JPH0832074A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0832074A
JPH0832074A JP6164381A JP16438194A JPH0832074A JP H0832074 A JPH0832074 A JP H0832074A JP 6164381 A JP6164381 A JP 6164381A JP 16438194 A JP16438194 A JP 16438194A JP H0832074 A JPH0832074 A JP H0832074A
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silicon film
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直樹 牧田
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尚 船井
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Abstract

PURPOSE:To provide a manufacturing method capable of forming crystalline silicon film in high quality having higher liquid crystallizability than the crystallizability obtained by ordinary solid growing method in excellent productivity as well as keeping the clean state of a semiconductor layer and an insulating film interface thereon furthermore using a low cost glass substrate represented by a coning 7059 glass. CONSTITUTION:In the shielded state from outside air, an amorphous silicon film 102 and an insulating thin film 103 e.g. silicon oxide film, etc., are successively formed on a glass substrate 101 and later, a catalyst element assisting the crystallization of the amorphous silicon film 102 is led in the amorphous silicon film 102 by ion implanting method through the intermediary of the insulating film 103 so that the amorphous silicon film 102 with the catalyst element led therein may be crystallized by a heating method.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、さらに詳しく言えば、非晶質ケイ素膜
を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装
置およびその製造方法に関する。特に、本発明は、絶縁
基板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有す
る半導体装置に有効であり、アクティブマトリクス型の
液晶表示装置、密着型イメージセンサー、三次元ICな
どに適用できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention is effective for a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate, and can be applied to an active matrix type liquid crystal display device, a contact image sensor, a three-dimensional IC and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁
膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる半導体素子には、薄膜状
のケイ素半導体層を用いるのが一般的である。
2. Description of the Related Art In recent years, large-sized, high-resolution liquid crystal display devices,
High-speed, high-resolution contact image sensor, three-dimensional IC
In order to realize the above, an attempt has been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or on an insulating film. A thin film silicon semiconductor layer is generally used for a semiconductor element used in these devices.

【0003】この薄膜状のケイ素半導体層としては、非
晶質ケイ素半導体(a−Si)からなるものと、結晶性
を有するケイ素半導体からなるものの2つに大別され
る。非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気相法で比
較的容易に作製することが可能で量産性に富むため、最
も一般的に用いられているが、導電性等の物性が結晶性
を有するケイ素半導体に比べて劣る。このため今後より
高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半導体
からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求められて
いる。なお、結晶性を有するケイ素半導体としては、多
結晶ケイ素、微結晶ケイ素、結晶成分を含む非晶質ケイ
素、結晶性と非晶質の中間の状態を有するセミアモルフ
ァスケイ素等が知られている。
The thin-film silicon semiconductor layer is roughly classified into two, that is, an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are the most commonly used because they have a low fabrication temperature, can be fabricated relatively easily by the vapor phase method, and have high mass productivity. It is inferior to the silicon semiconductors it has. Therefore, in order to obtain higher speed characteristics in the future, there is a strong demand for establishment of a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor. Known crystalline silicon semiconductors include polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, and semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体層を得る方法としては、(1)半導体膜の成膜を、該
半導体膜に結晶性を持たせつつ行う、(2)非晶質の半
導体膜を成膜し、その後レーザー光のエネルギーによ
り、該半導体膜を結晶性を有するものにする、(3)非
晶質の半導体膜を成膜し、その後熱エネルギーを加える
ことにより、該半導体膜を結晶性を有するものとする、
といった方法が知られている。
As a method for obtaining these thin film silicon semiconductor layers having crystallinity, (1) a semiconductor film is formed while the semiconductor film has crystallinity (2) an amorphous semiconductor A film is formed, and then the semiconductor film is made crystalline by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed, and then thermal energy is applied to the semiconductor film. To have crystallinity,
Such methods are known.

【0005】しかしながら、(1)の方法では、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な
半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成
膜することが技術上困難である。またこの方法では成膜
温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコスト面での問題があった。
However, in the method (1), crystallization progresses at the same time as the film forming step. Therefore, in order to obtain crystalline silicon having a large grain size, it is indispensable to increase the thickness of the silicon film. It is technically difficult to uniformly form a film having a film on the entire surface of the substrate. Further, in this method, since the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, there is a cost problem that an inexpensive glass substrate cannot be used.

【0006】また、(2)の方法では、溶融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、現在
レーザーとして最も一般的に使用されているエキシマレ
ーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さくス
ループットが低いという問題がまず有る。またレーザー
光による結晶化処理は、大面積基板の全面を均一に処理
するにはレーザーの安定性が充分ではなく、次世代の技
術という感が強い。
Further, in the method (2), since the crystallization phenomenon in the melting and solidification process is utilized, the grain boundaries are favorably processed with a small grain size, and a high quality crystalline silicon film can be obtained. Taking the most commonly used excimer laser as an example, there is a problem that the irradiation area of laser light is small and throughput is low. In addition, the crystallization treatment with laser light is not sufficient in the stability of the laser for uniformly treating the entire surface of a large-area substrate, and is strongly regarded as a next-generation technology.

【0007】(3)の方法は、(1)、(2)の方法と
比較すると大面積に対応できるという利点はあるが、結
晶化に際し600℃以上の高温にて数十時間にわたる加
熱処理が必要である。一方、安価なガラス基板の使用と
スループットの向上を考えると、加熱温度を下げ、さら
に短時間で結晶化させなければならない。このため
(3)の方法では、上記のような相反する問題点を同時
に解決する必要がある。
The method (3) has an advantage that it can be applied to a large area as compared with the methods (1) and (2), but heat treatment for several tens of hours at a high temperature of 600 ° C. or more is required for crystallization. is necessary. On the other hand, considering the use of an inexpensive glass substrate and the improvement of throughput, it is necessary to lower the heating temperature and crystallize it in a shorter time. Therefore, in the method (3), it is necessary to simultaneously solve the above-mentioned conflicting problems.

【0008】また、(3)の方法では、固相結晶化現象
を利用するため、結晶粒は基板面に平行に拡がり数μm
の粒径を持つものさえ現れるが、成長した結晶粒同士が
ぶつかり合って粒界が形成されるため、その粒界がキャ
リアに対するトラップ準位として働き、TFTの移動度
を低下させる大きな原因となってしまう。
Further, in the method (3), since the solid phase crystallization phenomenon is utilized, the crystal grains spread parallel to the substrate surface and are several μm.
Although even those with a grain size of 1 appear, the grown crystal grains collide with each other to form a grain boundary, and the grain boundary acts as a trap level for carriers, which is a major cause of lowering the mobility of the TFT. Will end up.

【0009】上記(3)の方法を利用して、前述の結晶
粒界の問題点を解決する方法が、特開平5−55142
号公報あるいは特開平5−136048号公報で提案さ
れている。これらの方法では、結晶成長の核となる異物
を非晶質ケイ素膜中に導入して、その後熱処理をするこ
とで、その異物を核とした大粒径の結晶性ケイ素膜を得
ている。
A method for solving the above-mentioned problem of grain boundaries by utilizing the method (3) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-55142.
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-136048. In these methods, a foreign particle serving as a nucleus for crystal growth is introduced into the amorphous silicon film, and then a heat treatment is performed to obtain a large-grain crystalline silicon film having the foreign particle as a nucleus.

【0010】前者では、シリコン(Si+)をイオン注
入法によって非晶質ケイ素膜に導入し、その後熱処理に
より粒径数μmの結晶粒をもつ多結晶ケイ素膜を得る。
後者では、粒径10〜100nmのSi粒子を高圧の窒
素ガスとともに非晶質ケイ素膜に吹きつけて成長核を形
成している。両者とも非晶質ケイ素膜に選択的に異物を
導入し、それを核として結晶成長させた高品質な結晶性
ケイ素膜を利用して半導体素子を形成しているのは同様
である。
In the former case, silicon (Si + ) is introduced into the amorphous silicon film by an ion implantation method, and then a heat treatment is performed to obtain a polycrystalline silicon film having crystal grains with a grain size of several μm.
In the latter, Si particles having a particle diameter of 10 to 100 nm are blown onto the amorphous silicon film together with a high pressure nitrogen gas to form a growth nucleus. It is the same in both cases that a semiconductor element is formed using a high-quality crystalline silicon film in which a foreign substance is selectively introduced into an amorphous silicon film and crystal growth is performed using the foreign substance as a nucleus.

【0011】また、高性能なMOS型トランジスタを実
現するためには、その活性領域となる上述の結晶性ケイ
素膜の高品質化だけではなく、ゲート絶縁膜の高品質
化、さらには、活性領域の半導体薄膜とゲート絶縁膜の
界面の高品質化が不可欠である。
Further, in order to realize a high-performance MOS transistor, not only the quality of the above-mentioned crystalline silicon film, which is the active region, is improved, but also the quality of the gate insulating film is improved, and further, the active region. It is essential to improve the quality of the interface between the semiconductor thin film and the gate insulating film.

【0012】従来のICプロセスでSi基板上に作製さ
れるMOS型トランジスタでは、Si基板表面を熱酸化
し、その熱酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜として用いてい
る。したがって、活性層とゲート絶縁膜界面はクリーン
な状態に保たれており、ゲート絶縁膜としても非常に高
品質な酸化ケイ素膜が得られる。
In a MOS transistor manufactured on a Si substrate by a conventional IC process, the surface of the Si substrate is thermally oxidized and the thermally oxidized silicon film is used as a gate insulating film. Therefore, the interface between the active layer and the gate insulating film is kept clean, and a very high quality silicon oxide film can be obtained as the gate insulating film.

【0013】しかしながら、この熱酸化工程には100
0℃以上の高温が必要で、安価なガラス基板上に作製さ
れるTFTには応用できない。また、石英基板など耐熱
性の高い基板を用いて熱酸化膜を形成したとしても、そ
の元となるケイ素膜は単結晶シリコンではなく結晶性ケ
イ素膜であり、それを酸化することで得られる酸化ケイ
素膜の絶縁特性は劣悪で、とてもゲート絶縁膜として使
用することはできない。
However, the thermal oxidation step is 100
It requires a high temperature of 0 ° C. or higher, and cannot be applied to a TFT manufactured on an inexpensive glass substrate. Further, even if a thermal oxide film is formed using a substrate having high heat resistance such as a quartz substrate, the original silicon film is not a single crystal silicon but a crystalline silicon film. The insulating property of the silicon film is so poor that it cannot be used as a gate insulating film.

【0014】このため絶縁性を有する基板上に形成され
る結晶性ケイ素膜を用いた半導体装置では、ゲート絶縁
膜をCVD法などの低温成膜法で別に形成する必要があ
る。例えば、特開平3−4564号公報では、半導体層
(非晶質ケイ素膜)とゲート絶縁膜とを低温成膜法で連
続形成し、その後固相結晶化のための熱処理を行うこと
で、半導体層とゲート絶縁膜との界面(以下、半導体層
/ゲート絶縁膜界面と記す。)を清浄に保ち高性能のT
FTを実現している。
Therefore, in a semiconductor device using a crystalline silicon film formed on an insulating substrate, it is necessary to separately form a gate insulating film by a low temperature film forming method such as a CVD method. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-4564, a semiconductor layer (amorphous silicon film) and a gate insulating film are continuously formed by a low temperature film forming method, and then a heat treatment for solid phase crystallization is performed to obtain a semiconductor. A high-performance T that keeps the interface between the layer and the gate insulating film (hereinafter referred to as the semiconductor layer / gate insulating film interface) clean.
Realize FT.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、絶縁性を有
する基板上に結晶性ケイ素膜を利用してTFTのような
半導体素子を作製する場合、最も問題となるのは、上述
のように活性領域となる結晶性ケイ素膜の結晶性と、半
導体層とゲート絶縁膜との界面の状態である。
By the way, when a semiconductor element such as a TFT is manufactured by utilizing a crystalline silicon film on a substrate having an insulating property, the most serious problem is that the active region as described above is used. The crystallinity of the crystalline silicon film and the state of the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film.

【0016】まず、ゲート絶縁膜に関しては、低温成膜
法でゲート絶縁膜を作製した場合、高温酸化法で形成し
たゲート絶縁膜と比較すると膜質が劣り、高性能のTF
Tが実現できないという問題点があった。これは、ゲー
ト絶縁膜中の残留ストレス、ダングリングボンド、不純
物等に起因する欠陥準位が半導体層/ゲート絶縁膜界面
に存在し、空乏層が広がらないことが理由である。この
問題は半導体層/ゲート絶縁膜界面を清浄に保つことで
ほぼ解決でき、特開平3−4564号公報記載の技術が
有効である。
First, regarding the gate insulating film, when the gate insulating film is formed by the low temperature film forming method, the film quality is inferior to that of the gate insulating film formed by the high temperature oxidation method, and the high performance TF is obtained.
There was a problem that T could not be realized. This is because a defect level due to residual stress, dangling bonds, impurities, etc. in the gate insulating film exists at the semiconductor layer / gate insulating film interface and the depletion layer does not spread. This problem can be almost solved by keeping the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film clean, and the technique described in JP-A-3-4564 is effective.

