous silicon film) and, as a result, reducing the nickel element concentration in the crystalline silicon film.

【0034】図1に本実施例に示す結晶性珪素膜の作製
工程を示す。まず、コーニング7059ガラス基板10
1(歪点593℃)上に、下地膜として酸化珪素膜10
2を3000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜10
2は、ガラス基板101から不純物やアルカリイオンが
後に形成される半導体薄膜中に拡散することを防ぐため
のものである。次にプラズマCVD法または減圧熱CV
D法によって、非晶質珪素膜103を600Åの厚さに
成膜する。そして、所定のニッケル濃度に調整したニッ
ケル酢酸塩溶液を非晶質珪素膜103上に滴下して、水
膜104を形成する。そしてスピナー100を用いてス
ピンコートを行い、ニッケル元素が非晶質珪素膜103
の表面に接して保持された状態とする。(図1(A))
FIG. 1 shows a process of manufacturing the crystalline silicon film shown in this embodiment. First, Corning 7059 glass substrate 10
1 (strain point 593 ° C.) on the silicon oxide film 10 as a base film.
2 is deposited to a thickness of 3000Å. This silicon oxide film 10
2 is for preventing impurities and alkali ions from diffusing from the glass substrate 101 into a semiconductor thin film to be formed later. Next, plasma CVD method or reduced pressure heat CV
By the D method, the amorphous silicon film 103 is formed to a thickness of 600 Å. Then, a nickel acetate solution adjusted to a predetermined nickel concentration is dropped on the amorphous silicon film 103 to form a water film 104. Then, spin coating is performed using the spinner 100 so that the nickel element is amorphous silicon film 103.
Shall be held in contact with the surface of. (Fig. 1 (A))

【0035】次に加熱処理を行い非晶質珪素膜103を
結晶化させて、結晶性珪素膜105を得る。この加熱温
度は450℃以上、好ましくは500℃以上の温度で行
うことができる。ガラス基板101の耐熱性を考慮すれ
ば、ガラス基板101の歪点以下の温度とすることが好
ましい。なお500℃以下の温度でこの加熱処理を行っ
た場合には、加熱処理に要する時間が数十時間以上とな
るので実用的ではない。(図1(B))
Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 103 to obtain a crystalline silicon film 105. The heating temperature can be 450 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher. Considering the heat resistance of the glass substrate 101, the temperature is preferably equal to or lower than the strain point of the glass substrate 101. When this heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or less, the time required for the heat treatment is several tens of hours or more, which is not practical. (Fig. 1 (B))

【0036】この結晶性珪素膜105中におけるニッケ
ル濃度は1×1016原子cm-3〜5×1019原子cm-3
とする必要がある。このため、図1(A)の工程におい
て、得られた結晶性珪素膜105中におけるニッケル濃
度が上記範囲となるように、ニッケル酢酸塩溶液中のニ
ッケル濃度を調整する必要がある。なお、ニッケル濃度
はSIMS(2次イオン分析方法)を用いて計測した値
の最小値として定義される。
The concentration of nickel in the crystalline silicon film 105 is 1 × 10 16 atom cm −3 to 5 × 10 19 atom cm −3.
It is necessary to Therefore, in the step of FIG. 1A, it is necessary to adjust the nickel concentration in the nickel acetate solution so that the nickel concentration in the obtained crystalline silicon film 105 is in the above range. The nickel concentration is defined as the minimum value measured by SIMS (secondary ion analysis method).

【0037】結晶性珪素膜105が得られたら、その表
面に酸化珪素膜106を形成する。酸化珪素膜106の
厚さは数十Å〜100Å程度とすればよい。このような
薄い膜とするのは、この酸化珪素膜106を介して、結
晶性珪素膜105中のニッケル元素が移動できるように
する必要があるからである。ここでは、空気中で、UV
光の照射によって極薄い酸化珪素膜106を形成する。
この酸化珪素膜106は自然酸化膜程度の極薄い膜であ
っても、後の非晶質珪素膜(107で示される)のエッ
チングに際してエッチングストッパーとしての効果があ
ることが判明している。
After the crystalline silicon film 105 is obtained, a silicon oxide film 106 is formed on the surface thereof. The thickness of the silicon oxide film 106 may be several tens Å to 100 Å. The reason why such a thin film is formed is that the nickel element in the crystalline silicon film 105 needs to be able to move through the silicon oxide film 106. Here, in the air, UV
An extremely thin silicon oxide film 106 is formed by light irradiation.
It has been found that even if this silicon oxide film 106 is an extremely thin film such as a natural oxide film, it has an effect as an etching stopper in the subsequent etching of the amorphous silicon film (shown by 107).

【0038】ここでは、UV酸化法を用いて酸化珪素膜
106を形成したが、熱酸化法を用いて形成してもよ
い。また、酸化珪素膜106は、後のエッチング工程に
おけるエッチングストッパーとして機能するもので、結
晶性珪素膜105に対してエッチングの際の選択性が得
られる膜であればよい。例えば酸化珪素膜106の代わ
りに極薄い窒化珪素膜を用いることもできる。
Although the silicon oxide film 106 is formed by the UV oxidation method here, it may be formed by a thermal oxidation method. Further, the silicon oxide film 106 functions as an etching stopper in a later etching step, and may be any film as long as it has selectivity with respect to the crystalline silicon film 105 during etching. For example, an extremely thin silicon nitride film can be used instead of the silicon oxide film 106.

【0039】次にプラズマCVD法または減圧熱CVD
法により、非晶質珪素膜107を600Åの厚さに形成
する。
Next, plasma CVD method or low pressure thermal CVD
By the method, the amorphous silicon film 107 is formed to a thickness of 600 Å.

【0040】この状態でSIMS(2次イオン分析法)
を用いて、ニッケル元素の膜厚方向の濃度分布を調べた
ものを図2に示す。図2に示されているのは、非晶質珪
素膜107の表面から深さ方向におけるニッケル元素の
分布を示すものである。図2を見れば分かるように、非
晶質珪素膜107中におけるニッケル元素は測定限界以
下(この場合は、1×1017原子cm-3が測定限界)で
あり、また結晶性珪素膜105中には最大で5×1018
原子cm-3程度のニッケル元素が存在していることが分
かる。
In this state, SIMS (secondary ion analysis method)
FIG. 2 shows the concentration distribution of the nickel element in the film thickness direction examined by using. FIG. 2 shows the distribution of nickel element in the depth direction from the surface of the amorphous silicon film 107. As can be seen from FIG. 2, the nickel element in the amorphous silicon film 107 is below the measurement limit (in this case, 1 × 10 17 atoms cm −3 is the measurement limit), and in the crystalline silicon film 105. The maximum is 5 × 10 18
It can be seen that nickel element of about atomic cm −3 exists.

【0041】そして加熱処理を施すことにより、非晶質
珪素膜107中に結晶性珪素膜105中のニッケル元素
を酸化膜106を介して拡散させる。この工程は、非晶
質珪素膜107によって、結晶性珪素膜105中のニッ
ケル元素を吸い出させる工程であると理解することもで
きる。(図1(C))
By performing heat treatment, the nickel element in the crystalline silicon film 105 is diffused in the amorphous silicon film 107 through the oxide film 106. It can be understood that this step is a step of sucking out the nickel element in the crystalline silicon film 105 by the amorphous silicon film 107. (Fig. 1 (C))

【0042】加熱工程を非晶質珪素膜107が結晶化し
ない温度である400℃〜450℃の温度で行ってい
る。本実施例では、450℃の温度で2時間の加熱処理
を行う。加熱処理を行うと、結晶性珪素膜105中のニ
ッケル元素が非晶質珪素膜107に拡散し、結晶性珪素
膜105中のニッケル元素の濃度を低くすることができ
る。
The heating step is performed at a temperature of 400 ° C. to 450 ° C. at which the amorphous silicon film 107 does not crystallize. In this embodiment, heat treatment is performed at a temperature of 450 ° C. for 2 hours. When the heat treatment is performed, the nickel element in the crystalline silicon film 105 is diffused into the amorphous silicon film 107 and the concentration of the nickel element in the crystalline silicon film 105 can be reduced.

