JPH08293468A - Manufacture of semiconductor - Google Patents

Manufacture of semiconductor

Info

Publication number
JPH08293468A
JPH08293468A JP12067995A JP12067995A JPH08293468A JP H08293468 A JPH08293468 A JP H08293468A JP 12067995 A JP12067995 A JP 12067995A JP 12067995 A JP12067995 A JP 12067995A JP H08293468 A JPH08293468 A JP H08293468A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
amorphous silicon
substrate
plasma
glass substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP12067995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Satoshi Teramoto
聡 寺本
Hideto Onuma
英人 大沼
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP12067995A priority Critical patent/JPH08293468A/en
Priority to US08/616,623 priority patent/US5956581A/en
Priority to KR1019960011838A priority patent/KR100306832B1/en
Publication of JPH08293468A publication Critical patent/JPH08293468A/en
Priority to US09/259,211 priority patent/US6933182B1/en
Priority to US11/134,291 priority patent/US7569440B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To provide a process at a temperature in which a glass substrate can withstand when an amorphous silicon film is crystallized by heat and the irradiation of a laser beam. CONSTITUTION: With respect to an amorphous silicon film formed on a glass substrate by a vapor phase method, treatment is made by hydrogen plasma or helium plasma which is made by an ECR method. Heat treatment is applied to the amorphous silicon film, thereby obtaining a crystalline silicon film. Also, metallic elements which promote the crystallization of silicon are held in contact with the surface of the amorphous silicon film before or after plasma treatment, thereby promoting its crystallization.

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薄膜半
導体の作製方法に関する。また、薄膜半導体を用いた半
導体装置(例えば薄膜ランジスタ)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 manufacturing a thin film semiconductor formed on a substrate having an insulating surface such as a glass substrate. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device (for example, a thin film transistor) using a thin film semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、薄膜半導体を用いた半導体装置と
して、薄膜トランジスタが注目されている。特に液晶電
気光学装置に薄膜トランジスタを搭載する構成が注目さ
れている。これは液晶電気光学装置を構成するガラス基
板上に薄膜半導体を成膜し、この薄膜半導体を用いて薄
膜トランジスタを構成するものである。この場合、薄膜
トランジスタは、液晶電気光学装置の各画素電極に配置
され、画素電極に出入りする電荷を制御するスイッチン
グ素子としての機能を有する。このような構成は、アク
ティブマトリクス型の液晶表示装置と呼ばれ、非常に高
品質な画像を表示することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, a thin film transistor has attracted attention as a semiconductor device using a thin film semiconductor. In particular, attention has been paid to a configuration in which a thin film transistor is mounted on a liquid crystal electro-optical device. This is a method of forming a thin film semiconductor on a glass substrate which constitutes a liquid crystal electro-optical device, and forming a thin film transistor using this thin film semiconductor. In this case, the thin film transistor is arranged in each pixel electrode of the liquid crystal electro-optical device, and has a function as a switching element that controls electric charges that flow in and out of the pixel electrode. Such a structure is called an active matrix type liquid crystal display device and can display a very high quality image.

【0003】薄膜トランジスタに使用さえる薄膜半導体
としては、非晶質珪素薄膜が主に利用されている。しか
し、非晶質珪素薄膜を利用したものでは、必要とする特
性が得られないのが現状である。
Amorphous silicon thin films are mainly used as thin film semiconductors used in thin film transistors. However, under the present circumstances, the one using the amorphous silicon thin film cannot obtain the required characteristics.

【0004】非晶質珪素膜の特性を高めるには、非晶質
珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜とすることが有用で
ある。結晶性珪素膜を得る方法としては、非晶質珪素膜
をプラズマCVD法や減圧熱CVD法で形成した後、加
熱処理を加える方法が知られている。
In order to improve the characteristics of the amorphous silicon film, it is useful to crystallize the amorphous silicon film into a crystalline silicon film. As a method for obtaining a crystalline silicon film, there is known a method in which an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method and then heat treatment is performed.

【0005】しかし、アクティブマトリクス型の液晶電
気光学装置に薄膜トランジスタを利用する場合、経済性
の観点から基板としてガラス基板を利用する必要がある
という問題がある。非晶質珪素膜を加熱によって結晶化
させるには、600℃以上の温度で数十時間以上の加熱
処理を行わねばならない。一方でガラス基板は、600
℃以上の加熱を数十時間以上加えると反り返ったり変形
してしまう。このことは、ガラス基板が大面積化した場
合に特に顕著になる。液晶電気光学装置は、数μmの間
隔を有して張り合わせられたガラス基板間に液晶を挟ん
で保持する構成が必要とされるので、ガラス基板の変形
は、表示ムラ等の原因となり好ましくない。
However, when a thin film transistor is used in an active matrix type liquid crystal electro-optical device, there is a problem that it is necessary to use a glass substrate as a substrate from the viewpoint of economy. In order to crystallize the amorphous silicon film by heating, it is necessary to perform heat treatment at a temperature of 600 ° C. or higher for several tens of hours or longer. On the other hand, the glass substrate is 600
If it is heated above ℃ for several tens of hours, it will warp or deform. This is particularly remarkable when the glass substrate has a large area. Since the liquid crystal electro-optical device needs to have a structure in which the liquid crystal is sandwiched and held between glass substrates that are bonded to each other with a space of several μm, the deformation of the glass substrate causes display unevenness and is not preferable.

【0006】この問題を回避するためには、基板として
石英基板や高い温度の加熱処理に耐える特殊なガラス基
板を利用すればよい。しかし、石英基板や高温に耐える
特殊ばガラス基板は高価であり、生産コストの点から利
用することは困難である。
In order to avoid this problem, a quartz substrate or a special glass substrate that can withstand high temperature heat treatment may be used as the substrate. However, a quartz substrate and a special glass substrate that can withstand high temperatures are expensive, and it is difficult to use them in terms of production costs.

【0007】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が知られている。レーザー光の
照射を利用した場合は、局部的に非常に結晶性の良好な
結晶性珪素膜を得ることができる半面、膜全体において
レーザー光の照射の効果の均一性がえられにくく、また
得られた結晶性珪素膜においても工程毎にバラツキが多
い(換言すれば再現性が低い)という問題がある。
There is also known a technique for crystallizing an amorphous silicon film by irradiating a laser beam. When laser light irradiation is used, it is possible to locally obtain a crystalline silicon film having very good crystallinity, but on the other hand, it is difficult to obtain the uniformity of the effect of laser light irradiation over the entire film. The obtained crystalline silicon film also has a problem that there are many variations in each process (in other words, reproducibility is low).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本明細書に開示する発
明においては、従来の加熱処理温度よりも低い温度での
加熱処理で結晶性珪素膜を得る方法を提供することを課
題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention disclosed in this specification is to provide a method for obtaining a crystalline silicon film by heat treatment at a temperature lower than the conventional heat treatment temperature.

【0009】また、レーザー光の照射を利用した場合で
あっても、均一でバラツキの無い結晶性珪素膜を得る技
術を提供することを課題とする。
It is another object of the present invention to provide a technique for obtaining a uniform and uniform crystalline silicon film even when laser light irradiation is used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を形
成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の
結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程と、
水素またはヘリウムを主成分とするガスのプラズマによ
って前記非晶質珪素膜を処理する工程と、前記非晶質珪
素膜にエネルギーを与える工程と、を有することを特徴
とする。
One of the inventions disclosed in this specification is a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of contacting the surface of the amorphous silicon film. A step of contacting and holding a metal element that promotes crystallization of silicon,
The method is characterized by including a step of treating the amorphous silicon film with plasma of a gas containing hydrogen or helium as a main component, and a step of applying energy to the amorphous silicon film.