【0017】しかしながら、活性領域となる結晶性ケイ
素膜の作製方法については、大面積基板対応を考える
と、基板内での結晶性がある程度安定している上記の
(3)で述べた固相結晶化法を用いるのが現状最も好ま
しいものの、特開平3−4564号公報に示されている
ような従来の固相結晶化法によって作製された結晶性ケ
イ素膜は、前述のように結晶粒界の影響が大きく、単一
の結晶粒内も結晶欠陥の多い双晶構造を示す。このた
め、特開平3−4564号公報で提案されている方法で
は、半導体層が結晶欠陥の多い双晶構造であるため、半
導体層とゲート絶縁膜とを連続形成した際、下層の半導
体層の劣悪な結晶性が反映され、単結晶ケイ素膜に絶縁
性薄膜を連続形成したときほど半導体層/ゲート絶縁膜
界面の欠陥準位を低減することはできず、半導体層/ゲ
ート絶縁膜界面を清浄に保つことにより得られる効果は
薄れる。したがって、半導体装置の高性能化には、外気
を遮断した状態での半導体層とゲート絶縁膜の連続形成
だけではなく、活性領域となる結晶性ケイ素膜の高品質
化が必要となる。
However, regarding the method for producing the crystalline silicon film to be the active region, considering the large area substrate, the crystallinity in the substrate is stable to some extent, and the solid phase crystal described in (3) above is used. Although it is most preferable at present to use the crystallization method, the crystalline silicon film produced by the conventional solid phase crystallization method as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-4564 has a crystal grain boundary of It has a large effect and shows a twin structure with many crystal defects even within a single crystal grain. Therefore, in the method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-4564, since the semiconductor layer has a twin structure with many crystal defects, when the semiconductor layer and the gate insulating film are continuously formed, Reflecting poor crystallinity, the defect level at the semiconductor layer / gate insulating film interface cannot be reduced as much as when an insulating thin film is continuously formed on a single crystal silicon film, and the semiconductor layer / gate insulating film interface is cleaned. The effect obtained by keeping at. Therefore, in order to improve the performance of the semiconductor device, it is necessary not only to continuously form the semiconductor layer and the gate insulating film in a state where the outside air is shut off, but also to improve the quality of the crystalline silicon film which becomes the active region.

【0018】この結晶性ケイ素膜の高品質化を目的とし
て提案されている特開平5−55142号公報あるいは
特開平5−136048号公報記載の技術では、注入窓
を通して選択的にSi+イオンやSi粒子を非晶質ケイ
素膜中に導入して結晶成長の核を形成するが、その注入
窓の内部での結晶核の発生は一つではなく、多数の結晶
核が発生し、個々の結晶成長の核から結晶成長が起こ
る。したがって、実際にはSi+イオンあるいはSi粒
子の一つの注入窓を中心とした単一の結晶粒はできず、
注入窓内に発生した多数の核により結晶粒界が形成され
る。
In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-55142 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-136048, which is proposed for the purpose of improving the quality of the crystalline silicon film, Si + ions and Si are selectively supplied through the injection window. The particles are introduced into the amorphous silicon film to form nuclei for crystal growth. However, the number of crystal nuclei generated inside the injection window is not one, and a large number of crystal nuclei are generated, resulting in individual crystal growth. Crystal growth occurs from the nuclei. Therefore, in reality, a single crystal grain centering on one injection window of Si + ions or Si particles cannot be formed,
A large number of nuclei generated in the injection window form grain boundaries.

【0019】よって、特開平5−55142号公報ある
いは特開平5−136048号公報では、実際に結晶粒
界を制御することは不可能である。さらに、結晶核とな
るSiイオンあるいはSi粒子を選択導入する際に注
入マスクが必要であることから、本来の半導体装置の製
造プロセスには直接関係のない余分な工程が増えること
になる。よって生産性の面でのデメリットが大きく、結
果として製品の高コスト化につながる。
Therefore, it is impossible to actually control the crystal grain boundaries in JP-A-5-55142 or JP-A-5-136048. Furthermore, since an implantation mask is required when selectively introducing Si + ions or Si particles that become crystal nuclei, an extra step that is not directly related to the original semiconductor device manufacturing process will be added. Therefore, there is a large demerit in terms of productivity, resulting in higher cost of the product.

【0020】さらに、安価なガラス基板を使用する際に
は、結晶化のための加熱処理工程における基板の縮み、
反りなどの問題が発生する。例えば、アクティブマトリ
クス型の液晶表示装置に一般に用いられるコーニング7
059ガラス(コーニング社商品名)はガラス歪点が5
93℃であり、基板の大面積化を考慮した場合、これ以
上の温度による加熱には問題がある。
Furthermore, when an inexpensive glass substrate is used, shrinkage of the substrate in the heat treatment step for crystallization,
Problems such as warpage occur. For example, Corning 7 commonly used for active matrix type liquid crystal display devices.
059 glass (trade name of Corning) has a glass strain point of 5
The temperature is 93 ° C., and in consideration of increasing the area of the substrate, there is a problem in heating at a temperature higher than this.

【0021】それに対して、従来の固相結晶化法を用い
た場合には、その出発a−Si膜の成膜法や条件にもよ
るが、最低600℃の加熱温度で20時間以上の熱処理
が必要である。特開平3−4564号公報では、500
〜700℃の温度で長時間アニールを行うと記載されて
いるが、その実施例で述べられているa−Si膜の固相
結晶化においは、実際には最低600℃の加熱温度で2
0時間以上のアニール時間が必要であると思われる。ま
た、特開平5−55142号公報記載の技術では、温度
600℃で40時間の加熱処理により結晶化を行ってい
る。また、特開平5−136048号公報のものでは、
加熱温度650℃以上の熱処理を行っている。ゆえに、
これらの技術はSOI基板やSOS基板には有効な技術
であるが、これらの技術を用いて安価なガラス基板に結
晶性ケイ素膜を作製し半導体素子を形成することは困難
であった。
On the other hand, when the conventional solid-phase crystallization method is used, it depends on the forming method and conditions of the starting a-Si film, but the heat treatment is performed at a heating temperature of at least 600 ° C. for 20 hours or more. is necessary. In Japanese Patent Laid-Open No. 3-4564, 500
Although it is described that annealing is performed at a temperature of up to 700 ° C. for a long time, in the solid phase crystallization of the a-Si film described in the example, in practice, a heating temperature of at least 600 ° C.
It seems that an annealing time of 0 hours or more is necessary. Further, in the technique described in JP-A-5-55142, crystallization is performed by heat treatment at a temperature of 600 ° C. for 40 hours. Further, in the case of Japanese Patent Laid-Open No. 5-136048,
Heat treatment is performed at a heating temperature of 650 ° C. or higher. therefore,
These techniques are effective techniques for SOI substrates and SOS substrates, but it has been difficult to form a crystalline silicon film on an inexpensive glass substrate to form a semiconductor element by using these techniques.

【0022】さらに、MOS型トランジスタでは、以上
述べたようにそのチャネリングを行う半導体層とゲート
絶縁膜との界面の特性は、非常に重要な要素ではある
が、薄膜トランジスタの場合には、半導体層/ゲート絶
縁膜界面に対向する側の界面状態も特に重要となる。す
なわち、トランジスタがOFF状態の際、半導体層を挟
んでゲート絶縁膜と対向する界面でバックチャネルが形
成され、これがリーク電流の増大の原因となるからであ
る。したがって、アクティブマトリクス基板の画素スイ
ッチング素子や、メモリー素子など特に電荷保持特性が
必要なTFTでは、バックチャネル効果によるリーク電
流を防ぐため、ゲート絶縁膜と対向する界面の界面特性
を良好に保つことが不可欠であった。
Further, in the MOS type transistor, the characteristics of the interface between the semiconductor layer for channeling and the gate insulating film are very important factors as described above. The interface state on the side facing the interface of the gate insulating film is also particularly important. That is, when the transistor is in the OFF state, a back channel is formed at the interface facing the gate insulating film with the semiconductor layer interposed therebetween, which causes an increase in leak current. Therefore, in a pixel switching element of an active matrix substrate, a TFT such as a memory element, which particularly needs a charge retention characteristic, in order to prevent a leak current due to a back channel effect, it is possible to maintain good interface characteristics of an interface facing a gate insulating film. It was essential.

【0023】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、通常の固相成長法で得られる結晶性より
さらに高い結晶性をもつ高品質な結晶性ケイ素膜を、生
産性よく形成できるとともに、半導体層/絶縁膜界面を
清浄な状態に保つことができ、しかもこの際結晶化に要
する加熱温度を580℃以下とし、コーニング7059
ガラスに代表される安価なガラス基板を使用可能とでき
る半導体装置及びその製造方法を得ることが本発明の目
的である。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to produce a high-quality crystalline silicon film having crystallinity higher than that obtained by a usual solid phase growth method with high productivity. In addition to being formed, the semiconductor layer / insulating film interface can be kept in a clean state, and the heating temperature required for crystallization at this time is 580 ° C. or lower.
It is an object of the present invention to obtain a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can use an inexpensive glass substrate represented by glass.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記目的を達成するため鋭意研究した結果、非晶質ケイ
素膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには鉛等の金
属元素を微量に導入させ、しかる後に加熱処理すること
で、550℃、4時間程度の処理時間で非晶質ケイ素膜
の結晶化が行えることを見い出した。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
As a result of earnest research to achieve the above object, a small amount of a metal element such as nickel, palladium, and lead is introduced into the surface of the amorphous silicon film, and then heat treatment is performed at 550 ° C. for about 4 hours. It was found that the amorphous silicon film can be crystallized in the processing time of.

【0025】このメカニズムは、まず金属元素を核とし
た結晶核発生が加熱処理の早期に起こり、その後その金
属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急激
に進行すると考えることで理解される。そういった意味
でこれらの金属元素を触媒元素と呼ぶ。これらの触媒元
素により結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素
膜の結晶粒内は、通常の固相成長法で一つの結晶核から
成長した結晶粒が双晶構造であるのに対して、何本もの
針状結晶あるいは柱状結晶が織り込まれて構成されてお
り、しかもそれぞれの針状結晶あるいは柱状結晶内部は
理想的な単結晶状態となっている。
This mechanism is based on the assumption that crystal nucleation with a metal element as a nucleus occurs at an early stage of the heat treatment, and then the metal element serves as a catalyst to promote crystal growth and crystallization rapidly progresses. To be understood. In that sense, these metal elements are called catalyst elements. In the crystal grains of the crystalline silicon film that has been crystal-grown by promoting crystallization by these catalytic elements, the crystal grains grown from one crystal nucleus by the usual solid phase growth method have a twin structure. The needle-like crystals or columnar crystals are woven into each other, and the inside of each needle-like crystal or columnar crystal is in an ideal single crystal state.

【0026】このような結晶性ケイ素膜を活性領域に用
いてTFTを作製すると、通常の固相成長法で形成した
結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べ、電界効果移動度が
1.2倍程度向上する。また加熱処理による結晶化の
後、レーザー光あるいは強光を結晶化したケイ素膜に照
射することで、結晶化に触媒元素を用いたものと、固相
成長法によるものとの電界効果移動度の差はさらに顕著
になる。
When a TFT is manufactured by using such a crystalline silicon film in the active region, the field effect mobility is 1.2 times as compared with the case of using the crystalline silicon film formed by the usual solid phase growth method. Improve. After crystallization by heat treatment, the crystallized silicon film is irradiated with laser light or strong light, so that the field effect mobility of the one using the catalytic element for crystallization and the one using the solid phase growth method The difference becomes even more pronounced.

【0027】すなわち、結晶性ケイ素膜にレーザー光あ
るいは強光を照射した場合、結晶性ケイ素膜と非晶質ケ
イ素膜との融点の相違から結晶粒界部が集中的に処理さ
れる訳であるが、通常の固相成長法で形成した結晶性ケ
イ素膜では、結晶構造が双晶状態であるため、レーザー
光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥として残る。それに
比べ、触媒元素を導入し結晶化した結晶性ケイ素膜は、
針状結晶あるいは柱状結晶で形成されており、その内部
はほぼ単結晶状態であるため、レーザー光あるいは強光
の照射により結晶粒界部が処理され、さらにその結晶粒
内の結晶性も助長されて、基板全面にわたって非常に良
好な結晶性を示す結晶性ケイ素膜が得られる。
That is, when the crystalline silicon film is irradiated with laser light or intense light, the grain boundary portions are intensively processed due to the difference in melting point between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film. However, in the crystalline silicon film formed by the usual solid phase growth method, since the crystal structure is in a twin state, twin crystal defects remain inside the crystal grain boundaries even after laser light irradiation. In comparison, the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element,
It is formed of needle crystals or columnar crystals, and since the inside is almost single crystal state, the crystal grain boundary part is processed by irradiation of laser light or strong light, and further the crystallinity in the crystal grains is promoted. As a result, a crystalline silicon film having very good crystallinity over the entire surface of the substrate can be obtained.

【0028】ところで、半導体素子の中でも特にTFT
などのMOS型トランジスタ素子の安定性を向上し、そ
の高性能化を図るためには、前述のような半導体層/ゲ
ート絶縁膜界面を清浄に保つ技術、すなわち半導体層/
ゲート絶縁膜の真空中での連続形成を行う技術が不可欠
である。さらに、TFTのリーク電流を低減し、電荷保
持特性を向上させるためには、半導体層を挟んでゲート
絶縁膜に対向する界面をも清浄に保つ技術が必要であ
り、下地絶縁膜/半導体層/ゲート絶縁膜の3層を連続
形成することがより望ましい。
By the way, especially among the semiconductor elements, the TFT
In order to improve the stability of the MOS type transistor device such as, and to improve its performance, a technique for keeping the semiconductor layer / gate insulating film interface clean as described above, that is, the semiconductor layer /
A technique for continuously forming a gate insulating film in a vacuum is essential. Furthermore, in order to reduce the leak current of the TFT and improve the charge retention characteristics, it is necessary to have a technique for keeping the interface facing the gate insulating film across the semiconductor layer clean. It is more desirable to continuously form three layers of the gate insulating film.