【0043】一般的に非晶質珪素膜107の厚さを結晶
性珪素膜105の厚さ以上のもとすれば、上記加熱処理
を行うことにより、結晶性珪素膜105中のニッケル濃
度を1/2以下とすることができる。
Generally, if the thickness of the amorphous silicon film 107 is set to be equal to or larger than the thickness of the crystalline silicon film 105, the nickel concentration in the crystalline silicon film 105 is set to 1 by performing the above heat treatment. It can be / 2 or less.

【0044】図3に上記図1(C)に示す加熱処理工程
を2時間行った状態における膜厚方向におけるニッケル
元素の濃度の分布を示す。図3に示すデータは図2に示
すデータと同じ測定法によるものである。
FIG. 3 shows the concentration distribution of nickel element in the film thickness direction in the state where the heat treatment step shown in FIG. 1 (C) is performed for 2 hours. The data shown in FIG. 3 is based on the same measurement method as the data shown in FIG.

【0045】図3を見れば明らかなように、ニッケルは
非晶質珪素膜107中に拡散している。しかし、結晶性
珪素膜105中に濃度の方がやや高いことが見てとれ
る。図3より、図1(C)に示す加熱工程において、結
晶性珪素膜105中のニッケル元素が非晶質珪素膜10
7中に吸い出されたことが理解される。
As is apparent from FIG. 3, nickel is diffused in the amorphous silicon film 107. However, it can be seen that the concentration in the crystalline silicon film 105 is slightly higher. From FIG. 3, in the heating step shown in FIG. 1C, the nickel element in the crystalline silicon film 105 is changed to the amorphous silicon film 10.
It is understood that it was sucked out during 7.

【0046】図4に示すのは、図3に示すデータが得ら
れてから、さらに450℃の温度で2時間の加熱処理を
加えた状態(最終的に450℃の温度で4時間の加熱処
理を加えた状態)における、ニッケルの濃度分布であ
る。図4と図3を比較すれば明らかなように、結晶性珪
素膜105中のニッケル元素が徐々に非晶質珪素膜10
7に吸い出されていく様子が見てとれる。これは、非晶
質珪素膜107中には不対結合手が多量に存在してお
り、ニッケルが結合し易い珪素原子が多数存在している
ためであると考えられる。さらに長時間の加熱処理を加
えることにより、徐々にではあるが、さらに結晶性珪素
膜105中のニッケル濃度を下げることができる。この
ような作用は、非晶質珪素膜107を結晶化してしまう
場合には、見られない顕著な特徴である。
FIG. 4 shows a state in which after the data shown in FIG. 3 was obtained, heat treatment was further performed at a temperature of 450 ° C. for 2 hours (finally, heat treatment was performed at a temperature of 450 ° C. for 4 hours. Is a nickel concentration distribution in the state of adding (). As is clear from comparison between FIG. 4 and FIG. 3, the nickel element in the crystalline silicon film 105 gradually increases in the amorphous silicon film 10.
You can see how it is being sucked up by 7. It is considered that this is because a large amount of dangling bonds are present in the amorphous silicon film 107 and a large number of silicon atoms to which nickel is easily bonded are present. By adding heat treatment for a longer period of time, the nickel concentration in the crystalline silicon film 105 can be further lowered, though gradually. Such an action is a remarkable feature that cannot be seen when the amorphous silicon film 107 is crystallized.

【0047】そして、非晶質珪素膜107をエッチング
によって除去する。ここでは非晶質珪素膜107のエッ
チャントとしてヒドラジン(N26 )を用いる。ヒド
ラジンをエッチャントとして用いた場合には、結晶性珪
素膜105のエッチングレートに比較して、非晶質珪素
膜107のほうがエッチングレートが速い。しかも本実
施例においては、ヒドラジンではエッチングされない
(そのエッチングレートは極めて低く、相対的に見た場
合、エッチングされないと見なすことができる)酸化珪
素膜106がエッチングストッパーとして、結晶性珪素
膜105上に形成されている。従って、ニッケルを吸い
出した非晶質珪素膜107のみを選択的に取り除くこと
ができる。なお非晶質珪素膜107のエッチングには、
ドライエッチングを用いてもよい。
Then, the amorphous silicon film 107 is removed by etching. Here, hydrazine (N 2 H 6 ) is used as an etchant for the amorphous silicon film 107. When hydrazine is used as an etchant, the etching rate of the amorphous silicon film 107 is faster than that of the crystalline silicon film 105. Moreover, in this embodiment, the silicon oxide film 106 that is not etched by hydrazine (the etching rate is extremely low and can be regarded as not etched when viewed relatively) is formed on the crystalline silicon film 105 as an etching stopper. Has been formed. Therefore, it is possible to selectively remove only the amorphous silicon film 107 that has sucked out nickel. For the etching of the amorphous silicon film 107,
Dry etching may be used.

【0048】次に酸化珪素膜106をバッファフッ酸や
フッ硝酸によって取り除き、図1(D)に示すようなニ
ッケル元素の含有濃度を低くすることができた結晶性珪
素膜108を得る。この結晶性珪素膜108中のニッケ
ル元素の濃度は、図4を見ても分かるように、例えば3
×1018原子cm-3弱程度である。この値は、図2と比
較すれば分かるように、図1(C)の加熱処理前に比較
して、ニッケル元素の濃度を1/2(平均すれば1/2
以下となる)にできたことを意味する。
Next, the silicon oxide film 106 is removed by buffer hydrofluoric acid or hydrofluoric nitric acid to obtain a crystalline silicon film 108 having a low nickel element concentration as shown in FIG. The concentration of the nickel element in the crystalline silicon film 108 is, for example, 3 as shown in FIG.
× 10 18 atoms cm −3 or so. As can be seen by comparing this value with FIG. 2, the nickel element concentration is ½ (average of ½ when compared to before the heat treatment of FIG. 1C).
It means that it was made possible.

【0049】本実施例においては、結晶性珪素膜105
の上に形成される非晶質珪素膜107の膜厚を結晶性珪
素膜105と同じものとした。しかし、非晶質珪素膜1
07の膜厚をさらに厚くすることで、最終的に得られる
結晶性珪素膜108中に含まれるニッケル元素の濃度を
さらに低くすることができる。即ち、結晶性珪素膜10
5の体積に比較して、非晶質珪素膜107の体積をより
大きくすることで、より多くのニッケル元素を非晶質珪
素膜107に吸い出させることができる。
In this embodiment, the crystalline silicon film 105 is used.
The film thickness of the amorphous silicon film 107 formed on the above is the same as that of the crystalline silicon film 105. However, the amorphous silicon film 1
By further increasing the thickness of 07, the concentration of nickel element contained in the finally obtained crystalline silicon film 108 can be further reduced. That is, the crystalline silicon film 10
By making the volume of the amorphous silicon film 107 larger than the volume of 5, more nickel element can be sucked out to the amorphous silicon film 107.

【0050】本実施例の構成を採用することで、得られ
た結晶性珪素膜108中のニッケル濃度を5×1018
子cm-3以下とすることができる。
By adopting the structure of this embodiment, the nickel concentration in the obtained crystalline silicon film 108 can be made 5 × 10 18 atoms cm −3 or less.

【0051】〔実施例2〕本実施例は、図1に示した実
施例1の作製工程において、図1(C)に示す加熱処理
工程を加熱温度を550℃とし、加熱時間を4時間とす
る条件で行うことを特徴とする。図1(C)に示す加熱
処理工程を550℃、4時間の条件で行った場合、10
7で示される非晶質珪素膜は結晶性珪素膜105から拡
散してくるニッケル元素の作用により結晶化してしま
う。
[Embodiment 2] In this embodiment, in the manufacturing process of Embodiment 1 shown in FIG. 1, the heat treatment step shown in FIG. 1 (C) is performed at a heating temperature of 550 ° C. for a heating time of 4 hours. It is characterized in that it is performed under the conditions. When the heat treatment step shown in FIG. 1C is performed at 550 ° C. for 4 hours, 10
The amorphous silicon film shown by 7 is crystallized by the action of nickel element diffused from the crystalline silicon film 105.