【0011】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜
の表面に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を接し
て保持させる工程と、水素またはヘリウムを主成分とす
るガスのプラズマによって前記非晶質珪素膜を処理し、
珪素の不対結合手を形成する工程と、前記非晶質珪素膜
にエネルギーを与え結晶化させる工程と、を有すること
を特徴とする。
According to another aspect of the invention, there is provided a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of contacting a surface of the amorphous silicon film with a metal element for promoting crystallization of silicon. And holding the amorphous silicon film by plasma of a gas containing hydrogen or helium as a main component,
The method is characterized by including a step of forming dangling bonds of silicon and a step of applying energy to the amorphous silicon film to crystallize it.

【0012】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜
の表面に接して珪素の結晶化を助長する金属元素を接し
て保持させる工程と、水素を主成分とするガスのプラズ
マによって前記非晶質珪素膜を処理し、前記非晶質珪素
膜中の水素をプラズマ中の水素で脱ガス化する工程と、
前記非晶質珪素膜にエネルギーを与え前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、を有することを特徴とする。
According to another aspect of the invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and a step of contacting a surface of the amorphous silicon film with a metal element for promoting crystallization of silicon are provided. And a step of holding the amorphous silicon film by plasma of a gas containing hydrogen as a main component, and degassing hydrogen in the amorphous silicon film with hydrogen in the plasma.
Applying energy to the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film.

【0013】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素
の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程
と、ヘリウムを主成分とするガスのプラズマによって前
記非晶質珪素膜を処理し、前記プラズマ中の電離したヘ
リウム原子によって前記非晶質珪素膜中の珪素と水素と
の結合を切断し、前記非晶質珪素膜中からの水素の離脱
を促進させる工程と、前記非晶質珪素膜にエネルギーを
与え前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、を有する
ことを特徴とする。
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; a step of contacting with a surface of the amorphous silicon film to hold a metal element for promoting crystallization of silicon; and a step of holding helium. The amorphous silicon film is treated with plasma of a gas containing as a main component, and the bond between silicon and hydrogen in the amorphous silicon film is cut by ionized helium atoms in the plasma. The method is characterized by including a step of promoting desorption of hydrogen from the silicon film and a step of applying energy to the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film.

【0014】本明細書で開示する発明において、絶縁表
面を有する基板としてガラス基板や石英基板を用いるこ
とができる。一般に経済性の観点からガラス基板が利用
される。
In the invention disclosed in this specification, a glass substrate or a quartz substrate can be used as the substrate having an insulating surface. Generally, a glass substrate is used from the viewpoint of economy.

【0015】一般にガラス基板を利用した場合、非晶質
珪素膜に与えられるエネルギーは、400℃以上であっ
てかつ前記ガラス基板の歪点以下の温度での加熱によっ
て与えられる。この加熱は、350℃程度であっても可
能であるが、400℃以上であることが好ましい。ま
た、この加熱温度の上限として、ガラス基板耐えうる温
度の範囲において、珪素の結晶化温度以下の温度を選択
してもよい。珪素の結晶化温度は、出発膜となる非晶質
珪素膜の膜質や成膜方法によって多少異なる。特に不純
物の濃度によって異なる。一般的には珪素の結晶化温度
(非晶質珪素膜の結晶化温度)は、550℃〜600℃
程度である。
In general, when a glass substrate is used, the energy given to the amorphous silicon film is given by heating at a temperature of 400 ° C. or higher and below the strain point of the glass substrate. This heating can be performed at about 350 ° C., but is preferably 400 ° C. or higher. In addition, as the upper limit of this heating temperature, a temperature not higher than the crystallization temperature of silicon may be selected within a temperature range that the glass substrate can withstand. The crystallization temperature of silicon is somewhat different depending on the film quality and film forming method of the amorphous silicon film as the starting film. Especially, it depends on the concentration of impurities. Generally, the crystallization temperature of silicon (the crystallization temperature of an amorphous silicon film) is 550 ° C to 600 ° C.
It is a degree.

【0016】また、基板としてガラス基板を用いた場合
に非晶質珪素膜に与えられるエネルギーは、400℃以
上であってかつ前記ガラス基板の歪点以下の温度での加
熱によって与えられる。
Further, the energy applied to the amorphous silicon film when a glass substrate is used as the substrate is applied by heating at a temperature of 400 ° C. or higher and below the strain point of the glass substrate.

【0017】また上記加熱による方法に加えて、レーザ
ー光または強光の照射によって、エネルギーを与えるこ
とも有効である。
In addition to the above heating method, it is also effective to apply energy by irradiation with laser light or intense light.

【0018】また、基板としてガラス基板を用いた場合
に、ガラス基板の歪点以下の温度での加熱とレーザー光
の照射を1または複数回にわたり交互に行うことによっ
て、エネルギーを与えてもよい。また、プラズマによる
処理を行った後に珪素の結晶化を助長する金属元素を非
晶質珪素膜に接して保持させてもよい。
When a glass substrate is used as the substrate, energy may be applied by alternately heating the glass substrate at a temperature equal to or lower than the strain point and irradiating the laser light one or more times. Further, a metal element that promotes crystallization of silicon may be held in contact with the amorphous silicon film after the plasma treatment.

【0019】本明細書で開示する発明においては、珪素
の結晶化を助長する金属元素として、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用いることが
できる。
In the invention disclosed in this specification, Fe, Co, N are used as the metal elements for promoting the crystallization of silicon.
i, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au
One or more kinds of elements selected from can be used.

【0020】[0020]

【作用】気相法で成膜された非晶質珪素膜の接して珪素
の結晶化を助長する金属元素を接して保持させた状態
で、水素プラズマまたはヘリウムプラズマに曝すことに
よって、非晶質珪素膜中の珪素に結合している水素を外
部に離脱させることができる。そして、珪素同士の結合
の割合を高め、非晶質状態から準結晶状態といえる状態
へと変成することができる。
The amorphous silicon film formed by the vapor phase method is exposed to hydrogen plasma or helium plasma while being held in contact with a metal element that promotes crystallization of silicon. Hydrogen bonded to silicon in the silicon film can be released to the outside. Then, the ratio of bonds between silicon atoms can be increased, and the amorphous state can be transformed into a quasi-crystalline state.

【0021】この準結晶状態ともいえる状態は、非晶質
状態における珪素の結合手を中和していた水素原子が離
脱し、微小なレベルにおいては、余った珪素原子の結合
手同士が結合した状態、あるいは余った珪素原子の結合
手同士が非常に結合し易い状態となっている。
In this quasi-crystalline state, the hydrogen atoms that had neutralized the silicon bond in the amorphous state were released, and the bonds of the remaining silicon atoms were bonded to each other at a minute level. In this state, or the bonds of the remaining silicon atoms are very easily bonded to each other.

【0022】この状態において、熱エネルギーやレーザ
ー光のエネルギーを与えることで、珪素同士の結合を促
進させ、全体として結晶化を非常に容易に進行させるこ
とができる。また、この結晶化の進行は、結晶化の結晶
化を助長する金属元素の導入でさらに容易に進行させる
ことができる。
In this state, by applying heat energy or energy of laser light, the bonding between silicon atoms can be promoted, and crystallization as a whole can be promoted very easily. Further, the progress of crystallization can be further facilitated by introducing a metal element that promotes crystallization.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

(実施例1)本実施例は、ガラス基板上に結晶性珪素膜
を形成する構成に関する。まずガラス基板上に下地膜と
して酸化珪素膜を成膜する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板中からに不純物の拡散やガラス基板と半導体膜との
間で生じる応力の緩和のために機能する。この酸化珪素
膜は、プラズマCVD法やスパッタ法によって3000
Å程度の厚さに成膜すればよい。
(Example 1) This example relates to a structure in which a crystalline silicon film is formed on a glass substrate. First, a silicon oxide film is formed as a base film on a glass substrate. This silicon oxide film functions to diffuse impurities from the glass substrate and to relieve stress generated between the glass substrate and the semiconductor film. This silicon oxide film is formed by a plasma CVD method or a sputtering method at 3000
The film may be formed to a thickness of about Å.