【0029】上記触媒を用いて結晶化した半導体層は、
針状結晶あるいは柱状結晶により形成されており、その
内部はほぼ単結晶状態であるため、半導体層とゲート絶
縁膜とを連続形成した際、従来の結晶欠陥の多い双晶構
造の結晶性ケイ素膜を半導体層に用いた場合に比べ、そ
の界面特性を大きく向上できる。
The semiconductor layer crystallized using the above catalyst is
Since it is formed of needle-like crystals or columnar crystals, and the inside thereof is in a substantially single crystal state, when a semiconductor layer and a gate insulating film are continuously formed, a conventional crystalline silicon film having a twin crystal structure with many crystal defects The interface characteristics can be greatly improved as compared with the case where is used for the semiconductor layer.

【0030】しかし、本発明者らが見い出した上記の結
晶性ケイ素膜の製造方法では、半導体層に触媒元素を添
加する工程が必要なため、従来の固相成長法に比べ、半
導体層/ゲート絶縁膜の連続形成、さらには下地絶縁膜
/半導体層/ゲート絶縁膜の連続形成が困難であった。
However, in the above-described method for producing a crystalline silicon film found by the present inventors, a step of adding a catalytic element to the semiconductor layer is required. Therefore, compared with the conventional solid phase growth method, the semiconductor layer / gate It was difficult to continuously form an insulating film, and further to continuously form a base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film.

【0031】本発明者らは、上記の触媒元素を添加し5
80℃以下の低温アニールで結晶させた結晶性ケイ素膜
を活性領域に用いるTFTプロセスにおいて、半導体層
/ゲート絶縁膜の連続形成、さらには下地絶縁膜/半導
体層/ゲート絶縁膜の3層連続形成が可能となるプロセ
スを研究した。
The present inventors added the above-mentioned catalytic element to
In a TFT process using a crystalline silicon film crystallized by low-temperature annealing at 80 ° C. or less in an active region, a semiconductor layer / gate insulating film is continuously formed, and further, a base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film is continuously formed. I researched a process that makes it possible.

【0032】その結果、半導体層/ゲート絶縁膜を連続
形成した後、イオン注入法によって触媒元素をゲート絶
縁膜越しに半導体層に導入し、加熱処理により結晶化、
あるいはその後レーザー光または強光を照射すること
で、本発明の目的を達成できることを発見した。
As a result, after the semiconductor layer / gate insulating film is continuously formed, the catalytic element is introduced into the semiconductor layer through the gate insulating film by the ion implantation method, and crystallized by heat treatment.
Alternatively, it was discovered that the object of the present invention can be achieved by subsequently irradiating with laser light or intense light.

【0033】その他の方法として、半導体層の下側の領
域に触媒元素を添加しても同様の結晶化の効果があり、
さらに半導体層/ゲート絶縁膜の連続形成が可能である
ことも発見したが、この方法では、半導体層成膜前にそ
の下地膜表面に触媒元素を添加することになり、下地膜
中にも触媒元素が拡散し、半導体層に添加された触媒元
素の濃度をきちんと管理することができない。また、こ
の方法では、下地絶縁膜に触媒元素を打ち込む必要があ
るため、下地絶縁膜/半導体層/ゲート絶縁膜の3層を
連続形成することは構造的に不可能であった。よって下
地絶縁膜/半導体層/ゲート絶縁膜の3層を連続形成
し、触媒元素を導入する方法としては、上述のイオン注
入法しかない。また、この下地絶縁膜に触媒元素を添加
する方法を用いて半導体層/ゲート絶縁膜を連続形成し
作製したTFTは、期待していたような高性能な特性は
示さなかった。
As another method, the same crystallization effect can be obtained by adding a catalytic element to the lower region of the semiconductor layer.
It was also discovered that it is possible to continuously form the semiconductor layer / gate insulating film, but this method involves adding a catalytic element to the surface of the base film before the semiconductor layer is formed, so that the catalyst can be formed in the base film. The element diffuses, and the concentration of the catalyst element added to the semiconductor layer cannot be controlled properly. Further, in this method, it is structurally impossible to continuously form the three layers of the base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film because it is necessary to implant the catalytic element into the base insulating film. Therefore, the above-mentioned ion implantation method is the only method for continuously forming three layers of the base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film and introducing the catalytic element. Further, the TFT manufactured by continuously forming the semiconductor layer / gate insulating film by using the method of adding the catalytic element to the underlying insulating film did not show the expected high performance characteristics.

【0034】ここで、非晶質ケイ素膜に導入する触媒元
素の濃度としては、低ければ低いほど良いが、あまりに
低いと非晶質ケイ素膜の結晶化を助長するように機能し
ない。本発明者らが調べた結果、結晶化が起こる触媒元
素の最低濃度は1×1016atoms/cm3であり、
これ以下の濃度では触媒元素による結晶成長は起こらな
い。
Here, the lower the concentration of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film, the better, but if it is too low, it does not function to promote crystallization of the amorphous silicon film. As a result of examination by the present inventors, the minimum concentration of the catalytic element causing crystallization is 1 × 10 16 atoms / cm 3 ,
At concentrations lower than this, crystal growth due to the catalytic element does not occur.

【0035】また、触媒元素の濃度が高いと素子への影
響が問題となる。触媒元素が高い場合に起こる現象とし
ては、主にTFTのオフ領域でのリーク電流の増大があ
る。これは、触媒元素がケイ素膜中で形成する不純物準
位が影響しており、その準位を介したトンネル電流によ
るものと理解される。本発明者らが調べた結果、素子へ
の影響が現れない程度の触媒元素の最高濃度は1×10
19atoms/cm3である。よって、触媒元素の膜中
濃度として1×1016〜1×1019atoms/cm3
であれば、最も効果的に触媒元素が機能することにな
る。
Further, if the concentration of the catalytic element is high, the influence on the device becomes a problem. The phenomenon that occurs when the catalytic element is high is mainly an increase in leak current in the off region of the TFT. It is understood that this is due to the influence of the impurity level formed by the catalytic element in the silicon film and the tunnel current through the level. As a result of examination by the present inventors, the maximum concentration of the catalytic element to the extent that the element is not affected is 1 × 10 5.
It is 19 atoms / cm 3 . Therefore, the concentration of the catalytic element in the film is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3.
If so, the catalytic element functions most effectively.

【0036】さらに、TFTにおいては、活性層の膜厚
は20〜150nmが適当である。すなわち、膜厚20
nm以下では良好な結晶性が得られないし、膜厚150
nm以上では、活性領域のエッジ部で配線の段切れを起
こす可能性が高くなる。一般的には100nm程度の膜
厚が適当とされており、この膜厚のa−Si膜に触媒元
素を上記の範囲内の濃度で導入するためには、イオン注
入工程におけるドーズ量を1×1011〜1×1014at
oms/cm2の範囲内とする必要がある。
Further, in the TFT, the thickness of the active layer is appropriately 20 to 150 nm. That is, the film thickness 20
If the thickness is less than nm, good crystallinity cannot be obtained, and the film thickness is
If the thickness is equal to or greater than nm, there is a high possibility that the wiring will be disconnected at the edge portion of the active region. Generally, a film thickness of about 100 nm is suitable, and in order to introduce the catalytic element into the a-Si film having this film thickness at a concentration within the above range, the dose amount in the ion implantation step is 1 ×. 10 11 to 1 × 10 14 at
It should be within the range of oms / cm 2 .

【0037】また、上記触媒元素を用いる結晶化方法
は、触媒元素としてNiを用いた場合に最も顕著な効果
を得ることができる。その他利用できる触媒元素の種類
としては、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I
n、Sn、Al、Sbが挙げられる。これらの内から選
ばれた一種または複数種類の元素であれば、微量(膜中
濃度1×1016atoms/cm3以上)で結晶化助長
の効果があるため、半導体素子への影響は問題ない。
Further, the crystallization method using the above catalyst element can obtain the most remarkable effect when Ni is used as the catalyst element. Other types of catalyst elements that can be used include Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, and I.
Examples include n, Sn, Al, and Sb. One or more elements selected from these elements have a crystallization-promoting effect even with a small amount (concentration in the film of 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more), so there is no problem on the semiconductor element. .

【0038】本発明は、このような本件発明者等の鋭意
研究の結果得られたものである。
The present invention was obtained as a result of such earnest research by the present inventors.

【0039】(1)本発明に係る半導体装置は、絶縁性
表面を有する基板と、該基板の絶縁性表面上に形成さ
れ、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領域と、該活
性領域上に形成された絶縁性薄膜とを備え、該活性領域
を、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長する
触媒元素を含む構造としており、そのことにより上記目
的が達成される。
(1) A semiconductor device according to the present invention has a substrate having an insulating surface, an active region made of a crystalline silicon film formed on the insulating surface of the substrate, and an active region on the active region. The insulating thin film thus formed is provided, and the active region has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment, whereby the above object is achieved.

【0040】(2)本発明に係る半導体装置は、絶縁性
表面を有する基板と、該基板の絶縁性表面上に形成さ
れ、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領域と、該活
性領域上に形成された絶縁性薄膜とを備え、該活性領域
を、この領域での結晶粒がほぼ単結晶状態であって、非
晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長する触媒元
素を含む構造としており、そのことにより上記目的が達
成される。
(2) A semiconductor device according to the present invention has a substrate having an insulating surface, an active region made of a crystalline silicon film formed on the insulating surface of the substrate, and an active region on the active region. The insulating thin film formed is provided, and the active region has a structure in which the crystal grains in this region are substantially in a single crystal state and contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment. Therefore, the above object is achieved.

【0041】(3)本発明は上記半導体装置において、
MOS型トランジスタを備え、そのゲート絶縁膜を上記
絶縁性薄膜から構成したものである。
(3) The present invention provides the above semiconductor device,
A MOS type transistor is provided, and its gate insulating film is composed of the insulating thin film.

【0042】(4)本発明に係る半導体装置は、基板上
に形成された第1の絶縁性薄膜と、該第1の絶縁性薄膜
上に形成され、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領
域と、該活性領域上に形成された第2の絶縁性薄膜とを
備え、該活性領域を、非晶質ケイ素膜の加熱処理による
結晶化を助長する触媒元素を含む構造としており、その
ことにより上記目的が達成される。
(4) In a semiconductor device according to the present invention, an active region composed of a first insulating thin film formed on a substrate and a crystalline silicon film formed on the first insulating thin film. And a second insulating thin film formed on the active region, and the active region has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment. The above object is achieved.

【0043】(5)本発明に係る半導体装置は、基板上
に形成された第1の絶縁性薄膜と、該第1の絶縁性薄膜
上に形成され、結晶性を有するケイ素膜からなる活性領
域と、該活性領域上に形成された第2の絶縁性薄膜とを
備え、該活性領域を、この領域での結晶粒がほぼ単結晶
状態であって、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素を含む構造としており、そのことに
より上記目的が達成される。
(5) The semiconductor device according to the present invention has an active region composed of a first insulating thin film formed on a substrate and a crystalline silicon film formed on the first insulating thin film. And a second insulating thin film formed on the active region, wherein the active region has a crystal grain in a substantially single crystal state, and the amorphous silicon film is crystallized by heat treatment. The structure has a catalytic element that promotes chemical conversion, and thereby the above-mentioned object is achieved.

【0044】(6)本発明は、上記半導体装置におい
て、MOS型トランジスタを備え、そのゲート絶縁膜を
上記第2の絶縁性薄膜から構成したものである。
(6) According to the present invention, in the above semiconductor device, a MOS type transistor is provided, and a gate insulating film thereof is formed of the second insulating thin film.

【0045】(7)本発明において好ましくは、上記活
性領域における触媒元素の膜中濃度は、1×1016〜1
×1019atoms/cm3である。
(7) In the present invention, preferably, the concentration of the catalyst element in the active region in the film is 1 × 10 16 -1.
× 10 19 atoms / cm 3 .

【0046】(8)本発明において好ましくは、上記活
性領域は、触媒元素として、Ni、Co、Pd、Pt、
Cu、Ag、Au、In、Sn、AlおよびSbの内の
一種または複数種類の元素を含む。
(8) In the present invention, preferably, the active region contains Ni, Co, Pd, Pt, and
It contains one or more kinds of elements among Cu, Ag, Au, In, Sn, Al and Sb.

【0047】(9)本発明に係る半導体装置の製造方法
は、外気を遮断した状態で、その表面領域が絶縁性を有
する基板上に非晶質ケイ素膜、及び酸化ケイ素膜などの
絶縁性薄膜を続けて形成する工程と、該非晶質ケイ素膜
に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、
イオン注入法により該絶縁性薄膜を介して導入する工程
と、該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によっ
て結晶化させる工程とを含んでおり、そのことにより上
記目的が達成される。
(9) In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an insulating thin film such as an amorphous silicon film and a silicon oxide film is provided on a substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is shut off. And a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film,
The method includes an ion implantation method of introducing it through the insulating thin film and a step of crystallizing the amorphous silicon film introduced with the catalytic element by heating, whereby the above object is achieved.

【0048】(10)本発明に係る半導体装置の製造方
法は、外気を遮断した状態で、その表面領域が絶縁性を
有する基板上に非晶質ケイ素膜、及び酸化ケイ素膜など
の絶縁性薄膜を続けて形成する工程と、該非晶質ケイ素
膜に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素
を、イオン注入法により該絶縁性薄膜を介して導入する
工程と、該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱に
よって結晶化させる工程と、該結晶化したケイ素膜にレ
ーザー光あるいは強光を照射して結晶を処理する工程と
を含んでおり、そのことにより上記目的が達成される。
(10) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an insulating thin film such as an amorphous silicon film and a silicon oxide film is provided on a substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is shut off. And a step of introducing into the amorphous silicon film a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film through the insulating thin film by an ion implantation method, and the catalyst element It includes a step of crystallizing the introduced amorphous silicon film by heating and a step of irradiating the crystallized silicon film with laser light or strong light to treat the crystal, thereby achieving the above object. To be done.