【0052】この際、結晶化が酸化膜106を介して、
結晶性珪素膜105から非晶質珪素膜107に向かう方
向で進行する。前述したように、珪素の結晶化を助長す
る金属元素は、結晶成長の先端部分に集中する傾向があ
る。従って、結晶化された珪素膜107(この段階では
結晶性珪素膜に変成されている)の表面に、ニッケル元
素の集中した領域が形成される。すると当然のことであ
るが、結晶性珪素膜105中のニッケル濃度は低減され
る。
At this time, crystallization is performed through the oxide film 106.
It proceeds in the direction from the crystalline silicon film 105 to the amorphous silicon film 107. As described above, the metal element that promotes crystallization of silicon tends to concentrate at the tip portion of crystal growth. Therefore, a region in which the nickel element is concentrated is formed on the surface of the crystallized silicon film 107 (which has been transformed into a crystalline silicon film at this stage). Then, as a matter of course, the nickel concentration in the crystalline silicon film 105 is reduced.

【0053】また、結晶性珪素膜105の表面に存在し
ていたニッケル元素の偏在領域は、非晶質珪素膜107
の結晶化が進行するのに従って、その結晶成長の先端部
分と共に移動する。即ち、このニッケル元素の偏在領域
は、結晶化の終了後において、珪素膜107(ここでは
結晶化された状態を指す)中に存在することなる。従っ
て、結晶性珪素膜105の表面に存在していたニッケル
元素の偏在領域を消滅させることができる。
The uneven distribution region of the nickel element existing on the surface of the crystalline silicon film 105 is the amorphous silicon film 107.
As the crystallization progresses, it moves along with the tip portion of the crystal growth. That is, the unevenly distributed region of the nickel element exists in the silicon film 107 (here, it indicates a crystallized state) after the crystallization is completed. Therefore, the unevenly distributed region of the nickel element existing on the surface of the crystalline silicon film 105 can be eliminated.

【0054】このように非晶質珪素膜107を結晶化さ
せてしまった場合、この結晶化した珪素膜を選択的に取
り除くことができるかが懸念される。しかし、エッチン
グストッパーとして機能する酸化珪素膜106が形成さ
れているので、選択的に107で示される珪素膜(この
場合は結晶化されている)のみを取り除くことができ
る。即ち、ヒドラジンやClF3 ガスを用いたエッチン
グを行うと、珪素膜107のエッチング速度に比較し
て、106で示される酸膜のエッチング速度が極めて小
さいので、エッチングを珪素膜107のエッチングが終
了した時点で停止させることができる。
When the amorphous silicon film 107 is crystallized in this way, there is a concern that the crystallized silicon film can be selectively removed. However, since the silicon oxide film 106 functioning as an etching stopper is formed, only the silicon film indicated by 107 (crystallized in this case) can be selectively removed. That is, when etching using hydrazine or ClF 3 gas is performed, the etching rate of the acid film indicated by 106 is extremely low as compared with the etching rate of the silicon film 107, and thus etching of the silicon film 107 is completed. It can be stopped at some point.

【0055】本実施例に示すような構成を採用した場
合、図1(B)に示す加熱工程と図1(C)に示す加熱
工程とを同じ条件で行うことができる。
When the structure shown in this embodiment is adopted, the heating step shown in FIG. 1B and the heating step shown in FIG. 1C can be performed under the same conditions.

【0056】〔実施例3〕本実施例は、実施例1や実施
例2で示す作製方法によって得られた結晶性珪素膜を用
いて、薄膜トランジスタを作製する例を示す。図5に本
実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示す。実施
例1または実施例2に示した方法を用いて、下地膜50
2が形成されたガラス基板501上に結晶性珪素膜50
3を形成する。(図5(A))
[Embodiment 3] This embodiment shows an example of manufacturing a thin film transistor using the crystalline silicon film obtained by the manufacturing method shown in Embodiments 1 and 2. FIG. 5 shows a manufacturing process of the thin film transistor shown in this embodiment. Using the method shown in Example 1 or 2, the base film 50
2 is formed on the glass substrate 501, the crystalline silicon film 50
3 is formed. (Figure 5 (A))

【0057】次に得られた結晶性珪素膜503をパター
ニングして、504で示されるような薄膜トランジスタ
の活性層を形成する。そしてプラズマCVD法または減
圧熱CVD法で、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素
膜505を1000Åの厚さに形成する。(図5
(B))
Then, the obtained crystalline silicon film 503 is patterned to form an active layer of a thin film transistor as indicated by 504. Then, a silicon oxide film 505 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 Å by plasma CVD method or low pressure thermal CVD method. (Fig. 5
(B))

【0058】次に、スカンジウムを含有したアルミニウ
ム膜を6000Åの厚さに成膜して、パターニングを施
すことにより、506で示すゲイト電極を形成する。そ
して電解溶液中において、ゲイト電極506を陽極とし
た陽極酸化を行うことによって、酸化物層507を形成
する。この酸化物層507の厚さは2000Åとする。
この酸化物層507の厚さで、後の工程においてオフセ
ットゲイト領域を形成することができる。
Next, an aluminum film containing scandium is formed to a thickness of 6000Å and patterned to form a gate electrode 506. Then, an oxide layer 507 is formed by performing anodization in the electrolytic solution using the gate electrode 506 as an anode. The thickness of this oxide layer 507 is 2000 Å.
With the thickness of the oxide layer 507, an offset gate region can be formed in a later step.

【0059】さらに活性層504に対して不純物イオン
の注入を行う。ここでは、不純物イオンとしてリンイオ
ンを注入する。この工程で、508と511で示される
領域にリンイオンが注入される。この508と511で
示される領域がソース/ドレイン領域となる。また50
9の領域はオフセットゲイト領域となる。また510の
領域はチャネル形成領域となる。
Further, impurity ions are implanted into the active layer 504. Here, phosphorus ions are implanted as impurity ions. In this step, phosphorus ions are implanted in the regions indicated by 508 and 511. The regions indicated by 508 and 511 become the source / drain regions. Again 50
Area 9 is an offset gate area. The region 510 serves as a channel formation region.

【0060】不純物イオンの注入終了後、レーザー光を
照射して、注入されたイオンの活性化とイオンの注入時
において損傷を受けたソース/ドレイン領域508、5
11のアニールとを行う。(図5(C))
After the implantation of the impurity ions is finished, the source / drain regions 508, 5 which are damaged by irradiation of the laser beam and activation of the implanted ions and implantation of the ions.
Annealing 11 is performed. (Fig. 5 (C))

【0061】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜512を
形成し、さらにコンタクトホールの形成を行い、ソース
電極513とドレイン電極514の形成をアルミニウム
を用いて行う。さらに最後に350℃の水素雰囲気中に
おいて加熱処理を行って、薄膜トランジスタを完成させ
る。(図5(D))
Next, a silicon oxide film 512 is formed as an interlayer insulating film, contact holes are further formed, and a source electrode 513 and a drain electrode 514 are formed using aluminum. Finally, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to complete the thin film transistor. (FIG. 5 (D))

【0062】〔実施例4〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素であるニッケルの導入を選択的に行う
ことにより、基板に平行な方向に結晶成長した結晶性珪
素膜を得ると同時に、この結晶性珪素膜中のニッケル濃
度を低下させる技術に関する。
[Embodiment 4] In this embodiment, a crystalline silicon film crystallized in a direction parallel to the substrate is obtained by selectively introducing nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon. At the same time, it relates to a technique for reducing the nickel concentration in the crystalline silicon film.