【0024】次に非晶質珪素膜を成膜する。非晶質珪素
膜は、プラズマCVD法または減圧熱CVD法で成膜す
ればよい。非晶質珪素膜の厚さは、必要とする厚さとす
ればよいが、ここでは500Åとする。
Next, an amorphous silicon film is formed. The amorphous silicon film may be formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. The thickness of the amorphous silicon film may be a required thickness, but is 500 Å here.

【0025】非晶質珪素膜を成膜したら、非晶質珪素膜
の表面に珪素の結晶化を助長する金属元素を接して保持
させる。ここでは、当該金属元素としてニッケルを用い
る。そしてニッケルを含む溶液であるニッケル酢酸塩溶
液を用いてニッケル元素の導入を行う。またニッケル酢
酸塩溶液中には、界面活性剤を混入させ、ニッケル原子
が溶液中において分散して存在するように工夫する。
After forming the amorphous silicon film, a metal element that promotes crystallization of silicon is held in contact with the surface of the amorphous silicon film. Here, nickel is used as the metal element. Then, nickel element is introduced using a nickel acetate solution which is a solution containing nickel. Further, a surfactant is mixed in the nickel acetate solution so that nickel atoms are dispersed and present in the solution.

【0026】具体的には、非晶質珪素膜の表面に所定の
ニッケル濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、
スピナーによって余分な溶液を吹き飛ばすことによっ
て、ニッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持さ
れた状態とする。
Specifically, a nickel acetate solution adjusted to a predetermined nickel concentration is applied to the surface of the amorphous silicon film,
A nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film by blowing away the excess solution with a spinner.

【0027】このように珪素の結晶化を助長する金属元
素を溶液を用いた方法で導入した場合、最終的に珪素膜
中に残留する当該金属元素の濃度を制御することが容易
となる。即ち、溶液中の当該金属元素の濃度を制御する
ことで、結晶化終了後の珪素膜中に残留する当該金属元
素の濃度を決めることができる。このことは、当該金属
元素の存在が珪素の半導体としての性質を阻害するもの
であることを考えれば非常に重要なこととなる。
When the metal element that promotes crystallization of silicon is introduced by a method using a solution as described above, it becomes easy to control the concentration of the metal element that finally remains in the silicon film. That is, by controlling the concentration of the metal element in the solution, the concentration of the metal element remaining in the silicon film after crystallization can be determined. This is very important considering that the presence of the metal element impedes the property of silicon as a semiconductor.

【0028】当該金属元素が接して保持された状態を観
察すると、非晶質珪素膜の表面において均一に分散され
た状態で当該金属元素が存在していることが分かる。プ
ラズマCVD法やスパッタ法を用いた場合には、極薄い
膜を形成することが困難であり、当該金属元素を均一に
分難させた状態で保持させることは困難となる。
When observing the state in which the metal element is held in contact with it, it can be seen that the metal element exists in a state of being uniformly dispersed on the surface of the amorphous silicon film. When the plasma CVD method or the sputtering method is used, it is difficult to form an extremely thin film, and it is difficult to hold the metal element in a state in which it is difficult to uniformly divide the metal element.

【0029】なお、当該金属元素は、珪素膜中に1×1
15〜5×1015原子cm-3の濃度で最終的に存在する
ようにする必要がある。これは、この濃度以下では、結
晶化の作用が得られず、またこの濃度以上では、半導体
としての特性が損なわれてしまうからである。
It should be noted that the metal element is 1 × 1 in the silicon film.
It must be finally present at a concentration of 0 15 to 5 × 10 15 atoms cm −3 . This is because the effect of crystallization cannot be obtained below this concentration, and the characteristics as a semiconductor are impaired above this concentration.

【0030】非晶質珪素膜を成膜したら、磁場とマイク
ロ波を用いた方法により、減圧下で水素プラズマを生成
し、このプラズマによって先のガラス基板上に成膜され
た非晶質珪素膜をプラズマ処理する。ここでは、ECR
条件を用いて水素ガスをプラズマ化させる。
After the amorphous silicon film is formed, hydrogen plasma is generated under reduced pressure by a method using a magnetic field and a microwave, and this plasma forms the amorphous silicon film formed on the above glass substrate. Plasma treatment. Here, ECR
The hydrogen gas is turned into plasma under the conditions.

【0031】図1にECR条件を生成するための装置の
概要を示す。図1に示す装置は、発振器104で発生さ
れる2.45GHz のマイクロ波と磁石102で発生される
磁場との相互作用によってECR条件を形成させ、高密
度プラズマ生成する装置である。
FIG. 1 shows an outline of an apparatus for generating an ECR condition. The apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for forming an ECR condition by the interaction between the 2.45 GHz microwave generated by the oscillator 104 and the magnetic field generated by the magnet 102 to generate high density plasma.

【0032】プラズマ処理を行うに当たっては、まず基
板ホルダー106に基板(試料)を配置し、排気ポンプ
105によって、チャンバー103内を所定の減圧状態
とする。この際、基板の位置調整棒108を操作し、基
板107を丁度ECR条件となる領域に移動させる。こ
の位置における磁場の強さは、2.45GHz のマイクロ波
との相互作用によって丁度ECR条件となる875ガウ
スとなる。またプラズマ処理中において、基板107は
基板ホルダ内に配置されたヒータによって加熱すること
ができる。
In performing the plasma processing, first, a substrate (sample) is placed on the substrate holder 106, and the exhaust pump 105 is used to bring the inside of the chamber 103 to a predetermined depressurized state. At this time, the position adjusting rod 108 of the substrate is operated to move the substrate 107 to the region where the ECR condition is just reached. The strength of the magnetic field at this position is 875 Gauss, which is exactly the ECR condition due to the interaction with the 2.45 GHz microwave. Further, during the plasma processing, the substrate 107 can be heated by a heater arranged in the substrate holder.

【0033】ECR条件を用いてプラズマ化した水素
は、非常にプラズマ密度の高い状態となっている。この
水素プラズマに非晶質珪素膜を曝すと、非晶質珪素膜中
の水素原子がプラズマ中の活性な水素原子と結合し、非
晶質珪素膜中の水素原子が膜外に離脱する作用を呈す
る。
Hydrogen which has been turned into plasma by using the ECR condition has a very high plasma density. When the amorphous silicon film is exposed to this hydrogen plasma, the hydrogen atoms in the amorphous silicon film combine with the active hydrogen atoms in the plasma, and the hydrogen atoms in the amorphous silicon film are released outside the film. Present.

【0034】非晶質珪素膜中の水素が離脱することで、
珪素の結合手同士が結合し易い状態が実現される。この
状態は、準結晶状態ともいえるもので、外部からのエネ
ルギーを与えることで結晶化が非常に進行し易い状態と
なっている。
Since hydrogen in the amorphous silicon film is released,
A state in which silicon bonds are easily bonded to each other is realized. This state can be said to be a quasi-crystalline state, and is a state in which crystallization is very likely to proceed by giving energy from the outside.

【0035】上記プラズマ処理中において、試料を加熱
することは非常に効果がある。この加熱は、非晶質珪素
膜が結晶化しない程度の温度である300℃〜500℃
程度の温度で行うことが有効である。
It is very effective to heat the sample during the plasma treatment. This heating is performed at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C. at which the amorphous silicon film is not crystallized.
It is effective to perform at a moderate temperature.