【0049】(11)本発明において好ましくは、上記
半導体装置の製造方法は、上記絶縁性薄膜からMOSト
ランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程を含んでい
る。
(11) In the present invention, preferably, the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a gate insulating film of a MOS transistor from the insulating thin film.

【0050】(12)この発明に係る半導体装置の製造
方法は、外気を遮断した状態で、基板上に第1の絶縁性
薄膜、非晶質ケイ素膜、及び第2の絶縁性薄膜を3層続
けて形成する工程と、該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、イオン注入法に
より該第2の絶縁性薄膜を介して導入する工程と、該触
媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱処理により結晶
化させる工程とを含んでおり、そのことにより上記目的
が達成される。
(12) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, three layers of the first insulating thin film, the amorphous silicon film, and the second insulating thin film are formed on the substrate with the outside air shut off. A step of continuously forming, a step of introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film into the amorphous silicon film through the second insulating thin film by an ion implantation method, and the catalyst And a step of crystallizing the amorphous silicon film into which the element is introduced by heat treatment, whereby the above object is achieved.

【0051】(13)この発明に係る半導体装置の製造
方法は、外気を遮断した状態で、基板上に第1の絶縁性
薄膜、非晶質ケイ素膜、第2の絶縁性薄膜を3層続けて
形成する工程と、該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケイ素
膜の結晶化を助長する触媒元素を、イオン注入法により
該第2の絶縁性薄膜を介して導入する工程と、該触媒元
素を導入した非晶質ケイ素膜を結晶化させる工程と、該
結晶化したケイ素膜にレーザー光あるいは強光を照射し
て結晶の処理を行う工程とを含んでおり、そのことによ
り上記目的が達成される。
(13) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, three layers of the first insulating thin film, the amorphous silicon film, and the second insulating thin film are continuously formed on the substrate while the outside air is shut off. And a step of introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film into the amorphous silicon film through the second insulating thin film by an ion implantation method, and the catalyst element And a step of crystallizing the crystallized amorphous silicon film and irradiating the crystallized silicon film with laser light or strong light to achieve the above object. To be done.

【0052】(14)本発明において好ましくは、上記
半導体装置の製造方法は、上記第2の絶縁性薄膜からM
OS型トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程を含
んでいる。
(14) In the present invention, preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device described above, the second insulating thin film is formed into an M layer.
It includes a step of forming a gate insulating film of an OS type transistor.

【0053】(15)本発明において好ましくは、上記
触媒元素をイオン注入法により上記非晶質ケイ素膜へ導
入する際のドーズ量は、1×1011〜1×1014ato
ms/cm2である。
(15) In the present invention, preferably, the dose amount when introducing the catalyst element into the amorphous silicon film by the ion implantation method is 1 × 10 11 to 1 × 10 14 ato.
It is ms / cm 2 .

【0054】(16)本発明において好ましくは、触媒
元素として、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、A
u、In、Sn、AlおよびSbの内の一種または複数
種類の元素を用いる。
(16) In the present invention, preferably Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag and A are used as catalyst elements.
One or more kinds of elements selected from u, In, Sn, Al and Sb are used.

【0055】[0055]

【作用】本発明の半導体装置においては、基板の絶縁性
表面に形成された、結晶性を有するケイ素膜からなる活
性領域と、該活性領域上に形成された絶縁性薄膜とを備
え、該活性領域を、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
を助長する触媒元素を含む構造としたから、非晶質ケイ
素膜の結晶化により得られる、上記活性領域を構成する
結晶性ケイ素膜を、通常の固相成長法で得られる結晶性
よりさらに高い結晶性を有するものとできる。また、活
性領域の結晶性が良好であるため、該活性領域とその上
の絶縁膜との連続形成により、これらの界面を清浄な状
態に保つことにより、該界面での欠陥準位を効果的に低
減することができる。
In the semiconductor device of the present invention, an active region made of a crystalline silicon film formed on the insulating surface of the substrate and an insulating thin film formed on the active region are provided. Since the region has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heating, the crystalline silicon film forming the active region is usually obtained by crystallization of the amorphous silicon film. The crystallinity can be higher than that obtained by the solid-phase growth method. Further, since the crystallinity of the active region is good, the defect level at the interface can be effectively reduced by continuously forming the active region and the insulating film on the active region to keep the interface clean. Can be reduced to

【0056】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、触媒元素により助長されるため、高品質な結晶性ケ
イ素膜を生産性よく形成できる。しかもこの際結晶化に
要する加熱温度が580℃以下となるため、コーニング
7059ガラスに代表される安価なガラス基板を使用可
能とできる。
Since the crystallization of the amorphous silicon film by heating is promoted by the catalytic element, a high quality crystalline silicon film can be formed with high productivity. Moreover, at this time, the heating temperature required for crystallization is 580 ° C. or lower, so that an inexpensive glass substrate typified by Corning 7059 glass can be used.

【0057】本発明の半導体装置においては、基板上に
形成された第1の絶縁性薄膜と、該第1の絶縁性薄膜上
に形成された、結晶性を有する活性領域と、該活性領域
上に形成された第2の絶縁性薄膜とを備え、該活性領域
を、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長する
触媒元素を含む構造としたから、第1の絶縁性薄膜,活
性領域,第2の絶縁性薄膜の連続成長により、活性領域
上下の絶縁性薄膜との界面の特性を大きく向上できる。
さらに、活性領域をなす結晶性ケイ素膜を、非晶質ケイ
素膜の結晶化により生産性よく形成でき、この際、非晶
質ケイ素膜の結晶化を、安価なガラス基板を使用できる
程度の低温で行うことができることは言うまでもない。
In the semiconductor device of the present invention, the first insulating thin film formed on the substrate, the crystalline active region formed on the first insulating thin film, and the active region on the active region are formed. The second insulating thin film formed on the first insulating thin film, the active region having a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment. The continuous growth of the region and the second insulating thin film can greatly improve the characteristics of the interface with the insulating thin film above and below the active region.
Further, the crystalline silicon film forming the active region can be formed with high productivity by crystallization of the amorphous silicon film, and the crystallization of the amorphous silicon film is performed at a temperature low enough to use an inexpensive glass substrate. Not to mention that you can do it in.

【0058】また、上記非晶質ケイ素膜の加熱処理によ
り得られた結晶性ケイ素膜にレーザ光あるいは強光の照
射処理を施すことにより、活性領域を構成するケイ素膜
の結晶性をさらに向上でき、該活性領域でのキリャアの
電界効果移動度を一層向上できる。
Further, the crystallinity of the silicon film forming the active region can be further improved by subjecting the crystalline silicon film obtained by the heat treatment of the amorphous silicon film to irradiation of laser light or intense light. Further, the field effect mobility of carriers in the active region can be further improved.

【0059】また、上記絶縁性薄膜をMOS型トランジ
スタのゲート絶縁膜として用いることにより、トランジ
スタのリーク電流を低減することができる。
By using the above-mentioned insulating thin film as a gate insulating film of a MOS type transistor, the leak current of the transistor can be reduced.

【0060】また、上記活性領域における触媒元素の膜
中濃度を、1×1016〜1×1019atoms/cm3
とすることにより、触媒元素を効果的に機能させること
ができる。
The concentration of the catalytic element in the film in the active region is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3.
By this, the catalytic element can be effectively functioned.

【0061】本発明の半導体装置の製造方法において
は、外気を遮断した状態で、その表面領域が絶縁性を有
する基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を続けて形
成するので、これらの膜の界面を清浄な状態に保持する
ことができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the amorphous silicon film and the insulating thin film are successively formed on the substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is shut off. The interface of the membrane can be kept clean.

【0062】また、上記非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、イオン注入法に
より上記絶縁性薄膜を介して導入し、その後該触媒元素
を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結晶化させる
ようにしたので、通常の固相成長法で得られる結晶性よ
りさらに高い結晶性をもつ高品質な結晶性ケイ素膜を、
生産性よく形成できる。
A catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is introduced into the amorphous silicon film through the insulating thin film by an ion implantation method, and then the catalyst element is introduced. Since the crystalline silicon film is crystallized by heating, a high-quality crystalline silicon film having crystallinity higher than that obtained by the usual solid phase growth method can be obtained.
Can be formed with high productivity.

【0063】しかもこの際結晶化に要する加熱温度が5
80℃以下となり、基板として、コーニング7059ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。
Moreover, at this time, the heating temperature required for crystallization is 5
Since the temperature is 80 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate typified by Corning 7059 glass can be used as the substrate.

【0064】また、触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜
を加熱によって結晶化させた後、該結晶化したケイ素膜
にレーザー光あるいは強光を照射して、結晶の処理を行
うようにしたので、活性領域を構成する結晶性ケイ素膜
の結晶性をさらに高めることができ、活性領域でのキャ
リアの電界効果移動度を一層向上できる。
Further, the amorphous silicon film into which the catalytic element has been introduced is crystallized by heating, and then the crystallized silicon film is irradiated with laser light or strong light for crystal treatment. Further, the crystallinity of the crystalline silicon film forming the active region can be further enhanced, and the field effect mobility of carriers in the active region can be further improved.

【0065】この発明の半導体装置の製造方法において
は、外気を遮断した状態で、基板上に第1の絶縁性薄
膜、非晶質ケイ素膜、及び第2の絶縁性薄膜を3層続け
て形成するようにしたので、該非晶質ケイ素膜上下の絶
縁性薄膜との界面の特性を大きく向上できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first insulating thin film, the amorphous silicon film, and the second insulating thin film are continuously formed in three layers on the substrate while the outside air is shut off. As a result, the characteristics of the interface between the insulating thin film above and below the amorphous silicon film can be greatly improved.

【0066】[0066]

【実施例】 [実施例1]図1は本発明の第1の実施例による薄膜ト
ランジスタ及びその製造方法を説明するための断面図で
あり、図1(a)ないし図1(e)は、本実施例のTF
Tの製造方法を工程順に示している。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a thin film transistor and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. Example TF
The manufacturing method of T is shown in the order of steps.

【0067】図において、100は薄膜トランジスタ
(TFT)10を有する半導体装置で、該TFT10
は、ガラス基板101上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下地
膜102を介して形成されている。該絶縁性下地膜10
2上には、上記TFTを構成する島状の結晶性ケイ素膜
103bが形成されている。この結晶性ケイ素膜103
bの中央部分は、チャネル領域108となっており、そ
の両側部分は、ソース,ドレイン領域109,110と
なっている。上記チャネル領域108上には、ゲート絶
縁膜104を介してアルミニウムゲート電極106が設
けられている。このゲート電極106の表面は酸化物層
107により被覆されている。上記TFT10はその全
面が層間絶縁膜111により覆われており、該層間絶縁
膜111の、ソース,ドレイン領域109,110に対
応する部分には、コンタクトホール111aが形成され
ている。上記ソース,ドレイン領域109,110はこ
のコンタクトホール111aを介して電極配線112,
113に接続されている。
In the figure, reference numeral 100 denotes a semiconductor device having a thin film transistor (TFT) 10.
Is formed on a glass substrate 101 with an insulating base film 102 such as a silicon oxide film interposed therebetween. The insulating base film 10
An island-shaped crystalline silicon film 103b that forms the TFT is formed on the TFT 2. This crystalline silicon film 103
A central portion of b is a channel region 108, and both side portions thereof are source and drain regions 109 and 110. An aluminum gate electrode 106 is provided on the channel region 108 via a gate insulating film 104. The surface of the gate electrode 106 is covered with an oxide layer 107. The entire surface of the TFT 10 is covered with an interlayer insulating film 111, and a contact hole 111a is formed in a portion of the interlayer insulating film 111 corresponding to the source / drain regions 109 and 110. The source / drain regions 109 and 110 are connected to the electrode wiring 112, through the contact hole 111a.
It is connected to 113.

【0068】そしてこの実施例では、上記結晶性ケイ素
膜103bは、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素(Ni)を含み、この膜中の結晶粒
がほぼ単結晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶からなっ
ているものである。
In this embodiment, the crystalline silicon film 103b contains a catalytic element (Ni) that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment, and the crystal grains in this film are in a substantially single crystal state. Of needle-like crystals or columnar crystals.

【0069】この実施例のTFT10は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分
を構成する素子として用いることができることは勿論、
これらの回路や画素部分と同一基板上に搭載したCPU
を構成する素子としても用いることができる。なお、T
FTの応用範囲としては、液晶表示装置のみではなく、
一般に言われる薄膜集積回路に利用できることは言うま
でもない。
Of course, the TFT 10 of this embodiment can be used as an element constituting a driver circuit or a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device.
CPU mounted on the same substrate as these circuits and pixel parts
It can also be used as an element constituting the. In addition, T
The application range of FT is not limited to liquid crystal display devices,
It goes without saying that it can be applied to a thin film integrated circuit generally called.

【0070】次に製造方法について説明する。ここで
は、ガラス基板上にN型TFTを作製する工程ついて説
明する。
Next, the manufacturing method will be described. Here, a process of manufacturing an N-type TFT on a glass substrate will be described.

【0071】まず、ガラス基板101上に例えばスパッ
タリング法によって厚さ200nm程度の酸化ケイ素か
らなる下地膜102を形成する。この酸化ケイ素膜は、
ガラス基板101からの不純物の拡散を防ぐために設け
られる。
First, a base film 102 of silicon oxide having a thickness of about 200 nm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method. This silicon oxide film is
It is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate 101.