【0063】ガラス基板601上に、下地膜602とし
て酸化珪素膜を3000Åの厚さにスパッタ法によって
成膜する。次に非晶質珪素膜603を500Åの厚さに
プラズマCVD法または減圧熱CVD法によって成膜す
る。次に酸素雰囲気中においてUV光を照射し、非晶質
珪素膜603の表面に極薄い酸化膜(図示せず)を形成
する。この酸化膜は、後の溶液塗布工程で溶液の濡れ性
を改善するためのものである。そして、レジストを用い
てマスク604を形成する。レジストマスク604によ
って露呈される領域605は、図6(A)の紙面に垂直
な方向に長手方向を有するスリット状を有している。次
に所定の濃度でニッケルを含有したニッケル酢酸塩溶液
を滴下し、水膜606を形成する。(図6(A))
A silicon oxide film is formed as a base film 602 on the glass substrate 601 to a thickness of 3000 Å by a sputtering method. Next, an amorphous silicon film 603 is formed to a thickness of 500 Å by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Next, UV light is irradiated in an oxygen atmosphere to form an extremely thin oxide film (not shown) on the surface of the amorphous silicon film 603. This oxide film is for improving the wettability of the solution in the subsequent solution applying step. Then, a mask 604 is formed using a resist. A region 605 exposed by the resist mask 604 has a slit shape having a longitudinal direction in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. Next, a nickel acetate solution containing nickel at a predetermined concentration is dropped to form a water film 606. (Fig. 6 (A))

【0064】さらにスピナー600を用いてスピンコー
トを行い、非晶質珪素膜603上にの領域605におい
て、図示しない酸化膜を介してニッケル元素が接して保
持された状態とする。
Further, spin coating is performed by using the spinner 600, and a nickel element is brought into contact with and held in a region 605 on the amorphous silicon film 603 through an oxide film (not shown).

【0065】そしてレジストマスク604を取り除く。
次に加熱処理を加えて、非晶質珪素膜603の結晶化を
行う。ニッケル元素は605で示される領域において、
非晶質珪素膜603に図示しない酸化膜を介して接して
保持された状態から、図示しない酸化膜を通して非晶質
珪素膜603中に拡散していく。ニッケル元素の拡散に
伴って、非晶質珪素膜603は矢印607で示されるよ
うに基板に平行な方向に結晶成長が進行して、結晶性珪
素膜608が形成される。この結晶成長は柱状あるいは
針状に進行する。本実施例の場合は、605で示される
領域が図面の手前方向から奥手方向に長手方向を有する
スリット状を有しているので、矢印607で示されるよ
うな結晶成長は、略1方向に沿って進行する。また結晶
成長は数10μm〜100μm以上に渡って行わすこと
ができる。(図6(B))
Then, the resist mask 604 is removed.
Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 603. In the region indicated by 605, the nickel element,
The amorphous silicon film 603 is held in contact with the amorphous silicon film 603 via an oxide film (not shown) and diffuses into the amorphous silicon film 603 through the oxide film (not shown). Along with the diffusion of the nickel element, the amorphous silicon film 603 undergoes crystal growth in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow 607, and a crystalline silicon film 608 is formed. This crystal growth proceeds in a columnar shape or a needle shape. In the case of the present embodiment, since the region indicated by 605 has a slit shape having a longitudinal direction from the front direction to the back direction of the drawing, the crystal growth as indicated by the arrow 607 is substantially along one direction. And proceed. The crystal growth can be performed over several tens of μm to 100 μm or more. (Fig. 6 (B))

【0066】結晶性珪素膜608を得た後に、酸化膜6
09を50Åの厚さに熱酸化法で成膜する。さらに、プ
ラズマCVD法または減圧熱CVD法により、非晶質珪
素膜610を1000Åの厚さに成膜する。(図6
(C))
After obtaining the crystalline silicon film 608, the oxide film 6 is formed.
09 is formed into a film having a thickness of 50Å by a thermal oxidation method. Further, an amorphous silicon film 610 is formed in a thickness of 1000Å by plasma CVD method or low pressure thermal CVD method. (FIG. 6
(C))

【0067】そして450℃、2時間の加熱処理を行
い、結晶性珪素膜608中のニッケル元素を酸化膜60
9を介して非晶質珪素膜610中に拡散させる。そし
て、非晶質珪素膜610をClF3 ガスでエッチング
し、さらに酸化膜609をバッファフッ酸によって除去
する。こうして、図6(D)に示すようなニッケル濃度
が低下した結晶性珪素膜611を得ることができる。こ
の結晶性珪素膜611は607で示されるような基板に
平行な方向に結晶成長した領域を有し、かつ膜中におけ
るニッケル濃度が低いという特徴を有する。
Then, heat treatment is performed at 450 ° C. for 2 hours to remove the nickel element in the crystalline silicon film 608 from the oxide film 60.
And is diffused into the amorphous silicon film 610 through 9. Then, the amorphous silicon film 610 is etched with ClF 3 gas, and the oxide film 609 is removed with buffer hydrofluoric acid. In this way, a crystalline silicon film 611 having a reduced nickel concentration as shown in FIG. 6D can be obtained. This crystalline silicon film 611 has a region as shown by 607 in which a crystal has grown in a direction parallel to the substrate, and the nickel concentration in the film is low.

【0068】実験によれば、605で示される領域に導
入されるニッケルの量がある程度多い方が、607で示
す基板に平行な方向への結晶成長(横方向成長という)
の距離を長くできることが判明している。しかしなが
ら、ニッケル元素の導入量を多くすると、最終的に得ら
れる結晶性珪素膜611中におけるニッケル濃度を高く
する要因となるので、好ましくない。これは、膜中にお
けるニッケル濃度が高くなると(実験によれば5×10
19原子cm-3以上となると)、珪素膜の半導体としての
特性が損なわれたり、また作製される薄膜トランジスタ
の動作が不安定になったり、特性の劣化が激しくなった
りする問題が顕在化してしまう。
According to experiments, when the amount of nickel introduced into the region indicated by 605 is relatively large to some extent, crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by 607 (called lateral growth).
It has been found that the distance can be increased. However, increasing the amount of nickel element introduced is not preferable because it causes the nickel concentration in the finally obtained crystalline silicon film 611 to be increased. This is because when the nickel concentration in the film becomes high (5 × 10 5
If it is 19 atom cm −3 or more), the characteristics of the silicon film as a semiconductor may be impaired, the operation of the thin film transistor to be manufactured may become unstable, and the characteristics may be severely deteriorated. .

【0069】しかし、本実施例に示すように、結晶化の
終了後にニッケル元素を除去することで、横方向への結
晶成長距離を長くするという要請と、得られた結晶性珪
素膜611中におけるニッケル濃度(金属元素の濃度)
を極力低くしたいという要請とを両立させることができ
る。
However, as shown in this embodiment, by removing the nickel element after completion of the crystallization, it is required to increase the crystal growth distance in the lateral direction, and in the obtained crystalline silicon film 611. Nickel concentration (concentration of metallic element)
It is possible to satisfy both the demand for lowering as much as possible.

【0070】〔実施例5〕本実施例は、実施例4におい
て得られた結晶性珪素膜を用いて薄膜トタンジスタを構
成する例を示す。図7に本実施例の作製工程を示す。図
6に示す工程に従って、結晶性珪素膜を得る。この結晶
性珪素膜は基板に平行な方向に結晶成長した領域を有し
ている。
[Embodiment 5] This embodiment shows an example of forming a thin film transistor using the crystalline silicon film obtained in Embodiment 4. FIG. 7 shows a manufacturing process of this example. A crystalline silicon film is obtained according to the steps shown in FIG. This crystalline silicon film has a region where crystals are grown in a direction parallel to the substrate.

【0071】図7(A)に示すように、結晶性珪素膜を
パターニングして薄膜トランジスタの活性層703とな
る領域を形成する。図7(A)において、701はガラ
ス基板であり、702は下地膜の酸化珪素膜である。
As shown in FIG. 7A, the crystalline silicon film is patterned to form a region to be the active layer 703 of the thin film transistor. In FIG. 7A, 701 is a glass substrate and 702 is a silicon oxide film as a base film.

【0072】ここで、活性層703内に図6(B)で示
す結晶成長における結晶成長の始点(ニッケルが導入さ
れた領域)と結晶成長の終点とが存在しないようにする
ことが重要である。これは、結晶成長の始点と結晶成長
の終点とには、ニッケルが高濃度に含まれているからで
ある。
Here, it is important that the active layer 703 does not have a crystal growth start point (a region into which nickel is introduced) and a crystal growth end point in the crystal growth shown in FIG. 6B. . This is because nickel is contained in a high concentration at the start point of crystal growth and the end point of crystal growth.