【0036】プラズマ処理の終了後に加熱処理を施し、
結晶性珪素膜を得る。この加熱処理は、400℃〜ガラ
ス基板の歪点以下の温度で加熱処理を数時間〜10時間
の条件で行う。ここでは、550℃の温度で5時間の加
熱処理を加えることにより、結晶性珪素膜を得る。こう
して、ガラス基板上に結晶性珪素膜を得ることができ
る。
After the plasma treatment, heat treatment is performed,
A crystalline silicon film is obtained. This heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. to a strain point of the glass substrate or lower for several hours to 10 hours. Here, a crystalline silicon film is obtained by performing heat treatment at a temperature of 550 ° C. for 5 hours. Thus, a crystalline silicon film can be obtained on the glass substrate.

【0037】(実施例2)本実施例は、実施例1に示す
工程において、珪素の結晶化を助長する金属元素の導入
工程と、プラズマ処理の工程を入れ換えた構成に関す
る。即ち、非晶質珪素膜の形成後にプラズマ処理を行
い、その後にプラズマ処理の終了した珪素膜に対してプ
ラズマ処理を行う。こうすることで、プラズマ処理を行
うチャンバー内の当該金属元素による汚染を防ぐことが
できる。
(Embodiment 2) This embodiment relates to a structure in which the step of introducing a metal element which promotes crystallization of silicon and the step of plasma treatment are replaced with each other in the step shown in the first embodiment. That is, plasma treatment is performed after the amorphous silicon film is formed, and then plasma treatment is performed on the silicon film for which the plasma treatment is completed. By doing so, it is possible to prevent contamination by the metal element in the chamber for plasma treatment.

【0038】(実施例3)本実施例は、実施例1または
実施例2に示した構成において、プラズマ処理後の結晶
化の工程を加熱とレーザー光の照射を併用した方法によ
り行うことを特徴とする。
(Embodiment 3) This embodiment is characterized in that, in the constitution shown in Embodiment 1 or Embodiment 2, the crystallization step after the plasma treatment is carried out by a method in which heating and laser light irradiation are used in combination. And

【0039】まず、実施例1に示すような方法により、
非晶質珪素膜に対してプラズマ処理を行う。または実施
例2に示すようにプラズマ処理の終了した珪素膜に対し
て、ニッケル元素(当然所定の他の金属元素も利用可能
である)を導入する。
First, by the method as shown in Example 1,
Plasma treatment is performed on the amorphous silicon film. Alternatively, as shown in Example 2, a nickel element (naturally other predetermined metal element can also be used) is introduced into the silicon film after the plasma treatment.

【0040】そして、プラズマ処理の終了後に加熱しつ
つレーザー光の照射を行う。ここで行う加熱は、ガラス
基板の歪点以下の温度のなるべく高い温度で行うことが
望ましい。例えば、ガラス基板としてコーニング705
9ガラス基板を用いた場合には、この加熱温度の上限は
593℃ということになる。これは、コーニング705
9ガラス基板の歪点が593℃であるからである。
After completion of the plasma treatment, laser light irradiation is performed while heating. It is desirable that the heating performed here is performed at a temperature as high as possible, which is equal to or lower than the strain point of the glass substrate. For example, Corning 705 as a glass substrate
When a 9 glass substrate is used, the upper limit of this heating temperature is 593 ° C. This is Corning 705
This is because the strain point of the 9 glass substrate is 593 ° C.

【0041】レーザー光は、紫外領域のものを用いるこ
とが好ましい。特に紫外領域のレーザーをパルス発振で
きるエキシマレーザーを用いることが望ましい。ここで
は,KrFエキシマレーザー(波長248nm)を用い
る。またレーザー光の代わりに強光を利用することも可
能である。
It is preferable to use laser light in the ultraviolet region. In particular, it is desirable to use an excimer laser capable of pulse-oscillating a laser in the ultraviolet region. Here, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used. It is also possible to use strong light instead of laser light.

【0042】レーザー光の照射と加熱を併用すること
で、高い結晶性を有する結晶性珪素膜を得ることができ
る。またこの結晶性珪素膜は、均一でしかも再現性良く
得ることができる。これは、レーザー光の照射に従う急
激な相変化が加熱を併用することによって緩和されるか
らである。
By using laser light irradiation and heating in combination, a crystalline silicon film having high crystallinity can be obtained. Further, this crystalline silicon film can be obtained uniformly and with good reproducibility. This is because the rapid phase change due to the irradiation of the laser beam is alleviated by the combined use of heating.

【0043】(実施例4)本実施例は、実施例1または
実施例2に示した構成において、プラズマ処理を水素プ
ラズマではなく、ヘリウムのプラズマ処理によって行う
ものである。
(Embodiment 4) In this embodiment, in the structure shown in the embodiment 1 or 2, the plasma treatment is performed by helium plasma treatment instead of hydrogen plasma treatment.

【0044】非晶質珪素膜中には、珪素と水素とが結合
した状態が多量に存在している。これは一般にSi-H結
合と呼ばれ比較的強力な結合力を有している。非晶質珪
素膜中から水素を離脱させるには、このSi-H結合を切
って、水素原子を珪素の原子から引き離すエネルギーが
必要になる。
In the amorphous silicon film, a large amount of silicon and hydrogen bonds are present. This is generally called Si-H bond and has a relatively strong bonding force. In order to release hydrogen from the amorphous silicon film, energy is required to break this Si-H bond and separate the hydrogen atom from the silicon atom.

【0045】本実施例においては、このエネルギーとし
てヘリウムプラズマのエネルギーを利用することを特徴
とする。ヘリウムの電離エネルギーは高く、そのプラズ
マは大きなエネルギーを有している。従って、ヘリウム
プラズマを利用することによって、非晶質珪素膜中にお
いて珪素と結合している水素原子に対して効果的にエネ
ルギーを供給することができ、結果として水素原子を効
果的に非晶質珪素膜中から離脱させることができる。
The present embodiment is characterized in that the energy of helium plasma is used as this energy. Helium has a high ionization energy, and its plasma has a large energy. Therefore, by using helium plasma, energy can be effectively supplied to hydrogen atoms bonded to silicon in the amorphous silicon film, and as a result, hydrogen atoms can be effectively amorphous. It can be released from the silicon film.

【0046】本実施例においてもプラズマの生成方法と
してECR条件を用いる。また、本実施例に示す構成に
おいて、ヘリウムプラズマ処理中において、300℃〜
500℃の温度で加熱を同時に加えることは非常に有用
である。この加熱を行うことで、水素原子が珪素原子と
の結合から離脱し、珪素原子同士の結合を促進させるこ
とを助長させることができる。
Also in this embodiment, the ECR condition is used as the plasma generation method. Further, in the structure shown in this embodiment, during the helium plasma treatment, 300 ° C to
The simultaneous application of heating at a temperature of 500 ° C. is very useful. By performing this heating, hydrogen atoms can be released from the bond with the silicon atom, and the promotion of the bond between the silicon atoms can be promoted.

【0047】(実施例5)本実施例は、本明細書に開示
する発明であるプラズマ処理を用いて作製された結晶性
珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを作製する例を示
す。まず、ガラス基板201上にスパッタ法により、下
地膜として機能する酸化珪素膜202を3000Åの厚
さに成膜する。次にプラズマCVD法または減圧熱CV
D法により、非晶質珪素膜203を500Åの厚さに成
膜する。
(Embodiment 5) This embodiment shows an example in which a thin film transistor is manufactured using a crystalline silicon film manufactured by plasma treatment which is the invention disclosed in this specification. First, a silicon oxide film 202 functioning as a base film is formed on the glass substrate 201 by sputtering to a thickness of 3000 Å. Next, plasma CVD method or reduced pressure heat CV
By the method D, an amorphous silicon film 203 is formed to a thickness of 500Å.