【0072】次に、図1(a)に示すように厚さ25〜
100nm、例えば80nmの真性(I型)の非晶質ケ
イ素膜(a−Si膜)103を成膜し、その上に、その
まま大気中に出すことなく引き続いて厚さ20〜150
nm、ここでは100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁
膜104として成膜する。このように大気中に出すこと
なく、半導体層とゲート絶縁膜とを連続形成することに
より、半導体層/ゲート絶縁膜界面を清浄に保つことが
でき、後に完成するTFTの信頼性の向上や高性能化に
つながる。この半導体層とゲート絶縁膜の連続形成は真
空を破ることなく行うことができればなお良い。
Next, as shown in FIG.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 103 having a thickness of 100 nm, for example, 80 nm is formed, and a thickness of 20 to 150 is continuously formed on the amorphous silicon film (a-Si film) 103 without being exposed to the atmosphere.
nm, here a 100 nm silicon oxide film is formed as the gate insulating film 104. By thus continuously forming the semiconductor layer and the gate insulating film without exposing them to the atmosphere, the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film can be kept clean, and the reliability of the TFT to be completed later can be improved and high. It leads to performance improvement. It is more preferable that the continuous formation of the semiconductor layer and the gate insulating film can be performed without breaking the vacuum.

【0073】例えば、半導体層及び絶縁膜を大気中に取
り出さずに連続して形成する方法としては、プラズマC
VD法が一般的であり、その他、スパッタリング法、光
CVD法、電子ビーム蒸着法などがある。本実施例で
は、a−Si膜と酸化ケイ素膜の連続形成をRFプラズ
マCVD法で行った。a−Si膜の形成には、シラン
(SiH4)ガスを原料として、これを基板温度150
〜400℃、好ましくは200〜300℃にて分解,堆
積した。また、酸化ケイ素膜の形成には、TEOS(Te
tra Ethoxy Silan)を原料とし、酸素とともに基板温度
150〜600℃、好ましくは300〜450℃で分
解,堆積した。ちなみに上記TEOSは、Si原子,O
原子などを含む常温では液体の有機材料であり、層間絶
縁膜などの形成に用いられ、段差被覆性に優れた絶縁膜
を得ることができるものである。
For example, as a method of continuously forming the semiconductor layer and the insulating film without exposing them to the atmosphere, plasma C
The VD method is generally used, and in addition, there are a sputtering method, a photo CVD method, an electron beam evaporation method, and the like. In this example, the a-Si film and the silicon oxide film were continuously formed by the RF plasma CVD method. To form the a-Si film, silane (SiH 4 ) gas is used as a raw material, and this is used at a substrate temperature of
Decomposed and deposited at ˜400 ° C., preferably 200 to 300 ° C. In addition, TEOS (Te
tra Ethoxy Silan) as a raw material and decomposed and deposited with oxygen at a substrate temperature of 150 to 600 ° C, preferably 300 to 450 ° C. By the way, the above TEOS contains Si atoms, O
It is an organic material containing atoms and the like that is liquid at room temperature and is used for forming an interlayer insulating film and the like, and an insulating film having excellent step coverage can be obtained.

【0074】次に図1(b)に示すように、イオン注入
法によって、ニッケルイオン105を、ゲート絶縁膜1
04越しにa−Si膜103に導入する。この際のニッ
ケルのドーズ量は、1×1011〜1×1014atoms
/cm2となるようにする。本実施例では、ニッケルイ
オンの加速電圧を120〜200keV、例えば160
keVとし、ドーズ量を1×1013atoms/cm2
として、ニッケルイオン105をa−Si膜103に導
入した。そして、これを水素還元雰囲気下または不活性
雰囲気下、加熱温度520〜580℃で数時間から数十
時間、ここでは550℃で4時間アニールして結晶化さ
せる。この際、a−Si膜中に注入されたニッケルイオ
ン105が核となり、その後ニッケルが触媒となって結
晶成長を助長し、a−Si膜103の結晶化が効果的に
起こる。これによってa−Si膜103は結晶性ケイ素
膜103aとなる。また同時に膜中にニッケルが均一に
拡散して、結晶性ケイ素膜103a中のニッケル濃度は
1.2×1018atoms/cm3となる。
Next, as shown in FIG. 1B, nickel ions 105 are added to the gate insulating film 1 by an ion implantation method.
It is introduced into the a-Si film 103 through 04. The dose amount of nickel at this time is 1 × 10 11 to 1 × 10 14 atoms.
/ Cm 2 In this embodiment, the acceleration voltage of nickel ions is 120 to 200 keV, for example 160.
keV and the dose amount is 1 × 10 13 atoms / cm 2
As a result, nickel ions 105 were introduced into the a-Si film 103. Then, this is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 580 ° C. for several hours to several tens of hours, and here, at 550 ° C. for 4 hours to be crystallized. At this time, the nickel ions 105 implanted in the a-Si film serve as nuclei, and then nickel serves as a catalyst to promote crystal growth, and the a-Si film 103 is effectively crystallized. As a result, the a-Si film 103 becomes the crystalline silicon film 103a. At the same time, nickel is uniformly diffused in the film, and the nickel concentration in the crystalline silicon film 103a becomes 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 .

【0075】次に、図1(c)に示すように、結晶性ケ
イ素膜103aの不要な部分を除去して素子間分離を行
い、TFTの活性領域(ソース,ドレイン領域、及びチ
ャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜103bを形
成する。このとき結晶性ケイ素膜103a上の酸化ケイ
素膜104は、島状の結晶性ケイ素膜103bと同様の
形状にパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), unnecessary portions of the crystalline silicon film 103a are removed to perform element isolation to form active regions (source, drain regions, and channel regions) of the TFT. The island-shaped crystalline silicon film 103b is formed. At this time, the silicon oxide film 104 on the crystalline silicon film 103a is patterned into the same shape as the island-shaped crystalline silicon film 103b.

【0076】引き続いて、スパッタリング法によって、
アルミニウムを厚さ400〜800nm、例えば600
nmとなるよう成膜する。そして、アルミニウム膜をパ
ターニングして、ゲート電極106を形成する。さら
に、このアルミニウムゲート電極106の表面を陽極酸
化して、その表面に酸化物層107を形成する(図1
(d))。
Subsequently, by the sputtering method,
Aluminum with a thickness of 400-800 nm, for example 600
The film is formed to have a thickness of nm. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 106. Further, the surface of the aluminum gate electrode 106 is anodized to form an oxide layer 107 on the surface (FIG. 1).
(D)).

【0077】ここで、陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含
まれたエチレングリコール溶液中で行い、最初一定電流
で220Vまで電圧を上げ、その状態を1時間保持して
酸化処理を終了する。得られた酸化物層107の厚さは
200nmである。なお、この酸化物層107の厚さ
は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲ
ート領域の長さとなるので、オフセットゲート領域の長
さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
Here, the anodic oxidation is carried out in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%, the voltage is first raised to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the oxidation treatment. The thickness of the obtained oxide layer 107 is 200 nm. Since the thickness of the oxide layer 107 will be the length of the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by the anodizing process.

【0078】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極106とその周囲の酸化物層107をマスクとし
て活性領域(結晶性ケイ素膜)103bに不純物(リ
ン)を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィン
(PH3)を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば
80kV、ドーズ量を1×1015〜8×1015cm-2
例えば2×1015cm-2とする。この工程により、不純
物が注入された領域109と110は、後にTFT10
のソース/ドレイン領域となり、ゲート電極106およ
びその周囲の酸化層107にマスクされた不純物が注入
されない領域108は、後にTFT10のチャネル領域
となる。
Then, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region (crystalline silicon film) 103b by ion doping using the gate electrode 106 and the oxide layer 107 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example 80 kV, and the dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm -2 .
For example, it is set to 2 × 10 15 cm −2 . By this step, the regions 109 and 110 into which the impurities are implanted will be formed in the TFT 10 later.
The source / drain regions of the gate electrode 106 and the region 108 of the oxide layer 107 surrounding the gate electrode 106 where the impurities are not implanted will be the channel region of the TFT 10 later.

【0079】その後、図1(d)に示すように、レーザ
ー光115の照射によってアニール行い、イオン注入し
た不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工
程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この
際、使用するレーザーとしてはKrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用い、エ
ネルギー密度150〜400mJ/cm2、好ましくは
200〜250mJ/cm2で照射を行った。こうして
形成されたN型不純物(リン)領域109、110のシ
ート抵抗は、200〜800Ω/□であった。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, annealing is performed by irradiation with laser light 115 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystal of the portion whose crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is performed. Improve sex. At this time, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used as a laser, and irradiation was performed at an energy density of 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 109 and 110 thus formed was 200 to 800 Ω / □.

【0080】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜111として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオ
ゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって形
成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得ら
れる。また、SiH4とNH3を原料ガスとしてプラズマ
CVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領
域/ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、TFT特
性を劣化させる不対結合手を低減できる効果がある。
Then, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 111. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and is formed by a plasma CVD method using oxygen and oxygen, or a low pressure CVD method or an atmospheric pressure CVD method using ozone, excellent interlayer insulation with excellent step coverage is obtained. A film is obtained. In addition, if a silicon nitride film formed by plasma CVD using SiH 4 and NH 3 as source gases is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, and the dangling bond that deteriorates the TFT characteristics. Is effective.

【0081】次に、層間絶縁膜111にコンタクトホー
ル111aを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの二層膜によってTFTの電極配線11
2、113を形成する。窒化チタン膜は、ソース,ドレ
イン領域へのアルミニウムの拡散を防止するためのバリ
ア膜として機能する。そして最後に、1気圧の水素雰囲
気で350℃、30分のアニールを行い、図1(e)に
示すTFT10を完成させる。
Next, a contact hole 111a is formed in the interlayer insulating film 111, and the electrode wiring 11 of the TFT is formed by a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
2, 113 are formed. The titanium nitride film functions as a barrier film for preventing diffusion of aluminum into the source / drain regions. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete the TFT 10 shown in FIG.

【0082】本TFTを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極112及び113の一方
をITOなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、も
う一方の電極より信号を入力する。また、本TFTを薄
膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極106上にも
コンタクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよ
い。
When the TFT is used as an element for switching the pixel electrode, one of the electrodes 112 and 113 is connected to the pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO, and a signal is input from the other electrode. When the present TFT is used in a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed also on the gate electrode 106 and necessary wiring may be provided.

【0083】このようにして作製した本実施例のTFT
10では、電界効果移動は60〜80cm2/Vs、S
値は0.6〜0.8V/桁、閾値電圧2〜3Vという良
好な特性を示した。該S値は、TFTのサブスレッシュ
領域での立ち上がり係数であり、ゲート電圧VGとドレ
イン電流IDとの関係を示すグラフにおいて、ドレイン
電流IDが急峻に立ち上がる地点でのグラフの傾きを、
該ドレイン電流IDが1桁増大したときのゲート電圧の
変化で示している。また基板内におけるTFT特性のば
らつきは、電界効果移動で±12%、閾値電圧で±8%
以内であった。
The TFT of this embodiment manufactured in this way
10, the field effect transfer is 60 to 80 cm 2 / Vs, S
Good values of 0.6 to 0.8 V / digit and a threshold voltage of 2 to 3 V were shown. The S value is a rise coefficient in the sub-threshold region of the TFT, and in the graph showing the relationship between the gate voltage VG and the drain current ID, the slope of the graph at the point where the drain current ID sharply rises is
The change is shown in the gate voltage when the drain current ID increases by one digit. In addition, the variation of TFT characteristics in the substrate is ± 12% in the field effect movement and ± 8% in the threshold voltage.
It was within.

【0084】このように本実施例では、外気を遮断した
状態で、その表面領域が絶縁性を有する基板上に非晶質
ケイ素膜103及び絶縁性薄膜104を続けて形成する
ので、これらの膜の界面を清浄な状態に保持することが
できる。
As described above, in this embodiment, the amorphous silicon film 103 and the insulating thin film 104 are successively formed on the substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is shut off. The interface can be kept clean.

【0085】また、上記非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素(Ni)を、イオン
注入法により上記絶縁性薄膜を介して導入し、その後該
触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結晶
化させるようにしたので、通常の固相成長法で得られる
結晶性よりさらに高い結晶性をもつ高品質な結晶性ケイ
素膜103bを、生産性よく形成できる。
A catalytic element (Ni) that promotes crystallization of the amorphous silicon film is introduced into the amorphous silicon film by the ion implantation method through the insulating thin film, and then the catalytic element is added. Since the introduced amorphous silicon film is crystallized by heating, a high-quality crystalline silicon film 103b having crystallinity higher than that obtained by a normal solid phase growth method can be formed with high productivity. it can.

【0086】また、結晶性ケイ素膜103bの結晶性が
良好であるため、上記のように非晶質ケイ素膜103と
その上のゲート絶縁膜104との界面を清浄な状態に保
つことにより、該界面での欠陥準位を効果的に低減する
ことができる。
Further, since the crystallinity of the crystalline silicon film 103b is good, by keeping the interface between the amorphous silicon film 103 and the gate insulating film 104 thereabove clean as described above, The defect level at the interface can be effectively reduced.

【0087】しかもこの際結晶化に要する加熱温度が5
80℃以下となり、基板として、コーニング7059ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。
Moreover, at this time, the heating temperature required for crystallization is 5
Since the temperature is 80 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate typified by Corning 7059 glass can be used as the substrate.

【0088】また、上記結晶性ケイ素膜103b上の酸
化ケイ素膜をMOS型トランジスタのゲート絶縁膜とし
て用いたので、トランジスタのリーク電流を低減するこ
とができる。
Moreover, since the silicon oxide film on the crystalline silicon film 103b is used as the gate insulating film of the MOS type transistor, the leak current of the transistor can be reduced.