【0073】さらにゲイト絶縁膜として機能する酸化珪
素膜704を1000Åの厚さにプラズマCVD法によ
り成膜する。(図7(A))
Further, a silicon oxide film 704 which functions as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 Å by the plasma CVD method. (Figure 7 (A))

【0074】次にアルミニウムを主成分とする膜を形成
し、さらにパターニングを施すことにより、ゲイト電極
705を形成する。ゲイト電極705を陽極にして、電
解溶液中で陽極酸化して、酸化物層706を形成する。
酸化物層706の厚さで後の不純物イオンの注入工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成することができ
る。(図7(B))
Next, a film containing aluminum as a main component is formed and further patterned to form a gate electrode 705. The gate electrode 705 is used as an anode and anodized in an electrolytic solution to form an oxide layer 706.
With the thickness of the oxide layer 706, an offset gate region can be formed in a later step of implanting impurity ions. (Fig. 7 (B))

【0075】不純物イオンとしてリンイオンを注入す
る。この工程でソース領域707とドレイン領域710
とが形成される。更に、オフセットゲイト領域708と
チャネル形成領域709とが形成される。不純物イオン
の注入終了後、レーザー光または強光を照射することに
より、ソース/ドレイン領域707、710を活性化す
る。
Phosphorus ions are implanted as impurity ions. In this process, the source region 707 and the drain region 710 are
And are formed. Further, an offset gate region 708 and a channel forming region 709 are formed. After the implantation of the impurity ions is completed, the source / drain regions 707 and 710 are activated by irradiation with laser light or strong light.

【0076】そして、層間絶縁膜となる酸化珪素膜71
1をプラズマCVD法によって、6000Åの厚さに成
膜する。酸化珪素膜711にコンタクトホールを形成し
た後に、ソース電極712とドレイン電極713の形成
を行う。こうして薄膜トランジスタが完成される。(図
7(C))
Then, a silicon oxide film 71 to be an interlayer insulating film is formed.
1 is deposited by plasma CVD to a thickness of 6000Å. After forming the contact holes in the silicon oxide film 711, the source electrode 712 and the drain electrode 713 are formed. Thus, the thin film transistor is completed. (Fig. 7 (C))

【0077】〔実施例6〕本実施例は、図1に示す実施
例1の結晶性珪素膜の作製工程の後に、再び加熱処理を
行うことを特徴とする。図1(C)に示す工程において
加熱処理を施すと、図4に示すように徐々に結晶性珪素
膜105中のニッケル(金属元素)が非晶質珪素膜10
7に吸い出されていく。この際、図4に示すように結晶
性珪素膜105の表面付近のニッケル濃度が、結晶性珪
素膜105の下層の酸化珪素膜102の界面付近のニッ
ケル濃度と比較して高くなってしまう。これは、結晶性
珪素膜105中のニッケルが非晶質珪素膜107の吸い
出されていってしまう結果、結晶性珪素膜105の表面
側にニッケル元素が偏析してしまっていることを意味し
ている。
[Embodiment 6] This embodiment is characterized in that heat treatment is performed again after the step of forming the crystalline silicon film of Embodiment 1 shown in FIG. When the heat treatment is performed in the step shown in FIG. 1C, nickel (metal element) in the crystalline silicon film 105 is gradually removed as shown in FIG.
It is sucked out to 7. At this time, as shown in FIG. 4, the nickel concentration near the surface of the crystalline silicon film 105 becomes higher than the nickel concentration near the interface of the silicon oxide film 102 below the crystalline silicon film 105. This means that nickel in the crystalline silicon film 105 is sucked out of the amorphous silicon film 107, so that nickel element is segregated on the surface side of the crystalline silicon film 105. ing.

【0078】このため、図1(D)に示すようなガラス
基板101上に形成された結晶性珪素膜108を用いて
薄膜トランジスタを作製した場合には、この結晶性珪素
膜108の表面をキャリアが伝導することになる。キャ
リアが伝導する領域にニッケルが高濃度に存在している
ことは好ましくない。
Therefore, when a thin film transistor is manufactured using the crystalline silicon film 108 formed on the glass substrate 101 as shown in FIG. 1D, the surface of the crystalline silicon film 108 is not covered with carriers. It will be conducted. It is not preferable that nickel is present in a high concentration in a region where carriers are conducted.

【0079】そこで、本実施例においては、図1(D)
に示す状態を得た後、加熱処理を行い、ニッケルを結晶
性珪素膜108中に再び拡散させる。ここで行う加熱処
理はニッケルを拡散させることができればよいので、4
00℃以上の温度であればよい。またその上限は、ガラ
ス基板101の耐熱性によって制限される。従って、こ
こで行う加熱の温度は、400℃以上であって、ガラス
基板の歪点以下の温度であればよい。
Therefore, in the present embodiment, FIG.
After the state shown in (1) is obtained, heat treatment is performed to diffuse nickel into the crystalline silicon film 108 again. The heat treatment performed here is sufficient if nickel can be diffused.
It may be a temperature of 00 ° C or higher. The upper limit is limited by the heat resistance of the glass substrate 101. Therefore, the temperature of the heating performed here may be 400 ° C. or higher and the temperature below the strain point of the glass substrate.

【0080】以下に本実施例の詳細を図8を用いて説明
する。図1に示すような作製工程を経て、図1(D)に
示す状態を得る。この状態を図8(A)に示す。図8
(A)には、ニッケルが偏析し、ニッケルが高濃度に含
まれている層802(表面側)と、ニッケル濃度が80
2で示される層側よりも低濃度に含まれている層801
が示されている。この層801と802とで、下地膜1
02を介してガラス基板101上に形成された結晶性珪
素膜108(図1(D)参照)が構成されている。
Details of this embodiment will be described below with reference to FIG. Through the manufacturing process as shown in FIG. 1, the state shown in FIG. This state is shown in FIG. FIG.
In (A), a layer 802 (on the surface side) in which nickel is segregated and nickel is contained in a high concentration, and a nickel concentration is 80
The layer 801 containing a lower concentration than the layer side indicated by 2
It is shown. The layers 801 and 802 are used to form the base film 1.
A crystalline silicon film 108 (see FIG. 1D) is formed over the glass substrate 101 through the layer 02.

【0081】この図8(A)に示す状態で図8(B)に
示すように加熱処理を施す。ここでは、500℃、2時
間の加熱処理を施す。この結果、802で示される領域
のニッケル元素は、より低濃度でニッケルが存在する8
01で示される領域に拡散する。こうして、この領域8
02はニッケルの偏析の無い状態とすることができる。
そして、その表面におけるニッケル濃度を低くすること
ができた結晶性珪素膜803を得ることができる。(図
8(C))
In the state shown in FIG. 8A, heat treatment is performed as shown in FIG. 8B. Here, heat treatment is performed at 500 ° C. for 2 hours. As a result, the nickel element in the region indicated by 802 has a lower concentration of nickel.
It diffuses into the area indicated by 01. Thus, this area 8
02 can be in a state where there is no segregation of nickel.
Then, it is possible to obtain the crystalline silicon film 803 that can reduce the nickel concentration on the surface thereof. (Fig. 8 (C))

【0082】〔実施例7〕本実施例は、実施例7に示す
構成において、結晶化工程において、加熱処理の代わり
にレーザー光の照射を行った場合の例である。本実施例
の工程を図9に示す。まず図1に示す工程を経て、80
2で示されるその表面にニッケル元素が高濃度に存在し
た結晶性珪素膜から成る層と、ニッケル元素が低濃度に
存在する結晶性珪素膜から成る層801とを得る。(図
9(A))
[Embodiment 7] This embodiment is an example in the case of irradiating with laser light instead of heat treatment in the crystallization step in the structure shown in Embodiment 7. The process of this example is shown in FIG. First, through the steps shown in FIG.
A layer made of a crystalline silicon film in which the nickel element is present at a high concentration and a layer 801 made of a crystalline silicon film in which the nickel element is present at a low concentration are obtained on the surface thereof. (Fig. 9 (A))