【0048】次に酢酸ニッケル塩溶液を用いて、非晶質
珪素膜203の表面にニッケル元素を接して保持させた
状態とする。ここでは、非晶質珪素膜の表面に所定のニ
ッケル濃度に調整した酢酸ニッケル塩溶液を塗布し、ス
ピナーで余分なニッケル酢酸溶液を除去することによっ
て、非晶質珪素膜203の表面にニッケル元素が接して
保持された状態とする。この非晶質珪素膜203の表面
に接して保持されたニッケル元素は、分散されて保持さ
れた状態となっている。図2において、200で示され
るのが、非晶質珪素膜203の表面に接して保持された
ニッケル元素である。こうして、図2(A)に示す状態
を得る。
Next, a nickel acetate solution is used to bring the nickel element into contact with and hold it on the surface of the amorphous silicon film 203. Here, a nickel acetate salt solution adjusted to a predetermined nickel concentration is applied to the surface of the amorphous silicon film, and the excess nickel acetic acid solution is removed by a spinner, so that the nickel element on the surface of the amorphous silicon film 203 is removed. Are held in contact with each other. The nickel element held in contact with the surface of the amorphous silicon film 203 is in a dispersed and held state. In FIG. 2, 200 is a nickel element held in contact with the surface of the amorphous silicon film 203. Thus, the state shown in FIG. 2A is obtained.

【0049】なお溶液中に有機バインダー等の材料を含
ませることで、ニッケル元素を含む層200を非晶質珪
素膜203の表面に形成することができる。この際、層
中においてニッケル元素が分散して存在するように注意
する必要がある。
The layer 200 containing nickel element can be formed on the surface of the amorphous silicon film 203 by including a material such as an organic binder in the solution. At this time, it is necessary to take care so that the nickel element is dispersed and present in the layer.

【0050】そして図1に示す装置を用いて、非晶質珪
素膜203に対してプラズマ処理を行う。ここでは、ガ
スとしてヘリウムを用いる。プラズマ処理に当たって
は、図2(A)に示す状態のガラス基板を図1の装置の
107で示される部分に配置する。
Then, using the apparatus shown in FIG. 1, plasma treatment is performed on the amorphous silicon film 203. Here, helium is used as the gas. In the plasma processing, the glass substrate in the state shown in FIG. 2A is placed in the portion indicated by 107 in the apparatus shown in FIG.

【0051】なお、基板の位置は調整棒108を操作す
ることによって調整し、基板の位置の部分で丁度ECR
条件となるようにする。また、プラズマ処理は400℃
の温度に基板を加熱した状態で行う。なお、この加熱は
基板ホルダ106内のヒーターによって行われる。
The position of the board is adjusted by operating the adjusting rod 108 so that the ECR is just at the position of the board.
Make it a condition. Also, plasma treatment is 400 ° C
The substrate is heated to the temperature of. It should be noted that this heating is performed by the heater in the substrate holder 106.

【0052】プラズマ処理を施した後、550℃、5時
間の加熱処理を窒素雰囲気中で行い非晶質珪素膜203
結晶化させる。そして、図1に示す装置から基板を取り
出し、薄膜トランジスタの活性層をパターニングにより
形成する。こうして薄膜トランジスタの活性層204が
形成される。(図2(B))
After the plasma treatment, the amorphous silicon film 203 is heated at 550 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere.
Crystallize. Then, the substrate is taken out from the device shown in FIG. 1 and the active layer of the thin film transistor is formed by patterning. Thus, the active layer 204 of the thin film transistor is formed. (FIG. 2 (B))

【0053】次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素
膜205を1000Åの厚さにプラズマCVD法または
スパッタ法によって成膜する。次にゲイト電極を構成す
るためのアルミニウムを主成分とする膜を6000Åの
厚さに成膜する。成膜方法は、スパッタ法または電子ビ
ーム蒸着法を用いればよい。そしてパターニングを施す
ことにより、ゲイト電極206を形成する。さらに電解
溶液中においてゲイト電極206を陽極として陽極酸化
を行うことにより、ゲイト電極の周囲に陽極酸化物層2
07を形成する。陽極酸化物層の厚さは2000Åとす
る。こうして、図2(B)に示す状態を得る。
Next, a silicon oxide film 205 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 Å by plasma CVD or sputtering. Next, a film containing aluminum as a main component for forming a gate electrode is formed to a thickness of 6000Å. As a film forming method, a sputtering method or an electron beam evaporation method may be used. Then, the gate electrode 206 is formed by performing patterning. Further, by performing anodization in the electrolytic solution using the gate electrode 206 as an anode, the anodic oxide layer 2 is formed around the gate electrode.
07 is formed. The thickness of the anodic oxide layer is 2000Å. Thus, the state shown in FIG. 2B is obtained.

【0054】次にソース/ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンをイオン注入法またはプラズマドーピン
グ法によって加速注入する。この工程においては、ゲイ
ト電極206とその周囲の陽極酸化物層207がマスク
となることによって、208と211の領域に不純物イ
オンが注入される。ここでは、Nチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作製するためにP(リン)のイオンを注入す
る。また、209の領域は、陽極酸化物層207がマス
クとなることによって、不純物イオンが注入されない。
また、210の領域には、ゲイト電極206がマスクと
なることによって、これも不純物イオンが注入されな
い。
Next, impurity ions for forming the source / drain regions are accelerated and injected by the ion implantation method or the plasma doping method. In this step, the gate electrode 206 and the surrounding anodic oxide layer 207 serve as a mask, so that impurity ions are implanted into the regions 208 and 211. Here, P (phosphorus) ions are implanted in order to manufacture an N-channel thin film transistor. Further, impurity ions are not implanted into the region 209 because the anodic oxide layer 207 serves as a mask.
Further, since the gate electrode 206 serves as a mask in the region 210, impurity ions are also not implanted.

【0055】不純物イオンの注入後、レーザー光の照射
を行うことにより、注入された不純物イオンの活性化と
不純物イオンが注入された領域のアニールとを行う。こ
うして、ソース領域208とドレイン領域211とが自
己整合的に形成される。また、同時に209の領域はオ
フセットゲイト領域として、210の領域はチャネル形
成領域となる。(図2(C))
After implanting the impurity ions, laser light irradiation is performed to activate the implanted impurity ions and anneal the region where the impurity ions are implanted. In this way, the source region 208 and the drain region 211 are formed in a self-aligned manner. At the same time, the region 209 serves as an offset gate region and the region 210 serves as a channel formation region. (Fig. 2 (C))

【0056】次に層間絶縁膜として酸化珪素膜212を
6000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜212は
プラズマCVD法によって成膜を行う。次にコンタクト
ホールの形成を行い、ソース電極213とドレイン電極
214との形成を行う。そして、さらに350℃の水素
雰囲気中において1時間の加熱処理を施すことにより、
図2(D)に示す薄膜トランジスタを完成させる。
Next, a silicon oxide film 212 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 6000Å. The silicon oxide film 212 is formed by the plasma CVD method. Next, a contact hole is formed and a source electrode 213 and a drain electrode 214 are formed. Then, by further performing a heat treatment for 1 hour in a hydrogen atmosphere at 350 ° C.,
The thin film transistor illustrated in FIG. 2D is completed.

【0057】(実施例6)本実施例の作製工程を図3に
示す。本実施例が特徴とするのは、図2に示す薄膜トラ
ンジスタの作製工程において、非晶質珪素膜のパターニ
ングを行った後にプラズマ処理を行うことを特徴とす
る。なお、特に断らないかぎり、作製条件等は図2にそ
の作製工程を示す実施例5に示したものと同じである。
Example 6 The manufacturing process of this example is shown in FIG. This embodiment is characterized in that in the manufacturing process of the thin film transistor shown in FIG. 2, plasma treatment is performed after patterning the amorphous silicon film. Unless otherwise specified, the manufacturing conditions and the like are the same as those shown in FIG. 2 showing the manufacturing process of the fifth embodiment.