【0089】また、上記結晶性ケイ素膜の触媒元素の膜
中濃度を、1×1016〜1×1019atoms/cm3
としているので、触媒元素を効果的に機能させることが
できる。
The concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film in the film is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3.
Therefore, the catalytic element can effectively function.

【0090】[実施例2]図2は本発明の第2の実施例
による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明するた
めの断面図であり、図2(a)ないし図2(e)は、本
実施例のTFTの製造方法を工程順に示している。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a thin film transistor and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 2 (a) to 2 (e) show the present embodiment. The manufacturing method of the example TFT is shown in the order of steps.

【0091】図において、200は本実施例の半導体装
置で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆
動回路や、一般の薄膜集積回路を構成するCMOS構成
の回路20を有している。このCMOS構成の回路は、
N型TFT21とP型TFT22とをこれらが相補的な
動作を行うよう接続したものである。
In the figure, reference numeral 200 denotes a semiconductor device of this embodiment, which has a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a circuit 20 of CMOS structure which constitutes a general thin film integrated circuit. This CMOS circuit is
The N-type TFT 21 and the P-type TFT 22 are connected so that they perform complementary operations.

【0092】該N型TFT21とP型TFT22とはそ
れぞれガラス基板201上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下
地膜202を介して形成されている。該絶縁性下地膜2
02上には、上記各TFT21,22を構成する島状の
結晶性ケイ素膜203n,203pが隣接して形成され
ている。この結晶性ケイ素膜203n,203pの中央
部分は、それぞれNチャネル領域208,Pチャネル領
域209となっている。上記結晶性ケイ素膜203nの
両側部分はN型TFTのN型ソース,ドレイン領域20
9,210、上記結晶性ケイ素膜203pの両側部分は
P型TFTのP型ソース,ドレイン領域212,213
となっている。
The N-type TFT 21 and the P-type TFT 22 are formed on a glass substrate 201 with an insulating base film 202 such as a silicon oxide film interposed therebetween. The insulating base film 2
On 02, island-shaped crystalline silicon films 203n and 203p forming the TFTs 21 and 22 are formed adjacent to each other. Central portions of the crystalline silicon films 203n and 203p are an N channel region 208 and a P channel region 209, respectively. Both sides of the crystalline silicon film 203n are N-type source / drain regions 20 of an N-type TFT.
9, 210, and both side portions of the crystalline silicon film 203p are P-type source / drain regions 212, 213 of a P-type TFT.
Has become.

【0093】上記Nチャネル領域208及びPチャネル
領域209上には、ゲート絶縁膜204を介してアルミ
ニウムゲート電極206及び207が配設されている。
また上記TFT21及び22は全面が層間絶縁膜214
により覆われており、該層間絶縁膜214の、N型TF
T21のソース,ドレイン領域210,211に対応す
る部分にはコンタクトホール214nが、また該層間絶
縁膜214の、P型TFT22のソース,ドレイン領域
212,213に対応する部分には、コンタクトホール
214pが形成されている。そして上記N型TFT21
のソース,ドレイン領域210,211はこのコンタク
トホール214nを介して電極配線215,216に接
続されている。また上記P型TFT22のソース,ドレ
イン領域212,213は上記コンタクトホール214
pを介して電極配線216,217に接続されている。
Aluminum gate electrodes 206 and 207 are provided on the N channel region 208 and the P channel region 209 with a gate insulating film 204 interposed therebetween.
The entire surface of the TFTs 21 and 22 is the interlayer insulating film 214.
Of the N-type TF of the interlayer insulating film 214.
A contact hole 214n is formed in a portion of the T21 corresponding to the source / drain regions 210 and 211, and a contact hole 214p is formed in a portion of the interlayer insulating film 214 corresponding to the source / drain regions 212 and 213 of the P-type TFT 22. Has been formed. The N-type TFT 21
The source and drain regions 210 and 211 are connected to the electrode wirings 215 and 216 via the contact holes 214n. Further, the source / drain regions 212 and 213 of the P-type TFT 22 have the contact holes 214.
It is connected to the electrode wirings 216 and 217 via p.

【0094】そして本実施例では、上記結晶性ケイ素膜
203n,203pは、非晶質ケイ素膜の加熱処理によ
る結晶化を助長する触媒元素(Ni)を含み、該膜中の
結晶粒がほぼ単結晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶か
らなっているものである。
In the present embodiment, the crystalline silicon films 203n and 203p contain a catalytic element (Ni) that promotes crystallization of the amorphous silicon film by the heat treatment, and the crystal grains in the film are almost simple. It is composed of needle-like crystals or columnar crystals in a crystalline state.

【0095】次に製造方法について説明する。ここで
は、ガラス基板上に上記CMOS構成の回路を作製する
工程について説明する。
Next, the manufacturing method will be described. Here, a process of manufacturing a circuit having the above CMOS structure on a glass substrate will be described.

【0096】まず、ガラス基板201上に例えばスパッ
タリング法によって厚さ100nm程度の酸化ケイ素か
らなる下地膜202を形成する。次にプラズマCVD法
によって、厚さ25〜100nm、例えば50nmの真
性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203と、
厚さ20〜150nm、ここでは100nmの酸化ケイ
素膜204を連続成膜する(図2(a))。
First, a base film 202 made of silicon oxide and having a thickness of about 100 nm is formed on the glass substrate 201 by, for example, a sputtering method. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 203 having a thickness of 25 to 100 nm, for example 50 nm, is formed by a plasma CVD method,
A silicon oxide film 204 having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is continuously formed (FIG. 2A).

【0097】次に図2(b)に示すように、イオン注入
法によって、ニッケルイオン205を、ゲート絶縁膜2
04越しにa−Si膜203に導入する。この際ニッケ
ルのドーズ量としては5×1012atoms/cm2
し、加速電圧は140kevとした。そして、これを水
素還元雰囲気下または不活性雰囲気下、加熱温度520
〜580℃で数時間から数十時間、具体的には550℃
で6時間アニールして結晶化させる。
Next, as shown in FIG. 2B, nickel ions 205 are added to the gate insulating film 2 by an ion implantation method.
It is introduced into the a-Si film 203 through 04. At this time, the dose amount of nickel was 5 × 10 12 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage was 140 kev. Then, this is heated under a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520.
~ 580 ℃ for several hours to tens of hours, specifically 550 ℃
Anneal for 6 hours to crystallize.

【0098】この際、a−Si膜中に注入されたニッケ
ルイオン205が核となり、その後ニッケルが触媒とな
って結晶成長を助長し、a−Si膜203の結晶化が効
果的に起こる。これによってa−Si膜203は結晶性
ケイ素膜203aとなる。結晶性ケイ素膜203a中の
ニッケル濃度は1×1018atoms/cm3となる。
引き続いて、レーザー光を上記結晶性ケイ素膜に照射
することで該結晶性ケイ素膜203aの結晶性を高め
る。このときのレーザー光としては、XeClエキシマ
レーザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を
用いた。レーザー光の照射条件は、照射時に基板を20
0〜450℃、例えば400℃に加熱し、エネルギー密
度200〜400mJ/cm2、例えば300mJ/c
2で照射した。
At this time, the nickel ions 205 implanted in the a-Si film serve as nuclei, and then nickel serves as a catalyst to promote crystal growth, and the a-Si film 203 is effectively crystallized. As a result, the a-Si film 203 becomes a crystalline silicon film 203a. The nickel concentration in the crystalline silicon film 203a is 1 × 10 18 atoms / cm 3 .
Subsequently, the crystallinity of the crystalline silicon film 203a is enhanced by irradiating the crystalline silicon film with a laser beam. As the laser light at this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used. The laser irradiation conditions are as follows:
Heating at 0 to 450 ° C., for example 400 ° C., energy density 200 to 400 mJ / cm 2 , for example 300 mJ / c
It was irradiated with m 2 .

【0099】その後、図2(c)に示すように、後にT
FTの活性領域(素子領域)203n、203pとなる
結晶性ケイ素膜を残し、それ以外の領域をエッチング除
去して素子間分離を行う。このとき結晶性ケイ素膜の上
の酸化ケイ素膜204は、島状の結晶性ケイ素膜203
n、203pと同様の形状にパターニングされる。
After that, as shown in FIG.
The crystalline silicon film to be the active regions (element regions) 203n and 203p of the FT is left, and the other regions are removed by etching to perform element isolation. At this time, the silicon oxide film 204 on the crystalline silicon film is the island-shaped crystalline silicon film 203.
Patterned in the same shape as n, 203p.

【0100】引き続いて、図2(d)に示すように、ス
パッタリング法によって厚さ400〜800nm、例え
ば500nmのアルミニウム(0.1〜2%のシリコン
を含む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲート電極206、207を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, an aluminum film (containing silicon of 0.1 to 2%) having a thickness of 400 to 800 nm, for example, 500 nm is formed by a sputtering method, and the aluminum film is patterned. Then, the gate electrodes 206 and 207 are formed.

【0101】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域203nにはゲート電極206をマスクとして不純
物(リン)を、また活性領域203pには、ゲート電極
207をマスクとして不純物(ホウ素)を注入する。こ
のときドーピングガスとして、フォスフィン(PH3
およびジボラン(B26)を用い、前者の場合は、加速
電圧を60〜90kVとし、例えば80kVとし、後者
の場合40kV〜80kV、例えば65kVとし、ドー
ズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例えばリンを2
×1015cm-2、ホウ素を5×1015cm-2とする。
Next, by the ion doping method, impurities (phosphorus) are implanted into the active region 203n using the gate electrode 206 as a mask, and impurities (boron) are implanted into the active region 203p using the gate electrode 207 as a mask. At this time, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas.
And diborane (B 2 H 6 ) are used. In the former case, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, 40 kV to 80 kV, for example, 65 kV, and the dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10. 15 cm -2 , for example 2 phosphorus
× 10 15 cm -2 , and boron is 5 × 10 15 cm -2 .

【0102】この工程により、ゲート電極206、20
7にマスクされ不純物が注入されない領域は後にTFT
のチャネル領域208、209となる。ドーピングに際
しては、ドーピングが不要な領域をフォトレジストで覆
うことによって、それぞれの元素を選択的にドーピング
を行う。この結果、N型の不純物領域210と211、
P型の不純物領域212と213が形成され、図2
(d)に示すようにNチャネル型TFT(NTFT)2
1とPチャネル型TFT(PTFT)22とを形成する
ことができる。
By this step, the gate electrodes 206, 20
The area which is masked by 7 and is not implanted with impurities is a TFT later.
Of the channel regions 208 and 209. At the time of doping, each element is selectively doped by covering a region where doping is unnecessary with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 210 and 211,
P-type impurity regions 212 and 213 are formed, as shown in FIG.
As shown in (d), N-channel type TFT (NTFT) 2
1 and a P-channel type TFT (PTFT) 22 can be formed.

【0103】その後、図2(d)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行う。レーザー光としては、XeClエ
キシマレーザー(波長308nm、パルス幅40nse
c)を用い、レーザー光の照射条件としては、エネルギ
ー密度250mJ/cm2で1か所につき2ショット照
射した。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, annealing is performed by irradiation with laser light to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nse
Using c), the irradiation condition of the laser beam was such that the energy density was 250 mJ / cm 2 and two shots were irradiated at one location.

【0104】続いて、図2(e)に示すように、厚さ6
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜214としてプラ
ズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホール
214n,214pを形成して、金属材料、例えば、窒
化チタンとアルミニウムの二層膜によってTFTの電極
配線215、216、217を形成する。そして最後
に、1気圧の水素雰囲気下で350℃、30分アニール
を行い、各N型及びP型TFT21,22を完成させ
る。
Then, as shown in FIG.
A silicon oxide film having a thickness of 00 nm is formed as an interlayer insulating film 214 by a plasma CVD method, contact holes 214n and 214p are formed in the film, and a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum is used to form electrode wiring 215 of the TFT. 216 and 217 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete the N-type and P-type TFTs 21 and 22.

【0105】以上の実施例にしたがって作製したCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度はNTFTで120〜150cm2/Vs、PTFT
で100〜130cm2/Vsと高く、閾値電圧はNT
FTで1.5〜2V、PFTTで−2〜−3Vと非常に
良好な特性を示した。
CMOs produced according to the above examples
In the S structure circuit, the field effect mobility of each TFT is 120 to 150 cm 2 / Vs for NTFT, and PTFT
Is as high as 100 to 130 cm 2 / Vs, and the threshold voltage is NT
The FT showed a very good characteristic of 1.5 to 2V and the PFTT a -2 to -3V.

【0106】このような構成の第2の実施例では、上記
非晶質ケイ素膜の加熱処理により得られた結晶性ケイ素
膜にレーザ光あるいは強光の照射処理を施すようにした
ので、上記第1実施例の効果に加えて、活性領域を構成
するケイ素膜の結晶性をさらに向上でき、該活性領域で
のキリャアの電界効果移動度を一層向上できる効果があ
る。
In the second embodiment having such a structure, the crystalline silicon film obtained by the heat treatment of the amorphous silicon film is irradiated with laser light or strong light. In addition to the effect of the first embodiment, the crystallinity of the silicon film forming the active region can be further improved, and the field effect mobility of the carrier in the active region can be further improved.

【0107】[実施例3]図3は本発明の第3の実施例
による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明するた
めの断面図であり、図3(a)ないし図3(e)は、本
実施例のTFTの製造方法を工程順に示している。
[Embodiment 3] FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a thin film transistor and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (a) to 3 (e) show the present embodiment. The manufacturing method of the example TFT is shown in the order of steps.