【0083】次にレーザー光を照射することにより、ニ
ッケル元素を層802から層801に拡散させる。(図
9(B))
Next, the nickel element is diffused from the layer 802 to the layer 801 by irradiating laser light. (Fig. 9 (B))

【0084】これにより、膜中に均一にニッケルが拡散
した状態を有する結晶性珪素膜901を得る。(図9
(C))
As a result, a crystalline silicon film 901 having nickel diffused uniformly in the film is obtained. (Fig. 9
(C))

【0085】〔実施例8〕本実施例は、実施例1に示す
工程において、図1(C)に示す非晶質珪素膜107を
人為的に欠陥密度の高い状態として成膜することを特徴
とする。実施例1に示す工程においては、図2に示すよ
うに、結晶性珪素膜105中には平均で3×1018原子
cm-3程度のニッケル元素が含まれている。そこで、本
実施例ににおいては、ニッケル元素を除去するのための
非晶質珪素膜107中の欠陥密度を少なくとも上記ニッ
ケル元素の濃度以上として、その除去能力を高めること
を特徴とする。
[Embodiment 8] This embodiment is characterized in that in the step shown in Embodiment 1, the amorphous silicon film 107 shown in FIG. 1C is artificially formed with a high defect density. And In the process shown in Example 1, as shown in FIG. 2, the crystalline silicon film 105 contains an average of about 3 × 10 18 atoms cm −3 of nickel element. Therefore, the present embodiment is characterized in that the defect density in the amorphous silicon film 107 for removing the nickel element is set to be at least the concentration of the nickel element or more to enhance the removal ability thereof.

【0086】非晶質珪素膜107中の欠陥密度はスピン
密度を計測することにより、見積もることができる。ま
た、欠陥を人為的に形成するにはスパッタ法、低温での
プラズマCVD法、あるいは不対結合を中和するための
水素を用いないで、シランやジシランのみよるプラズマ
CVD法や減圧熱CVD法を用いればよい。
The defect density in the amorphous silicon film 107 can be estimated by measuring the spin density. Further, in order to artificially form a defect, a sputtering method, a plasma CVD method at a low temperature, or a plasma CVD method using only silane or disilane or a low pressure thermal CVD method without using hydrogen for neutralizing unpaired bonds. Can be used.

【0087】非晶質珪素膜107の欠陥密度を高くする
と、ニッケル元素の除去能力をより大きくすることがで
き、図3や図4に示すような効果をより大きなものとす
ることができる。
When the defect density of the amorphous silicon film 107 is increased, the nickel element removing ability can be increased, and the effects shown in FIGS. 3 and 4 can be increased.

【0088】〔実施例9〕本実施例は、ニッケル元素を
拡散させる(ニッケル元素を吸い出させる)膜に、多結
晶珪素膜を使用するようにしたものである。
[Embodiment 9] In this embodiment, a polycrystalline silicon film is used as a film for diffusing a nickel element (sucking out a nickel element).

【0089】図1に本実施例に示す結晶性珪素膜の作製
工程を示す。まず、コーニング7059ガラス基板10
1(歪点593℃)上に下地膜として酸化珪素膜102
を3000Åの厚さに成膜する。次にプラズマCVD法
または減圧熱CVD法によって、非晶質珪素膜103を
600Åの厚さに成膜する。そして、所定のニッケル濃
度に調整したニッケル酢酸塩溶液を非晶質珪素膜103
上に滴下して、スピナー100を用いてスピンコートを
行い、水膜104を形成する。これにより、ニッケル元
素が非晶質珪素膜103の表面に接して保持された状態
となる。(図1(A))
FIG. 1 shows a process of manufacturing the crystalline silicon film shown in this embodiment. First, Corning 7059 glass substrate 10
1 (strain point 593 ° C.) as a base film on the silicon oxide film 102.
Is deposited to a thickness of 3000Å. Next, an amorphous silicon film 103 is formed to a thickness of 600 Å by plasma CVD method or low pressure thermal CVD method. Then, the nickel acetate solution adjusted to a predetermined nickel concentration is used to form the amorphous silicon film 103.
The water film 104 is formed by dropping it onto the surface and performing spin coating using the spinner 100. As a result, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 103. (Fig. 1 (A))

【0090】次に加熱処理を行い非晶質珪素膜103を
結晶化させ、結晶性珪素膜105を得る。ここでは、加
熱温度を550℃とし、加熱時間を4時間とする(図1
(B))
Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 103 to obtain a crystalline silicon film 105. Here, the heating temperature is 550 ° C. and the heating time is 4 hours (see FIG. 1).
(B))

【0091】結晶性珪素膜105が得られたら、その表
面に酸化珪素膜106を数十Å〜100Å程度の厚さ
に、空気中で、UV光の照射によって形成する。次に減
圧熱CVD法により、多結晶珪素膜107を600Åの
厚さに形成する。この多結晶珪素膜107は半導体の活
性層に必要な程度の膜質にする必要はなく、欠陥密度が
高い膜とする。また、この欠陥密度は結晶性珪素膜10
5の欠陥密度よりも高いほうが好ましい。
After the crystalline silicon film 105 is obtained, a silicon oxide film 106 is formed on the surface of the crystalline silicon film 105 to a thickness of several tens of liters to 100 liters by irradiation with UV light in the air. Next, a polycrystalline silicon film 107 is formed to a thickness of 600 Å by low pressure thermal CVD. The polycrystalline silicon film 107 does not have to have the film quality required for the active layer of the semiconductor, and has a high defect density. Further, this defect density depends on the crystalline silicon film 10.
It is preferable that the defect density is higher than the defect density of 5.

【0092】次に、加熱処理を施すことにより、非晶質
珪素膜107中に結晶性珪素膜105中のニッケル元素
を酸化膜106を介して拡散させる。(図1(C))
Next, heat treatment is performed to diffuse the nickel element in the crystalline silicon film 105 into the amorphous silicon film 107 through the oxide film 106. (Fig. 1 (C))

【0093】この際に、加熱温度の下限はニッケルが拡
散し得る温度で定義され、400℃以上である、また、
上限はガラス基板101の歪み温度で定義される。この
加熱処理により、結晶性珪素膜105中のニッケル元素
が多結晶珪素膜107に拡散し、結晶性珪素膜105中
のニッケル元素の濃度を低くすることができる。
At this time, the lower limit of the heating temperature is defined as the temperature at which nickel can diffuse, and is 400 ° C. or higher.
The upper limit is defined by the strain temperature of the glass substrate 101. By this heat treatment, the nickel element in the crystalline silicon film 105 is diffused into the polycrystalline silicon film 107, and the concentration of the nickel element in the crystalline silicon film 105 can be lowered.

【0094】一般的に多結晶珪素膜107の厚さを結晶
性珪素膜105の厚さ以上のもとすれば、上記加熱処理
を行うことにより、結晶性珪素膜105中のニッケル濃
度を1/2以下とすることができる。
Generally, if the thickness of the polycrystalline silicon film 107 is set to be equal to or larger than the thickness of the crystalline silicon film 105, the nickel concentration in the crystalline silicon film 105 is reduced to 1 / th by performing the above heat treatment. It can be 2 or less.

【0095】そして、非晶質珪素膜107をエッチング
によって除去する。ヒドラジン(N26 )又はClF
3 ガスを使用すればよい。これに対して、酸化珪素のエ
ッチングレートは極めて低くいため、酸化珪素膜106
がエッチングストッパーとして機能するので、ニッケル
を吸い出した多結晶珪素膜107のみを選択的に取り除
くことができる。次に酸化珪素膜106をバッファフッ
酸やフッ硝酸によって取り除き、ニッケル元素の含有濃
度を低くすることができた結晶性珪素膜108を得る。
(図1(D))
Then, the amorphous silicon film 107 is removed by etching. Hydrazine (N 2 H 6 ) or ClF
3 gas may be used. On the other hand, since the etching rate of silicon oxide is extremely low, the silicon oxide film 106 is
Functions as an etching stopper, so that only the polycrystalline silicon film 107 that has sucked out nickel can be selectively removed. Next, the silicon oxide film 106 is removed by buffer hydrofluoric acid or hydrofluoric nitric acid to obtain a crystalline silicon film 108 in which the concentration of nickel element can be lowered.
(Fig. 1 (D))

【0096】〔実施例10〕本実施例は、ニッケル元素
を拡散させる(ニッケル元素を吸い出させる)膜に、非
晶質状態のSiX Ge1-X 膜(0<x<1)を使用する
ようにしたものである。図1に本実施例に示す結晶性珪
素膜の作製工程を示す。
[Embodiment 10] In this embodiment, an amorphous Si X Ge 1-X film (0 <x <1) is used as a film for diffusing nickel element (sucking out nickel element). It is something that is done. 1A to 1C show steps of manufacturing the crystalline silicon film shown in this embodiment.