【0058】まず図3(A)に示すように、ガラス基板
201上に下地膜として酸化珪素膜202を成膜する。
次に非晶質珪素膜(図示せず)を酸化珪素膜202上に
成膜する。そしてパターニングを行うことにより、薄膜
トランジスタの活性層となる領域204を形成する。
(図3(A))
First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 202 is formed as a base film on a glass substrate 201.
Next, an amorphous silicon film (not shown) is formed on the silicon oxide film 202. Then, patterning is performed to form a region 204 which will be an active layer of the thin film transistor.
(Fig. 3 (A))

【0059】この状態において、図1に示す装置を用い
て水素プラズマによる処理を行う。すると、活性層の条
件のみではなく、活性層の側面からも水素プラズマの処
理が行われることとなる。
In this state, hydrogen plasma treatment is performed using the apparatus shown in FIG. Then, not only the conditions of the active layer, but also the side surface of the active layer is treated with hydrogen plasma.

【0060】そして、珪素の結晶化を助長する金属元素
の導入を行う。ここでは当該金属元素としてニッケルを
用い、実施例5に示した方法と同様の方法により、ニッ
ケル元素が活性層の表面および露呈した側面に接して保
持された状態とする。
Then, a metal element that promotes crystallization of silicon is introduced. Here, nickel is used as the metal element, and the nickel element is held in contact with the surface and the exposed side surface of the active layer by the same method as that described in Example 5.

【0061】なお、この珪素の結晶化を助長する金属元
素の導入は、活性層の形成前に行ってもよい。
The introduction of the metal element that promotes the crystallization of silicon may be performed before the formation of the active layer.

【0062】そして加熱処理による結晶化を行う。また
必要に応じて、レーザー光または強光の照射によるアニ
ールを行う。この際、活性層の側面における結晶化を促
進させることができる。
Then, crystallization is performed by heat treatment. If necessary, annealing is performed by irradiation with laser light or strong light. At this time, crystallization on the side surface of the active layer can be promoted.

【0063】こうして、図3(A)に示す状態を得た
ら、実施例4で説明した図2(B)に示す構成と同様な
工程に従って薄膜トランジスタを完成させる。即ち、図
3(B)に示す工程は、図2(B)に示す工程と同じで
ある。また、図3(C)に示す工程は、図2(C)に示
す工程と同じである。また、図3(D)に示す工程は、
図2(D)に示す工程と同じである。
Thus, when the state shown in FIG. 3A is obtained, the thin film transistor is completed according to the same steps as the configuration shown in FIG. 2B described in the fourth embodiment. That is, the step shown in FIG. 3B is the same as the step shown in FIG. The step shown in FIG. 3C is the same as the step shown in FIG. In addition, the process shown in FIG.
This is the same as the step shown in FIG.

【0064】本実施例に示す構成を採用した場合、薄膜
トランジスタのOFF電流を小さいものとすることがで
きる。OFF電流とは、例えばNチャネル型の薄膜トラ
ンジスタにおいて、ゲイト電極にマイナスの電位が加わ
っている時(即ちOFF動作時)において、ソースとド
レインとの間に電流が流れてしまうことをいう。この電
流はソース/ドレイン間に加えられる電界に従って、キ
ャリアが移動してしまうことに起因する。
When the structure shown in this embodiment is adopted, the OFF current of the thin film transistor can be made small. The OFF current means, for example, in an N-channel thin film transistor, a current flows between the source and the drain when a negative potential is applied to the gate electrode (that is, during the OFF operation). This current is caused by the movement of carriers according to the electric field applied between the source / drain.

【0065】絶縁ゲイト型の薄膜トランジスタにおい
て、ゲイト電極にマイナスの電位が加わっている時に
は、チャネルはP型となるので、ソース/ドレイン間
は、NPNとなり、原理的には電流は流れない。しか
し、トラップ準位が存在すると、そこを経由してキャリ
アの移動が起こるので、微小な電流が流れることとな
る。特に活性層の側面には、パターニングの際に生じた
欠陥が多量に存在するので、高い密度でトラップ準位が
存在している。そこで、本実施例に示すように、活性層
のパターニングの後にプラズマ処理を行い準結晶化を進
行させておくことで、活性層側面のトラップ準位の影響
を抑制することができる。
In the insulated gate type thin film transistor, when a negative potential is applied to the gate electrode, the channel is of P type, so that the source / drain is NPN, and in principle no current flows. However, if a trap level exists, carriers move through it, and a minute current flows. In particular, on the side surface of the active layer, a large number of defects are generated during patterning, so that trap levels exist at a high density. Therefore, as shown in the present embodiment, the effect of the trap level on the side surface of the active layer can be suppressed by performing plasma treatment after patterning the active layer to advance quasi-crystallization.

【0066】このように、活性層の側面の結晶性を向上
させることで、活性層の側面のトラップ準位を減少させ
ることができ、その結果、活性層側面のトラップ準位を
経由したキィリアの移動を抑制することができる。
As described above, by improving the crystallinity of the side surface of the active layer, the trap level on the side surface of the active layer can be reduced. As a result, the carrier level of the carrier via the trap level on the side surface of the active layer can be reduced. The movement can be suppressed.

【0067】(実施例7)本実施例は、プラズマ処理の
後に非晶質珪素膜を結晶化させる工程に関する。本明細
書に開示する発明において、プラズマ処理の後に非晶質
珪素膜を結晶化させる方法としては、加熱による方法、
加熱しながらレーザー光を照射する方法、加熱の後にレ
ーザー光を照射する方法、加熱の後にレーザー光を照射
しさらに加熱を行う方法、さらに加熱とレーザー光の照
射を複数回繰り返して行う方法、がある。
(Embodiment 7) This embodiment relates to a step of crystallizing an amorphous silicon film after plasma treatment. In the invention disclosed in this specification, as a method for crystallizing the amorphous silicon film after the plasma treatment, a method by heating,
A method of irradiating with laser light while heating, a method of irradiating with laser light after heating, a method of irradiating with laser light after heating and further heating, and a method of repeating heating and irradiating with laser light a plurality of times. is there.

【0068】本実施例では、プラズマ処理が終了した後
に加熱を行うことで結晶性珪素膜を得、さらに加熱しな
がらのレーザー光の照射を行うことでその結晶性珪素膜
の結晶性を向上させ、さらに加熱処理を行うことで膜中
の欠陥を減少させることを特徴とする。
In this embodiment, after the plasma treatment is finished, heating is performed to obtain a crystalline silicon film, and laser light irradiation is further performed while heating to improve the crystallinity of the crystalline silicon film. Further, it is characterized in that defects in the film are reduced by further performing heat treatment.

【0069】水素またはヘリウムのプラズマの曝すこと
によって処理した非晶質珪素膜に対して加熱処理を行う
ことによって得られた結晶性珪素膜は、その内部に非晶
質成分が数〜数十%の割合で含まれている。これは、T
EM(透過型電子顕微鏡)で写した写真を観察すること
によって確認される。この残存した非晶質成分は、さら
に加熱処理を加えることによって、徐々に減少させるさ
せることができる。しかし、この場合に必要とされる加
熱処理は、10時間以上の長時間を必要とされ、経済性
に観点から好ましいものではない。また、この加熱処理
は550℃程度の温度で行うことができるが、550度
の温度でも長時間の加熱処理を加えることは、ガラス基
板の変形を招くことになるので好ましくない。
A crystalline silicon film obtained by heat-treating an amorphous silicon film processed by exposure to hydrogen or helium plasma contains an amorphous component of several to several tens%. Included in the ratio of. This is T
It is confirmed by observing a photograph taken with an EM (transmission electron microscope). The remaining amorphous component can be gradually reduced by further applying heat treatment. However, the heat treatment required in this case requires a long time of 10 hours or more, which is not preferable from the economical point of view. Although this heat treatment can be performed at a temperature of about 550 ° C., it is not preferable to apply the heat treatment for a long time even at a temperature of 550 ° C., because deformation of the glass substrate is caused.