【0108】図において、300は薄膜トランジスタ
(TFT)30を有する半導体装置で、該TFT30
は、上記第1の実施例の半導体装置におけるTFT10
と全く同一の断面構造を有している。この実施例では、
下地絶縁膜302としての酸化ケイ素膜、活性領域とな
る半導体層303,及びゲート絶縁膜となる酸化ケイ素
膜303が大気に曝すことなく連続して成膜したもので
ある点で上記第1の実施例と異なっている。なお、図3
において、300番台の符号を付した本実施例の構成要
素は、図1に示す第1の実施例における100番台の符
号を付した構成要素に対応するものである。
In the figure, reference numeral 300 denotes a semiconductor device having a thin film transistor (TFT) 30.
Is the TFT 10 in the semiconductor device of the first embodiment.
And has the same sectional structure. In this example,
The first embodiment in that the silicon oxide film as the base insulating film 302, the semiconductor layer 303 as the active region, and the silicon oxide film 303 as the gate insulating film are continuously formed without being exposed to the atmosphere. Different from the example. Note that FIG.
In the above, the constituent elements of the present embodiment denoted by the reference numerals in the 300s correspond to the constituent elements denoted by the reference numerals in the 100s of the first embodiment shown in FIG.

【0109】次に製造方法について説明する。本実施例
においても、ガラス基板上にN型TFT30を作製する
プロセスを例に挙げる。
Next, the manufacturing method will be described. Also in this embodiment, the process of manufacturing the N-type TFT 30 on the glass substrate will be described as an example.

【0110】まず、図3(a)に示すように、ガラス基
板301上に厚さ100〜300nm、例えば200n
mの酸化ケイ素からなる下地膜302、そして厚さ25
〜100nm、例えば80nmの真性(I型)の非晶質
ケイ素膜(a−Si膜)303、さらに厚さ20〜15
0nm、ここでは100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶
縁膜304として連続して成膜する。この工程は、大気
中に出すことなく行われる。このように下地絶縁膜/半
導体層/ゲート絶縁膜を連続形成することで、下地絶縁
膜/半導体層の界面、及び半導体層/ゲート絶縁膜界面
を清浄に保つことができる。
First, as shown in FIG. 3A, a glass substrate 301 has a thickness of 100 to 300 nm, for example, 200 n.
m of the base film 302 made of silicon oxide and having a thickness of 25
˜100 nm, for example 80 nm, intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 303, further thickness 20 to 15
A silicon oxide film having a thickness of 0 nm, here 100 nm, is continuously formed as the gate insulating film 304. This step is performed without exposing it to the atmosphere. By continuously forming the base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film as described above, the base insulating film / semiconductor layer interface and the semiconductor layer / gate insulating film interface can be kept clean.

【0111】ここで、上記半導体層/ゲート絶縁膜の連
続形成は、後に完成するTFTの信頼性の向上や高性能
化など主にON特性の向上につながる。さらに下地絶縁
膜/半導体層を連続形成することで、リーク電流の低減
などOFF特性を向上することができる。
Here, the continuous formation of the semiconductor layer / gate insulating film leads mainly to improvement of ON characteristics such as improvement of reliability and performance of a TFT completed later. Further, the continuous formation of the base insulating film / semiconductor layer can improve the OFF characteristics such as reduction of leak current.

【0112】本実施例では、酸化ケイ素膜/a−Si膜
/酸化ケイ素膜の連続形成をRFプラズマCVD法で行
った。a−Si膜の形成には、シラン(SiH4)ガス
を原料とし、基板温度150〜400℃、好ましくは2
00〜300℃にて分解,堆積した。また、酸化ケイ素
膜の形成には、下地絶縁膜およびゲート絶縁膜ともTE
OSを原料とし、酸素とともに基板温度150〜600
℃、好ましくは300〜450℃で分解,堆積した。下
地の酸化ケイ素膜302は、ガラス基板からの不純物の
拡散を防ぐためのバッファ層としても機能している。
In this example, the silicon oxide film / a-Si film / silicon oxide film was continuously formed by the RF plasma CVD method. For forming the a-Si film, silane (SiH 4 ) gas is used as a raw material and the substrate temperature is 150 to 400 ° C., preferably 2
Decomposed and deposited at 00 to 300 ° C. Moreover, in forming the silicon oxide film, TE is used for both the base insulating film and the gate insulating film.
Substrate temperature of 150-600 with oxygen as a raw material
Decomposed and deposited at ℃, preferably 300-450 ℃. The underlying silicon oxide film 302 also functions as a buffer layer for preventing diffusion of impurities from the glass substrate.

【0113】次に図3(b)に示すように、イオン注入
法によって、ニッケルイオン305を、ゲート絶縁膜3
04越しにa−Si膜303に導入する。この際のニッ
ケルのドーズ量は、1×1011〜1×1014atoms
/cm2となるようにする。本実施例では、ニッケルイ
オンの加速電圧を120〜200keV、例えば160
keVとし、ドーズ量を1×1013atoms/cm2
として、ニッケルイオン305をa−Si膜303に導
入した。そして、これを水素還元雰囲気下または不活性
雰囲気下、加熱温度520〜580℃で数時間から数十
時間、550℃で4時間アニールして結晶化させる。こ
の際、a−Si膜中に注入されたニッケルイオン305
が核となり、その後ニッケルが触媒となってa−Si膜
303の結晶化が効果的に起こる。これにより結晶性ケ
イ素膜303aが形成される。同時に膜中にニッケルが
均一に拡散して、結晶性ケイ素膜303a中のニッケル
濃度は1.2×1018atoms/cm3となる。
Next, as shown in FIG. 3B, nickel ions 305 are added to the gate insulating film 3 by an ion implantation method.
It is introduced into the a-Si film 303 through 04. The dose amount of nickel at this time is 1 × 10 11 to 1 × 10 14 atoms.
/ Cm 2 In this embodiment, the acceleration voltage of nickel ions is 120 to 200 keV, for example 160.
keV and the dose amount is 1 × 10 13 atoms / cm 2
As a result, nickel ions 305 were introduced into the a-Si film 303. Then, this is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 580 ° C. for several hours to several tens of hours and at 550 ° C. for 4 hours to be crystallized. At this time, nickel ions 305 implanted in the a-Si film
Becomes a nucleus, and then nickel acts as a catalyst to effectively crystallize the a-Si film 303. As a result, the crystalline silicon film 303a is formed. At the same time, nickel diffuses uniformly into the film, and the nickel concentration in the crystalline silicon film 303a becomes 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 .

【0114】次に、図3(c)に示すように、結晶性ケ
イ素膜303aの不要部分を除去して素子間分離を行
い、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域、チ
ャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜303bを形
成する。このとき結晶性ケイ素膜303a上の酸化ケイ
素膜304は、島状の結晶性ケイ素膜303bと同様の
形状にパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 3C, unnecessary portions of the crystalline silicon film 303a are removed to perform element isolation, and later become active regions (source / drain regions, channel regions) of the TFT. An island-shaped crystalline silicon film 303b is formed. At this time, the silicon oxide film 304 on the crystalline silicon film 303a is patterned into the same shape as the island-shaped crystalline silicon film 303b.

【0115】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400〜800nm、例えば600nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極306を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層307を形成する(図3(d))。ここでの陽極酸化
は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液
中で行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、そ
の状態で1時間保持して処理を終了する。得られた酸化
物層307の厚さは200nmである。なお、この酸化
物層307の厚さは、後のイオンドーピング工程におい
て、オフセットゲート領域の長さとなるので、オフセッ
トゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることが
できる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 to 800 nm, for example 600 nm, is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 306. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 307 on the surface (FIG. 3D). The anodic oxidation here is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%, the voltage is first increased to 220 V with a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the treatment. The thickness of the obtained oxide layer 307 is 200 nm. Since the thickness of the oxide layer 307 becomes the length of the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by the anodizing process.

【0116】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極306とその周囲の酸化物層307をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1×10
15〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とす
る。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 306 and the oxide layer 307 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 1 × 10.
It is set to 15 to 8 × 10 15 cm -2 , for example, 2 × 10 15 cm -2 .

【0117】この工程により、不純物が注入された領域
309と310は後にTFTのソース,ドレイン領域と
なり、ゲート電極306およびその周囲の酸化層307
にマスクされ不純物が注入されない領域308は、後に
TFTのチャネル領域となる。
By this step, the regions 309 and 310 into which the impurities are implanted will later become the source and drain regions of the TFT, and the gate electrode 306 and the oxide layer 307 around it will be formed.
The region 308 which is masked by and is not implanted with impurities will later become the channel region of the TFT.

【0118】その後、図3(d)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この際、
使用するレーザーとしてはKrFエキシマレーザー(波
長248nm、パルス20nsec)を用い、エネルギ
ー密度150〜400mJ/cm2、好ましくは200
〜250mJ/cm2で照射を行った。こうして形成さ
れたN型不純物(リン)領域309、310のシート抵
抗は、200〜800Ω/□であった。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystal of the portion where the crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is performed. Improve sex. On this occasion,
The laser used is a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse 20 nsec), energy density 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200.
Irradiation was performed at ˜250 mJ / cm 2 . The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 309 and 310 thus formed was 200 to 800 Ω / □.

【0119】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜311として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオ
ゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって形
成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得ら
れる。また、SiH4とNH3を原料ガスとしてプラズマ
CVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領
域/ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、TFT特
性を劣化させる不対結合手を低減する効果がある。
Then, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 311. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and is formed by a plasma CVD method using oxygen and oxygen, or a low pressure CVD method or an atmospheric pressure CVD method using ozone, excellent interlayer insulation with excellent step coverage is obtained. A film is obtained. In addition, if a silicon nitride film formed by plasma CVD using SiH 4 and NH 3 as source gases is used, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region and the gate insulating film, and the dangling bond that deteriorates the TFT characteristics. Has the effect of reducing

【0120】次に、層間絶縁膜311にコンタクトホー
ル311aを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極配線31
2、313を形成する。そして最後に、1気圧の水素雰
囲気で350℃、30分のアニールを行い、図3(e)
に示すTFT30を完成させる。
Next, a contact hole 311a is formed in the interlayer insulating film 311, and the electrode wiring 31 of the TFT is made of a metal material such as a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
2, 313 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm, and then, as shown in FIG.
The TFT 30 shown in is completed.

【0121】本TFTを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極312及び313の一方
をITOなど透明電極膜からなる画素電極に接続し、も
う一方の電極より信号を入力する。また、本TFTを薄
膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極306上にも
コンタクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよ
い。
When this TFT is used as an element for switching a pixel electrode, one of electrodes 312 and 313 is connected to a pixel electrode made of a transparent electrode film such as ITO, and a signal is input from the other electrode. When the present TFT is used in a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed on the gate electrode 306 and necessary wiring may be provided.

【0122】以上の実施例にしたがって作製したNTF
Tは、電界効果移動度は60〜80cm2/Vs、S値
は0.6〜0.8V/桁、閾値電圧2〜3Vという良好
な特性を示した。基板内におけるTFT特性のばらつき
は、電界効果移動度で±12%、閾値電圧で±8%以内
であった。問題のリーク電流は、2〜6×10-12A/
cm2であり、下地絶縁膜/半導体層を連続形成しない
ものに比べ均一桁低減す ることができた。
NTF produced according to the above examples
T showed good characteristics such as a field effect mobility of 60 to 80 cm 2 / Vs, an S value of 0.6 to 0.8 V / digit, and a threshold voltage of 2 to 3 V. The variation in TFT characteristics within the substrate was within ± 12% in field effect mobility and within ± 8% in threshold voltage. The leakage current in question is 2-6 × 10 -12 A /
It was cm 2 and could be reduced by a uniform digit as compared with the case where the base insulating film / semiconductor layer was not continuously formed.

【0123】特に第3の実施例では、下地絶縁膜/半導
体層/ゲート絶縁膜を3層連続形成することで、ON特
性の向上のみならず、OFF領域でのリーク電流の低減
を図ることができた。
Particularly, in the third embodiment, not only the ON characteristics are improved but also the leak current in the OFF region is reduced by continuously forming three layers of the base insulating film / semiconductor layer / gate insulating film. did it.

【0124】なお、上記説明では本発明の実施例とし
て、3つの実施例を挙げたが、本発明は上述の実施例に
限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく
各種の変形が可能である。
In the above description, three examples are given as examples of the present invention, but the present invention is not limited to the above examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention. Is possible.

【0125】例えば、前述の各実施例においては、非晶
質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル
を用いたが、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アンチモン、アル
ミニウムを用いても同様の効果が得られる。
For example, in each of the above-mentioned embodiments, nickel was used as the catalyst element for promoting the crystallization of the amorphous silicon film, but in addition to nickel, cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold, indium, The same effect can be obtained by using tin, antimony, or aluminum.

【0126】また、実施例2では結晶性ケイ素膜の結晶
性を助長する手段として、パルスレーザーであるエキシ
マレーザー照射による加熱法を用いたが、それ以外のレ
ーザー(例えば連続発振Arレーザーなど)でも同様の
処理が可能である。
Further, in Example 2, the heating method by excimer laser irradiation which is a pulse laser was used as a means for promoting the crystallinity of the crystalline silicon film, but other lasers (for example, continuous wave Ar laser) are also used. Similar processing is possible.

【0127】また、上記加熱処理は、レーザー光の代わ
りに、赤外光、フラッシュランプからの出射光(強光)
を使用して短時間に1000〜1200℃(シリコンモ
ニターの温度)まで上昇させ試料を加熱する、いわゆる
RTA(ラピッド・サーマル・アニール)あるいはRT
P(ラピッド・サーマル・プロセス)などといわれる加
熱処理でもよい。
In the heat treatment, instead of laser light, infrared light, light emitted from a flash lamp (strong light) is used.
Is used to heat the sample by raising it to 1000-1200 ℃ (temperature of silicon monitor) in a short time, so-called RTA (Rapid Thermal Annealing) or RT
A heat treatment called P (rapid thermal process) or the like may be used.