【0097】コーニング7059ガラス基板101(歪
点593℃)上に下地膜として酸化珪素膜102を30
00Åの厚さに成膜する。次にプラズマCVD法または
減圧熱CVD法によって、非晶質珪素膜103を600
Åの厚さに成膜する。そして、所定のニッケル濃度に調
整したニッケル酢酸塩溶液を非晶質珪素膜103上に滴
下して、スピナー100を用いてスピンコートを行い、
水膜104を形成する。これにより、ニッケル元素が非
晶質珪素膜103の表面に接して保持された状態とな
る。(図1(A))
On a Corning 7059 glass substrate 101 (strain point 593 ° C.), a silicon oxide film 102 was formed as a base film by 30 times.
A film is formed to a thickness of 00Å. Next, the amorphous silicon film 103 is formed to 600 by plasma CVD or low pressure thermal CVD.
Form a film with a thickness of Å. Then, a nickel acetate solution adjusted to a predetermined nickel concentration is dropped on the amorphous silicon film 103, and spin coating is performed using the spinner 100,
The water film 104 is formed. As a result, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 103. (Fig. 1 (A))

【0098】次に加熱処理して、非晶質珪素膜103を
結晶化させて、結晶性珪素膜105を形成する。ここで
は、加熱温度を550℃とし、加熱時間を4時間とする
(図1(B))
Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 103 to form a crystalline silicon film 105. Here, the heating temperature is 550 ° C. and the heating time is 4 hours (FIG. 1B).

【0099】結晶性珪素膜105が得られたら、その表
面に酸化珪素膜106を数十Å〜100Å程度の厚さ
に、空気中で、UV光の照射によって形成する。次に原
料ガスにシラン(SiH4 )とゲルマン(GeH4 )を
使用して、プラズマCVD法により非晶質状態のSiX
Ge1-X 膜107を600Åの厚さに形成する。非晶質
状態のSiX Ge1-X 膜107を欠陥密度が高い膜とす
るには、成膜時の基板温度を低温にしたり、原料ガスを
水素で希釈しないようにすればよい。
After the crystalline silicon film 105 is obtained, a silicon oxide film 106 is formed on the surface of the crystalline silicon film 105 in the air by irradiation with UV light to a thickness of about several tens of liters to 100 liters. Next, silane (SiH 4 ) and germane (GeH 4 ) were used as source gases, and Si X in an amorphous state was formed by a plasma CVD method.
The Ge 1-X film 107 is formed to a thickness of 600 Å. In order to make the amorphous Si X Ge 1-X film 107 a film having a high defect density, the substrate temperature at the time of film formation may be set to a low temperature or the source gas may not be diluted with hydrogen.

【0100】次に、加熱処理を施すことにより、非晶質
状態のSiX Ge1-X 膜107中に、結晶性珪素膜10
5中のニッケル元素を酸化膜106を介して拡散させ
る。(図1(C))
Next, a heat treatment is applied to the crystalline silicon film 10 in the amorphous Si X Ge 1-X film 107.
The nickel element in 5 is diffused through the oxide film 106. (Fig. 1 (C))

【0101】この加熱温度の下限はニッケルが拡散しう
る温度で定義され、400℃以上である。また、上限は
ガラス基板101の歪み温度で定義される。加熱処理に
より、結晶性珪素膜105中のニッケル元素が非晶質状
態のSiX Ge1-X 膜107中に拡散し、結晶性珪素膜
105中のニッケル元素の濃度を低くすることができ
る。
The lower limit of the heating temperature is defined as the temperature at which nickel can diffuse, and is 400 ° C. or higher. The upper limit is defined by the strain temperature of the glass substrate 101. By the heat treatment, the nickel element in the crystalline silicon film 105 is diffused into the amorphous Si X Ge 1-X film 107, so that the concentration of the nickel element in the crystalline silicon film 105 can be lowered.

【0102】そして、SiX Ge1-X 膜107をエッチ
ングによって除去する。この際に、SiX Ge1-X 膜1
07と酸化珪素膜106とのエッチング選択比の高いエ
ッチング溶液、エッチングガスを使用して、酸化珪素膜
106がエッチングストッパーとして機能させるよよう
にする。これにより、ニッケルを吸い出したSiX Ge
1-X 膜107のみを選択的に取り除くことができる。
Then, the Si X Ge 1-X film 107 is removed by etching. At this time, the Si X Ge 1-X film 1
The etching solution and etching gas having a high etching selection ratio between 07 and the silicon oxide film 106 are used so that the silicon oxide film 106 functions as an etching stopper. As a result, Si X Ge that has sucked out nickel
Only the 1-X film 107 can be selectively removed.

【0103】次に酸化珪素膜106をバッファフッ酸や
フッ硝酸によって取り除き、図1(D)に示すようなニ
ッケル元素の含有濃度を低くすることができた結晶性珪
素膜108を得る。
Next, the silicon oxide film 106 is removed by buffer hydrofluoric acid or hydrofluoric nitric acid to obtain a crystalline silicon film 108 having a low nickel element content concentration as shown in FIG.

【0104】[0104]

【発明の効果】金属元素の作用によって、550℃程度
以下という従来に比較して低温で結晶性珪素膜作製する
ことができる。従って、ガラス基板上に結晶性珪素膜を
形成することができる。
By the action of the metal element, the crystalline silicon film can be formed at a temperature of about 550 ° C. or lower at a lower temperature than in the conventional case. Therefore, the crystalline silicon film can be formed on the glass substrate.

【0105】また、金属元素の作用によって結晶化した
珪素膜中の金属元素を非晶質珪素膜中に拡散させること
によって、金属元素の濃度の低い結晶性珪素膜を得るこ
とができる。従って、結晶性珪素膜を用いて、金属元素
の悪影響のないデバイス、例えば薄膜トランジスタを得
ることができる。
By diffusing the metal element in the silicon film crystallized by the action of the metal element into the amorphous silicon film, a crystalline silicon film having a low concentration of the metal element can be obtained. Therefore, by using the crystalline silicon film, it is possible to obtain a device, for example, a thin film transistor, which is not adversely affected by the metal element.

【0106】また、金属元素の作用によって結晶化した
珪素膜中の金属元素が偏在した部分を除去するようにし
たため、金属元素が偏在した部分のない結晶性珪素膜を
得ることができる。この結果、金属元素の影響のない半
導体素子を得ることができる。
Further, since the portion where the metal element is unevenly distributed in the crystallized silicon film by the action of the metal element is removed, it is possible to obtain a crystalline silicon film having no portion where the metal element is unevenly distributed. As a result, a semiconductor element that is not affected by the metal element can be obtained.

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

【図1】 結晶性珪素膜の作製工程を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a process of manufacturing a crystalline silicon film.

【図2】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a concentration distribution of nickel element.

【図3】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a concentration distribution of nickel element.

【図4】 ニッケル元素の濃度分布を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a concentration distribution of nickel element.

【図5】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。5A to 5C are diagrams illustrating a manufacturing process of a thin film transistor.

【図6】 結晶性珪素膜の作製工程を示す図。6A to 6C are diagrams showing a process of manufacturing a crystalline silicon film.

【図7】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。7A to 7C are diagrams illustrating a manufacturing process of a thin film transistor.

【図8】 結晶性珪素膜の作製工程を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a process of manufacturing a crystalline silicon film.