【0070】一方で上記非晶質成分が残存した結晶性珪
素膜に対してレーザー光を照射すると、残存した非晶質
成分を結晶化させ得ることが実験的に判明している。即
ち、加熱処理の後にレーザー光の照射を行うことで、結
晶性珪素膜の結晶性をさらに向上させることができる。
On the other hand, it has been experimentally proved that the remaining amorphous component can be crystallized by irradiating the crystalline silicon film having the remaining amorphous component with laser light. That is, by performing laser light irradiation after the heat treatment, the crystallinity of the crystalline silicon film can be further improved.

【0071】なお、このレーザー光の照射の際に試料を
300℃〜基板の歪点以下の温度で加熱することが重要
となる。基板を加熱しない場合、急激な相変化に従う結
晶粒界の形成が顕著になり、良好な結晶性を得ることが
できない。
It is important to heat the sample at a temperature of 300 ° C. to the strain point of the substrate or lower during the irradiation of the laser beam. When the substrate is not heated, the formation of crystal grain boundaries following a rapid phase change becomes remarkable, and good crystallinity cannot be obtained.

【0072】しかし、レーザー光の照射によるアニール
を行うと、上記の加熱を併用した方法を用いても急激な
相変化に従う欠陥の発生が問題となる。例えば、レーザ
ー光を照射した後にスピン密度を計測すると、その値が
明らかに増加することが認められる。スピン密度は不対
結合手の数を表す指標であり、膜中の欠陥の数を表すも
のであると理解することができる。
However, when annealing is performed by laser light irradiation, the problem of generation of defects due to abrupt phase change becomes a problem even when the above-described method using heating is also used. For example, when the spin density is measured after irradiation with laser light, the value is clearly increased. The spin density is an index showing the number of dangling bonds and can be understood as showing the number of defects in the film.

【0073】このように、加熱処理によって結晶化され
た珪素膜に対してレーザー光を照射した場合、残留した
非晶質成分を結晶化させ、さらに膜の結晶性を高めるこ
とができる。しかし、結晶性を高めることができる半
面、膜中の欠陥が増加してしまう。この現象は、レーザ
ー光の照射によって、残存した非晶質成分が結晶化し、
さらに結晶化した成分を多くすることができる半面、レ
ーザー光の照射に従う急激な相変化に従って、微小なレ
ベルでは欠陥が発生してしまうものであると理解するこ
とができる。
As described above, when the silicon film crystallized by the heat treatment is irradiated with the laser beam, the remaining amorphous component can be crystallized, and the crystallinity of the film can be further enhanced. However, the crystallinity can be increased, but the defects in the film increase. This phenomenon is that the remaining amorphous component is crystallized by the irradiation of laser light,
Further, it can be understood that, while the crystallized component can be increased, defects are generated at a minute level due to a rapid phase change caused by irradiation with laser light.

【0074】しかし、この状態でさらに加熱処理を行う
と、膜中の欠陥を減少させることができることが本発明
者らの実験によって明らかになっている。この加熱処理
は、使用するガラス基板の歪点以下の温度のなるべく高
い温度で1時間程度行えば十分効果がある。例えば、5
50℃の温度で1時間の加熱処理を行うことで、十分な
効果を上げることができる。
However, it has been clarified by the experiments by the present inventors that the heat treatment in this state can further reduce the defects in the film. This heat treatment is sufficiently effective if it is carried out at a temperature as high as possible below the strain point of the glass substrate to be used for about 1 hour. For example, 5
A sufficient effect can be obtained by performing the heat treatment for 1 hour at a temperature of 50 ° C.

【0075】[0075]

【発明の効果】非晶質珪素膜に対して水素プラズマまた
はヘリウムプラズマによる処理を施すことにより、非晶
質珪素膜をまず準結晶状態ともいえる結晶化が非常に進
行し易い過渡的な状態とすることができる。そして、こ
の状態で加熱処理または加熱しながらのレーザー光の照
射を行うことで、ガラス基板が耐える程度の加熱温度と
加熱時間でもって、結晶性珪素膜を得ることができる。
By subjecting the amorphous silicon film to the treatment with hydrogen plasma or helium plasma, the amorphous silicon film is first brought into a transient state in which crystallization, which can be called a quasi-crystal state, is very likely to proceed. can do. Then, by performing heat treatment or irradiation with laser light while heating in this state, a crystalline silicon film can be obtained with a heating temperature and a heating time that the glass substrate can withstand.

【0076】このように加熱の温度をガラス基板が耐え
る条件で行えることで、例えば基板としてガラス基板を
用いた場合であっても結晶性珪素膜を形成することがで
き、さらに高い電気特性を有する薄膜トランジスタを作
製することができる。
Since the heating temperature can be carried out under the condition that the glass substrate can withstand as described above, a crystalline silicon film can be formed even when a glass substrate is used as the substrate, and further high electrical characteristics can be obtained. A thin film transistor can be manufactured.

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

【図1】 プラズマ処理を行う装置の概要を示す。FIG. 1 shows an outline of an apparatus for performing plasma processing.

【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。2A to 2C show a manufacturing process of a thin film transistor.

【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガス供給系 102 磁場発生用コイル 103 チャンバー 104 マイクロ波発生器 105 排気ポンプ 106 基板ホルダー 107 基板(試料) 108 基板移動用の操作棒 200 接して保持されたニッケル元素 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 非晶質珪素膜 204 活性層 205 ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜) 206 ゲイト電極 207 陽極酸化膜 208 ソース領域 209 オフセットゲイト領域 210 チャネル形成領域 211 ドレイン領域 212 層間絶縁膜 213 ソース電極 214 ドレイン電極 101 Gas Supply System 102 Magnetic Field Generation Coil 103 Chamber 104 Microwave Generator 105 Exhaust Pump 106 Substrate Holder 107 Substrate (Sample) 108 Substrate Moving Operation Rod 200 Nickel Element Held in Contact 201 Glass Substrate 202 Base Film (Oxidation Silicon film) 203 Amorphous silicon film 204 Active layer 205 Gate insulating film (silicon oxide film) 206 Gate electrode 207 Anodic oxide film 208 Source region 209 Offset gate region 210 Channel forming region 211 Drain region 212 Interlayer insulating film 213 Source electrode 214 Drain electrode