【0128】さらに、本発明は、液晶表示用のアクティ
ブマトリクス型基板以外に、例えば、密着型イメージセ
ンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッド、有機系E
L(Electroluminescence)素子等を発光素子としたド
ライバー内蔵型の光書き込み素子や表示素子、三次元I
C等に適用可能である。ここで、有機系EL素子とは、
有機材料を発光素材とした電界発光素子である。本発明
を適用することにより、これらの素子の高速、高解像度
化等の高性能化が実現される。
Further, in addition to the active matrix type substrate for the liquid crystal display, the present invention is, for example, a contact type image sensor, a driver built-in type thermal head, an organic type E.
A driver built-in type optical writing element or display element that uses an L (electroluminescence) element or the like as a light emitting element, a three-dimensional I
It is applicable to C etc. Here, the organic EL element is
It is an electroluminescent device using an organic material as a light emitting material. By applying the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements can be realized.

【0129】またさらに本発明は、上述の実施例で説明
した薄膜トランジスタに限らず、MOS型トランジスタ
を利用する半導体プロセス全般に幅広く適用可能であ
る。
Furthermore, the present invention is not limited to the thin film transistors described in the above embodiments, but can be widely applied to all semiconductor processes using MOS transistors.

【0130】[0130]

【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体装置に
よれば、絶縁性基板あるいは絶縁性薄膜上に形成された
活性領域を、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を
助長する触媒元素を含む構造としたので、信頼性に優れ
た高性能半導体装置を580℃以下の低温プロセスにて
実現できる。つまり、ガラス基板などの安価な大面積基
板上で均一でかつ安定した特性の高性能薄膜トランジス
タなどを有する半導体装置を、簡便な製造プロセスにて
得ることができる。また、三次元ICにおいては、下層
の半導体素子への熱ダメージを防ぐことが可能で、製造
プロセスの簡易化、素子の性能向上が図れるという効果
がある。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, a catalyst that promotes crystallization of the active region formed on the insulating substrate or the insulating thin film by the heat treatment of the amorphous silicon film. Since the structure includes an element, a highly reliable high performance semiconductor device can be realized by a low temperature process of 580 ° C. or lower. That is, a semiconductor device having a high-performance thin film transistor having uniform and stable characteristics on an inexpensive large-area substrate such as a glass substrate can be obtained by a simple manufacturing process. Further, in the three-dimensional IC, it is possible to prevent heat damage to the semiconductor element in the lower layer, and it is possible to simplify the manufacturing process and improve the performance of the element.

【0131】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、外気を遮断した状態で、その表面領域が絶縁
性を有する基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜を続
けて形成するので、これらの膜の界面を清浄な状態に保
持することができる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an amorphous silicon film and an insulating thin film are successively formed on a substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is shut off. Therefore, the interface of these films can be kept in a clean state.

【0132】また、上記非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケ
イ素膜の結晶化を助長する触媒元素を、イオン注入法に
より上記絶縁性薄膜を介して導入し、その後該触媒元素
を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結晶化させる
ようにしたので、通常の固相成長法で得られる結晶性よ
りさらに高い結晶性をもつ高品質な結晶性ケイ素膜を、
生産性よく形成できる。
Further, a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is introduced into the amorphous silicon film through the insulating thin film by an ion implantation method, and then the catalyst element is introduced. Since the crystalline silicon film is crystallized by heating, a high-quality crystalline silicon film having crystallinity higher than that obtained by the usual solid phase growth method can be obtained.
Can be formed with high productivity.

【0133】しかもこの際結晶化に要する加熱温度を5
80℃以下となり、基板として、コーニング7059ガ
ラスに代表される安価なガラス基板を使用できる。
At this time, the heating temperature required for crystallization is 5
Since the temperature is 80 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate typified by Corning 7059 glass can be used as the substrate.

【0134】また、触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜
を加熱によって結晶化させた後、該結晶化したケイ素膜
にレーザー光あるいは強光を照射するようにしたので、
活性領域を構成する結晶性ケイ素膜の結晶性をさらに高
めることができ、活性領域でのキャリアの電界効果移動
度を一層向上できる。
Further, since the amorphous silicon film having the catalytic element introduced therein is crystallized by heating, the crystallized silicon film is irradiated with laser light or intense light.
The crystallinity of the crystalline silicon film forming the active region can be further improved, and the field effect mobility of carriers in the active region can be further improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例によるTFT及びその製
造方法を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a TFT according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the TFT.

【図2】本発明の第2の実施例によるTFT及びその製
造方法を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a TFT according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the TFT.

【図3】本発明の第3の実施例によるTFT及びその製
造方法を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a TFT according to a third embodiment of the present invention and a method for manufacturing the TFT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、21、30 N型TFT 20 CMOS回路 22 P型TFT 100、200、300 半導体装置 101、201、301 ガラス基板 102、202、302 下地絶縁膜 103,203、303 非晶質ケイ素膜 103a,203a、303a 結晶性ケイ素膜 103b,203n、203p、303b 活性領域 104、204、304 ゲート絶縁膜 105、205、305 触媒元素 106、206、207、306 ゲート電極 107、307 陽極酸化層 108、208、209、308 チャネル領域 109、110、210、211、212、213、3
09、310 ソース,ドレイン領域 111、214、311 層間絶縁層 111a、214n、214p、311a コンタクト
ホール 112、113、215、216、217、312、3
13 電極配線
10, 21, 30 N-type TFT 20 CMOS circuit 22 P-type TFT 100, 200, 300 Semiconductor device 101, 201, 301 Glass substrate 102, 202, 302 Base insulating film 103, 203, 303 Amorphous silicon film 103a, 203a , 303a crystalline silicon film 103b, 203n, 203p, 303b active region 104, 204, 304 gate insulating film 105, 205, 305 catalyst element 106, 206, 207, 306 gate electrode 107, 307 anodized layer 108, 208, 209 , 308 channel regions 109, 110, 210, 211, 212, 213, 3
09, 310 source / drain regions 111, 214, 311 interlayer insulating layers 111a, 214n, 214p, 311a contact holes 112, 113, 215, 216, 217, 312, 3
13 electrode wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265 21/324 Z 23/15 27/12 R H01L 21/265 Y 23/14 C ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number for FI Technical indication H01L 21/265 21/324 Z 23/15 27/12 R H01L 21/265 Y 23/14 C

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、結晶性を有するケイ
素膜からなる活性領域と、 該活性領域上に形成された絶縁性薄膜とを備え、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素を含むものである半導体装置。
1. A substrate having an insulating surface, an active region made of a crystalline silicon film formed on the insulating surface of the substrate, and an insulating thin film formed on the active region. A semiconductor device in which the active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項2】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、結晶性を有するケイ
素膜からなる活性領域と、 該活性領域上に形成された絶縁性薄膜とを備え、 該活性領域は、この領域での結晶粒がほぼ単結晶状態で
あって、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長
する触媒元素を含むものである半導体装置。
2. A substrate having an insulating surface, an active region made of a crystalline silicon film formed on the insulating surface of the substrate, and an insulating thin film formed on the active region. The active region is a semiconductor device in which the crystal grains in this region are substantially in a single crystal state and contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項3】 MOS型トランジスタを備え、そのゲー
ト絶縁膜は前記絶縁性薄膜から構成されている請求項1
または2記載の半導体装置。
3. A MOS type transistor is provided, and its gate insulating film is composed of the insulating thin film.
Alternatively, the semiconductor device according to item 2.
【請求項4】 基板上に形成された第1の絶縁性薄膜
と、 該第1の絶縁性薄膜上に形成され、結晶性を有するケイ
素膜からなる活性領域と、 該活性領域上に形成された第2の絶縁性薄膜とを備え、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素を含むものである半導体装置。
4. A first insulating thin film formed on a substrate, an active region formed on the first insulating thin film and made of a crystalline silicon film, and an active region formed on the active region. A second insulating thin film, wherein the active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項5】 基板上に形成された第1の絶縁性薄膜
と、 該第1の絶縁性薄膜上に形成され、結晶性を有するケイ
素膜からなる活性領域と、 該活性領域上に形成された第2の絶縁性薄膜とを備え、 該活性領域は、この領域での結晶粒がほぼ単結晶状態で
あって、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長
する触媒元素を含むものである半導体装置。
5. A first insulating thin film formed on a substrate, an active region formed on the first insulating thin film and comprising a crystalline silicon film, and an active region formed on the active region. And a second insulating thin film, wherein the active region is such that the crystal grains in this region are in a substantially single crystal state and contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment. Semiconductor device.
【請求項6】 MOS型トランジスタを備え、そのゲー
ト絶縁膜は前記第2の絶縁性薄膜から構成されている請
求項4または5記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, further comprising a MOS transistor, the gate insulating film of which is composed of the second insulating thin film.
【請求項7】 前記活性領域における触媒元素の膜中濃
度が、1×1016〜1×1019atoms/cm3であ
る請求項1、2、4、または5のいずれかに記載の半導
体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the catalytic element in the film in the active region is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3. .
【請求項8】 前記活性領域は、触媒元素として、N
i、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、S
n、AlおよびSbの内の一種または複数種類の元素を
含む請求項1、2、4、または5のいずれかに記載の半
導体装置。
8. The active region comprises N as a catalytic element.
i, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, S
The semiconductor device according to claim 1, which contains one or more kinds of elements out of n, Al, and Sb.
【請求項9】 外気を遮断した状態で、その表面領域が
絶縁性を有する基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄膜
を続けて形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長
する触媒元素を、イオン注入法により該絶縁性薄膜を介
して導入する工程と、 該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱処理によっ
て結晶化させる工程とを含む半導体装置の製造方法。
9. A step of continuously forming an amorphous silicon film and an insulating thin film on a substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is blocked, and the amorphous silicon film, wherein The method includes a step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of a silicon film through the insulating thin film by an ion implantation method, and a step of crystallizing an amorphous silicon film introduced with the catalytic element by heat treatment. Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項10】 外気を遮断した状態で、その表面領域
が絶縁性を有する基板上に非晶質ケイ素膜及び絶縁性薄
膜を続けて形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長
する触媒元素を、イオン注入法により該絶縁性薄膜を介
して導入する工程と、 該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱によって結
晶化させる工程と、 該結晶化したケイ素膜にレーザー光あるいは強光を照射
して結晶の処理を行う工程とを含む半導体装置の製造方
法。
10. A step of continuously forming an amorphous silicon film and an insulating thin film on a substrate whose surface region has an insulating property in a state where the outside air is blocked, A step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of the silicon film through the insulating thin film by an ion implantation method; a step of crystallizing the amorphous silicon film introduced with the catalytic element by heating; And a step of irradiating the crystallized silicon film with laser light or strong light to treat the crystal.
【請求項11】 前記絶縁性薄膜からMOSトランジス
タのゲート絶縁膜を形成する工程を含む請求項9または
10記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising the step of forming a gate insulating film of a MOS transistor from the insulating thin film.
【請求項12】 外気を遮断した状態で、基板上に第1
の絶縁性薄膜、非晶質ケイ素膜、及び第2の絶縁性薄膜
を3層続けて形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長
する触媒元素を、イオン注入法により該第2の絶縁性薄
膜を介して導入する工程と、 該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱処理によっ
て結晶化させる工程とを含む半導体装置の製造方法。
12. The first substrate on the substrate in a state where the outside air is shut off.
Forming an insulating thin film, an amorphous silicon film, and a second insulating thin film in three layers in succession; and a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film in the amorphous silicon film, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of introducing it through the second insulating thin film by an ion implantation method; and a step of crystallizing an amorphous silicon film introduced with the catalytic element by heat treatment.
【請求項13】 外気を遮断した状態で、基板上に第1
の絶縁性薄膜、非晶質ケイ素膜、及び第2の絶縁性薄膜
を3層続けて形成する工程と、 該非晶質ケイ素膜に、該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長
する触媒元素を、イオン注入法により該第2の絶縁性薄
膜を介して導入する工程と、 該触媒元素を導入した非晶質ケイ素膜を加熱処理によっ
て結晶化させる工程と、 該結晶化したケイ素膜にレーザー光あるいは強光を照射
して結晶の処理を行う工程とを含む半導体装置の製造方
法。
13. The first substrate is provided on the substrate in a state where the outside air is shut off.
Forming an insulating thin film, an amorphous silicon film, and a second insulating thin film in three layers in succession; and a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film in the amorphous silicon film, A step of introducing through the second insulating thin film by an ion implantation method, a step of crystallizing the amorphous silicon film introduced with the catalytic element by a heat treatment, a laser beam or a laser beam applied to the crystallized silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device, including the step of irradiating strong light to treat a crystal.
【請求項14】 前記第2の絶縁性薄膜からMOS型ト
ランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程を含む請求項
12または13記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising the step of forming a gate insulating film of a MOS transistor from the second insulating thin film.
【請求項15】 前記触媒元素をイオン注入法により前
記非晶質ケイ素膜へ導入する際のドーズ量を、1×10
11〜1×1014atoms/cm2とする請求項9、1
0、12、または13のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法。
15. The dose amount when the catalyst element is introduced into the amorphous silicon film by an ion implantation method is 1 × 10.
11 to 1 × 10 14 atoms / cm 2 is set.
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to 0, 12, or 13.
【請求項16】 触媒元素として、Ni、Co、Pd、
Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、AlおよびSb
の内の一種または複数種類の元素を用いる請求項9、1
0、12、または13のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法。
16. A catalyst element comprising Ni, Co, Pd,
Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al and Sb
9. Use of one or more kinds of elements among
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to 0, 12, or 13.
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