【図9】 結晶性珪素膜の作製工程を示す図。9A to 9C are diagrams showing a process of manufacturing a crystalline silicon film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、600・・・・・・・・・スピナー 101、501、601、701・ガラス基板 102、502、602、702・下地膜(酸化珪素
膜) 103、603・・・・・・・・・非晶質珪素膜 104、602・・・・・・・・・水膜 105、608・・・・・・・・・結晶性珪素膜 106、609・・・・・・・・・酸化膜 107、610・・・・・・・・・金属元素を拡散させ
る膜 108、611・・・・・・・・・結晶性珪素膜
100, 600 ..., Spinner 101, 501, 601, 701. Glass substrate 102, 502, 602, 702. Base film (silicon oxide film) 103, 603 .. Amorphous silicon film 104, 602 ... Water film 105, 608 ... Crystal silicon film 106, 609 ... Oxide film 107 , 610, ..., Film for diffusing metal element 108, 611, ..., Crystalline silicon film

───────────────────────────────────────────────────── 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 // H01L 21/322 P (72)発明者 寺本 聡 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 (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location H01L 21/336 // H01L 21/322 P (72) Inventor Satoshi Teramoto 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture Semi-conductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工程
と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工
程と、 前記結晶性珪素膜上に前記金属元素を拡散させる膜を形
成する工程と、 前記金属元素を拡散させる膜中に前記金属元素を拡散さ
せる工程と、 前記金属元素を拡散させた膜を除去する工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
1. A step of introducing a metal element into an amorphous silicon film; a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film; and a step of forming the metal element on the crystalline silicon film. A step of forming a film for diffusing the metal element, a step of diffusing the metal element in the film diffusing the metal element, and a step of removing the film diffusing the metal element. Thin film manufacturing method.
【請求項2】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工程
と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工
程と、 前記結晶性珪素膜上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に前記金属元素を拡散させる膜を形成する
工程と、 前記金属元素を拡散させる膜中に前記金属元素を拡散さ
せる工程と、 前記金属元素を拡散させた膜を除去する工程と、 前記酸化膜をエッチングストッパーにして前記金属元素
を拡散させた膜を除去する工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
2. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an oxide film on the crystalline silicon film. A step of forming, a step of forming a film for diffusing the metal element on the oxide film, a step of diffusing the metal element in a film for diffusing the metal element, and a film in which the metal element is diffusing. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: a removing step; and a step of removing a film in which the metal element is diffused by using the oxide film as an etching stopper.
【請求項3】請求項1及び2において、前記金属元素を
拡散させる膜は、非晶質珪素膜とすることを特徴とする
半導体薄膜の作製方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the film for diffusing the metal element is an amorphous silicon film.
【請求項4】請求項1及び2において、前記金属元素を
拡散させる膜は、多結晶珪素膜とすることを特徴とする
半導体薄膜の作製方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the film for diffusing the metal element is a polycrystalline silicon film.
【請求項5】請求項1及び2において、前記金属元素を
拡散させる膜は、非晶質状態のSiX Ge1-X 膜(0<
x<1)とすることを特徴とする半導体薄膜の作製方
法。
5. The film according to claim 1, wherein the film for diffusing the metal element is an amorphous Si X Ge 1-X film (0 <
x <1) is set, The manufacturing method of the semiconductor thin film characterized by the above-mentioned.
【請求項6】請求項1乃び請求項2において、前記金属
元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、O
s、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種、又は複
数種類の元素が用いられることを特徴とする半導体薄膜
の作製方法。
6. The metal element according to claim 1 or 2, wherein Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, and O are used as the metal elements.
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein one or more kinds of elements selected from s, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
【請求項7】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工程
と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工
程と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 加熱処理を施す工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された珪素膜を除去する工程
と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
7. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous layer on the crystalline silicon film. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: a step of forming a silicon film; a step of performing a heat treatment; and a step of removing the silicon film formed on the crystalline silicon film.
【請求項8】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工程
と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工
程と、 前記結晶性珪素膜上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に形成された非晶質珪素膜に前記結晶性珪
素膜中の前記金属元素を拡散させる工程と、 前記金属元素を拡散させた珪素膜を前記酸化膜をエッチ
ングストッパーとして除去する工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
8. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an oxide film on the crystalline silicon film. A step of forming, an step of forming an amorphous silicon film on the oxide film, a step of diffusing the metal element in the crystalline silicon film into the amorphous silicon film formed on the oxide film And a step of removing the silicon film in which the metal element is diffused using the oxide film as an etching stopper, the method for manufacturing a semiconductor thin film.
【請求項9】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工程
と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させて結晶性珪素膜を得る工
程と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された非晶質珪素膜に前記結
晶性珪素膜中の金属元素を拡散させる工程と、 前記金属元素を拡散させた珪素膜を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜に対して加熱および/またはレーザー
光の照射を行う工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
9. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous layer on the crystalline silicon film. Forming a silicon film, diffusing a metal element in the crystalline silicon film into an amorphous silicon film formed on the crystalline silicon film, and removing the silicon film diffusing the metal element And a step of irradiating the crystalline silicon film with heat and / or irradiating a laser beam, the method for producing a semiconductor thin film.
【請求項10】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工
程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程
と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された非晶質珪素膜が結晶化
しない温度で加熱処理を施す工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された非晶質珪素膜を除去す
る工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
10. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous silicon film on the crystalline silicon film. A step of forming a film, a step of performing heat treatment at a temperature at which the amorphous silicon film formed on the crystalline silicon film does not crystallize, and an amorphous silicon film formed on the crystalline silicon film A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising:
【請求項11】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工
程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程
と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された非晶質珪素膜を結晶化
させる工程と、 前記結晶性珪素膜上に形成された珪素膜を除去する工程
と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
11. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous silicon film on the crystalline silicon film. And a step of crystallizing the amorphous silicon film formed on the crystalline silicon film, and a step of removing the silicon film formed on the crystalline silicon film. A method for producing a semiconductor thin film, comprising:
【請求項12】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工
程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程
と、 前記結晶性珪素膜上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記酸化膜上に形成された非晶質珪素膜を結晶化させる
工程と、 前記酸化膜をエッチングストッパーとして前記酸化膜上
に形成された珪素膜を除去する工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
12. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an oxide film formed on the crystalline silicon film. A step of forming an amorphous silicon film on the oxide film, a step of crystallizing the amorphous silicon film formed on the oxide film, the oxide film using the oxide film as an etching stopper. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: a step of removing the silicon film formed above.
【請求項13】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工
程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程
と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記結晶性珪素膜中の金属元素の濃度を1/2以下とす
る工程と、 を有することを特徴とする半導体薄膜の作製方法。
13. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous silicon film on the crystalline silicon film. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: a step of forming a film; and a step of reducing a concentration of a metal element in the crystalline silicon film to ½ or less.
【請求項14】非晶質珪素膜中に金属元素を導入する工
程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化させ結晶性珪素膜を得る工程
と、 前記結晶性珪素膜上に非晶質珪素膜を形成する工程と、 加熱処理を施す工程と、 を有し、 前記非晶質珪素膜中の平均の欠陥密度を前記結晶性珪素
膜中の当該金属元素の最小値よりもと大きくすることを
特徴とする半導体薄膜の作製方法。
14. A step of introducing a metal element into the amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film, and an amorphous silicon film on the crystalline silicon film. A step of forming a film, and a step of performing a heat treatment, and making the average defect density in the amorphous silicon film larger than the minimum value of the metal element in the crystalline silicon film. A method for producing a semiconductor thin film, comprising:
【請求項15】請求項7乃至請求項14において、前記
金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素が用いられることを特徴とする半導
体薄膜の作製方法。
15. The metal element according to claim 7, wherein the metal element is Fe, Co, Ni, Ru, Rh or P.
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein one or more elements selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
【請求項16】請求項7乃至請求項14において、前記
結晶性珪素膜上に形成された非晶質珪素膜の膜厚は、前
記結晶性珪素膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導
体薄膜の作製方法。
16. The amorphous silicon film formed on the crystalline silicon film according to claim 7, wherein a film thickness of the amorphous silicon film is thicker than a film thickness of the crystalline silicon film. Method for manufacturing semiconductor thin film.
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