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素を接して保持させる工程と、 水素またはヘリウムを主成分とするガスのプラズマによ
って前記非晶質珪素膜を処理する工程と、 前記非晶質珪素膜にエネルギーを与える工程と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。
1. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of contacting with a surface of the amorphous silicon film and holding a metal element for promoting crystallization of silicon. A method for manufacturing a semiconductor, comprising: a step of treating the amorphous silicon film with plasma of a gas containing hydrogen or helium as a main component; and a step of applying energy to the amorphous silicon film.
【請求項2】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素を接して保持させる工程と、 水素またはヘリウムを主成分とするガスのプラズマによ
って前記非晶質珪素膜を処理し、珪素の不対結合手を形
成する工程と、 前記非晶質珪素膜にエネルギーを与え結晶化させる工程
と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。
2. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of holding a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon. A step of treating the amorphous silicon film with plasma of a gas containing hydrogen or helium as a main component to form dangling bonds of silicon, and a step of applying energy to the amorphous silicon film to crystallize the film. A method for manufacturing a semiconductor, comprising:
【請求項3】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素を接して保持させる工程と、 水素を主成分とするガスのプラズマによって前記非晶質
珪素膜を処理し、前記非晶質珪素膜中の水素をプラズマ
中の水素で脱ガス化する工程と、 前記非晶質珪素膜にエネルギーを与え前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。
3. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of contacting with a surface of the amorphous silicon film and holding a metal element for promoting crystallization of silicon. A step of treating the amorphous silicon film with plasma of a gas containing hydrogen as a main component, and degassing hydrogen in the amorphous silicon film with hydrogen in the plasma; A step of applying energy to crystallize the amorphous silicon film, and a method for manufacturing a semiconductor.
【請求項4】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素を接して保持させる工程と、 ヘリウムを主成分とするガスのプラズマによって前記非
晶質珪素膜を処理し、前記プラズマ中の電離したヘリウ
ム原子によって前記非晶質珪素膜中の珪素と水素との結
合を切断し、前記非晶質珪素膜中からの水素の離脱を促
進させる工程と、 前記非晶質珪素膜にエネルギーを与え前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、 を有することを特徴とする半導体の作製方法。
4. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of contacting with a surface of the amorphous silicon film and holding a metal element for promoting crystallization of silicon. The amorphous silicon film is treated with plasma of a gas containing helium as a main component, and the bond between silicon and hydrogen in the amorphous silicon film is cut by ionized helium atoms in the plasma. A method for manufacturing a semiconductor, comprising: a step of promoting desorption of hydrogen from a crystalline silicon film; and a step of applying energy to the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film. .
【請求項5】請求項1乃至請求項4において、 絶縁表面を有する基板はガラス基板であって、 エネルギーは、400℃以上であってかつ前記ガラス基
板の歪点以下の温度での加熱によって与えられることを
特徴とする半導体の作製方法。
5. The substrate having an insulating surface according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate has a glass substrate, and the energy is applied by heating at a temperature of 400 ° C. or higher and a strain point of the glass substrate or lower. A method for manufacturing a semiconductor, comprising:
【請求項6】請求項1乃至請求項4において、 絶縁表面を有する基板はガラス基板であって、 エネルギーは、400℃以上であってかつ珪素の結晶化
温度以下の温度での加熱によって与えられることを特徴
とする半導体の作製方法。
6. The substrate according to claim 1, wherein the substrate having an insulating surface is a glass substrate, and energy is applied by heating at a temperature of 400 ° C. or higher and a crystallization temperature of silicon or lower. A method for manufacturing a semiconductor, comprising:
【請求項7】請求項1乃至請求項4において、 絶縁表面を有する基板はガラス基板であって、 エネルギーは、400℃以上であってかつ前記ガラス基
板の歪点以下の温度での加熱を行いながらのレーザー光
または強光の照射によって与えられることを特徴とする
半導体の作製方法。
7. The glass substrate according to claim 1, wherein the substrate having an insulating surface is a glass substrate, and the heating is performed at a temperature of 400 ° C. or higher and a strain point of the glass substrate or lower. A method for manufacturing a semiconductor, which is provided by irradiation with laser light or intense light.
【請求項8】請求項1乃至請求項4において、 絶縁表面を有する基板はガラス基板であって、 エネルギーは、400℃以上であってかつ前記ガラス基
板の歪点以下の温度での加熱とレーザー光の照射を1ま
たは複数回にわたり交互に行うことによって与えられる
ことを特徴とする半導体の作製方法。
8. The substrate according to claim 1, wherein the substrate having an insulating surface is a glass substrate, heating at a temperature of 400 ° C. or higher and a strain point of the glass substrate or lower, and laser. A method for manufacturing a semiconductor, which is provided by alternately irradiating light one or more times.
【請求項9】請求項1乃至請求項4において、 珪素の結晶化を助長する金属元素は、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が用いられるこ
とを特徴とする半導体の作製方法。
9. The metal element for promoting crystallization of silicon according to any one of claims 1 to 4, Fe, Co, N
i, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au
A method for manufacturing a semiconductor, wherein one or more kinds of elements selected from are used.
【請求項10】請求項1乃至請求項4において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類の元素が用いられ、 前記金属元素は非晶質珪素膜に接して一様に分散されて
保持されることを特徴とする半導体の作製方法。
10. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 1, wherein Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
One or more kinds of elements selected from u are used, and the metal element is in contact with the amorphous silicon film and is uniformly dispersed and held therein.
【請求項11】請求項1乃至請求項4において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類の元素が用いられ、 前記金属元素は非晶質珪素膜に接して層状に形成された
状態で保持されることを特徴とする半導体の作製方法。
11. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 1, wherein Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
One or more kinds of elements selected from u are used, and the metal element is held in a state of being formed in a layer in contact with the amorphous silicon film.
【請求項12】請求項1乃至請求項4において、珪素の
結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜に接して保持
させる工程の前にプラズマによる処理を行うことを特徴
とする半導体の作製方法。
12. A semiconductor according to claim 1, wherein the treatment with plasma is performed before the step of holding the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the amorphous silicon film. Manufacturing method.
JP12067995A 1995-04-20 1995-04-20 Manufacture of semiconductor Withdrawn JPH08293468A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12067995A JPH08293468A (en) 1995-04-20 1995-04-20 Manufacture of semiconductor
US08/616,623 US5956581A (en) 1995-04-20 1996-03-15 Method of manufacturing a semiconductor device
KR1019960011838A KR100306832B1 (en) 1995-04-20 1996-04-19 Semiconductor device manufacturing method and manufacturing system thereof
US09/259,211 US6933182B1 (en) 1995-04-20 1999-03-01 Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof
US11/134,291 US7569440B2 (en) 1995-04-20 2005-05-23 Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12067995A JPH08293468A (en) 1995-04-20 1995-04-20 Manufacture of semiconductor

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006332788A Division JP3986544B2 (en) 2006-12-11 2006-12-11 Semiconductor fabrication method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08293468A true JPH08293468A (en) 1996-11-05

Family

ID=14792265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12067995A Withdrawn JPH08293468A (en) 1995-04-20 1995-04-20 Manufacture of semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08293468A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302525A (en) * 2008-05-16 2009-12-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin-film transistor and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302525A (en) * 2008-05-16 2009-12-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Thin-film transistor and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5595944A (en) Transistor and process for fabricating the same
KR100297318B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
JP3580473B2 (en) Crystallizing method of amorphous film and thin film transistor
US6541313B2 (en) Transistor and process for fabricating the same
US6346486B2 (en) Transistor device and method of forming the same
TW515101B (en) Method for fabrication of field-effect transistor
JPH1117191A (en) Manufacture of thin film transistor
JP2000353666A (en) Semiconductor thin film and manufacture thereof
KR20030060403A (en) crystallization method of amorphous silicon
JP2007502025A (en) Method for annealing silicon thin film and polycrystalline silicon thin film prepared therefrom
JPH01187814A (en) Manufacture of thin film semiconductor device
JP4162727B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3059337B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH08316143A (en) Manufacture of semiconductor
JP3986543B2 (en) Semiconductor fabrication method
JPH08293468A (en) Manufacture of semiconductor
JP3986544B2 (en) Semiconductor fabrication method
JPH08293467A (en) Manufacture of semiconductor
JP3084159B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
TWI291718B (en) Active matrix display devices and the manufacture thereof
JP3090847B2 (en) Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device
JPH08316483A (en) Manufacture of semiconductor
JP4316132B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100770255B1 (en) Method for fabricating thin film transistor
JP3850462B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040302

A521 Written amendment

Effective date: 20040428

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Effective date: 20041116

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050112

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Effective date: 20050303

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Effective date: 20050428

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20070410