JPH08339960A - Preparation of semiconductor device - Google Patents

Preparation of semiconductor device

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JPH08339960A
JPH08339960A JP18207095A JP18207095A JPH08339960A JP H08339960 A JPH08339960 A JP H08339960A JP 18207095 A JP18207095 A JP 18207095A JP 18207095 A JP18207095 A JP 18207095A JP H08339960 A JPH08339960 A JP H08339960A
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silicon film
film
metal element
amorphous silicon
nickel
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Hisashi Otani
久 大谷
Kenji Fukunaga
健司 福永
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
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Abstract

PURPOSE: To realize crystallization of an amorphous silicon film at a low temperature in a short time and obtain a crystalline silicon film which is free from clear crystal grain boundary by introducing a metallic element to an amorphous silicon film, carrying out hydrofluoric acid treatment and irradiating with laser light or strong light and then performing a heat treatment. CONSTITUTION: An amorphous silicon film 12 is formed on a substrate 11, hydrofluoric acid treatment is performed to remove stain and a natural oxide film and then an oxide film 13 is formed. The oxide film 13 is formed to improve wettability when acetate solution containing nickel is applied thereafter. An acetate solution mixed with nickel is dropped to a surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12 and an application process of nickel solution is carried out to form a layer containing nickel in a surface of the amorphous silicon film 12. Heat treatment is carried out to form the crystalline silicon film 12. Nickel element is removed by hydrofluoric acid treatment and further laser light is directed to obtain a crystalline silicon film of low concentration of a metallic element and small defect density.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体を
用いた半導体装置およびその作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a crystalline semiconductor and a method for manufacturing the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
(以下TFT等)が知られている。このTFTは、基板
上に薄膜半導体を形成し、この薄膜半導体を用いて構成
されるものである。このTFTは、各種集積回路に利用
されているが、特に電気光学装置特にアクティブマトリ
ックス型の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチ
ング素子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子と
して注目されている。
2. Description of the Related Art A thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a thin film semiconductor is known. This TFT is formed by forming a thin film semiconductor on a substrate and using this thin film semiconductor. This TFT is used in various integrated circuits, and is particularly noted as a switching element provided in each pixel of an electro-optical device, particularly an active matrix type liquid crystal display device, and a driver element formed in a peripheral circuit portion. .

【0003】TFTに利用される薄膜半導体としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的
特性が低いという問題がある。TFTの特性向上を得る
ためには、結晶性を有するシリコン薄膜を利用するばよ
い。結晶性を有するシリコン膜は、多結晶シリコン、ポ
リシリコン、微結晶シリコン等と称されている。この結
晶性を有するシリコン膜を得るためには、まず非晶質珪
素膜を形成し、しかる後に加熱によって結晶化さればよ
い。
As a thin film semiconductor used for TFT,
Although it is easy to use an amorphous silicon film, there is a problem in that its electrical characteristics are low. In order to improve the characteristics of the TFT, a crystalline silicon thin film may be used. A crystalline silicon film is referred to as polycrystalline silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, or the like. In order to obtain this crystalline silicon film, an amorphous silicon film may first be formed and then crystallized by heating.

【0004】しかしながら、加熱による結晶化は、加熱
温度が600℃以上の温度で20時間以上の時間を掛け
ることが必要であり、基板としてガラス基板を用いるこ
とが困難であるという問題がある。例えばアクティブ型
の液晶表示装置に用いられるコーニング7059ガラス
はガラス歪点が593℃であり、基板の大面積化を考慮
した場合、600℃以上の加熱には問題がある。即ち、
一般に多用されているコーニング7059ガラス基板に
対して600℃以上の温度で20時間以上の加熱処理を
行うと、基板の縮みや撓みが顕著になってしまう。
However, crystallization by heating requires heating at a temperature of 600 ° C. or higher for 20 hours or longer, which makes it difficult to use a glass substrate as a substrate. For example, Corning 7059 glass used in an active type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C., and there is a problem in heating at 600 ° C. or higher in consideration of increasing the area of a substrate. That is,
When a Corning 7059 glass substrate, which is commonly used, is subjected to a heat treatment at a temperature of 600 ° C. or higher for 20 hours or longer, the shrinkage or bending of the substrate becomes remarkable.

【0005】このような問題を解決するには、なるべく
低い温度で加熱処理を施すことが必要とされる。また一
方で生産性を高める目的で加熱処理工程の時間をできる
だけ短縮することが要求される。
In order to solve such a problem, it is necessary to perform heat treatment at a temperature as low as possible. On the other hand, it is required to shorten the time of the heat treatment step as much as possible for the purpose of improving productivity.

【0006】また、非晶質珪素膜を加熱により結晶化さ
せた場合、珪素膜の全体が結晶化してしまい、部分的に
結晶化を行ったり、特定の領域の結晶性を制御したりす
ることができないという問題がある。
Further, when the amorphous silicon film is crystallized by heating, the entire silicon film is crystallized, so that it is partially crystallized or the crystallinity of a specific region is controlled. There is a problem that you can not.

【0007】この問題を解決するための方法として、非
晶質珪素膜中に人為的に結晶核となる部分あるいは領域
を形成し、しかる後に加熱処理を施すことにより、選択
的に結晶化を行わす技術が、特開平2─140915号
や特開平2─260524号に記載されている。この技
術は、非晶質珪素膜中の所定の位置に結晶核を発生させ
ようとするものである。
As a method for solving this problem, a portion or a region to be a crystal nucleus is artificially formed in an amorphous silicon film, and then heat treatment is performed to selectively perform crystallization. The technique is described in JP-A-2-140915 and JP-A-2-260524. This technique is intended to generate crystal nuclei at a predetermined position in the amorphous silicon film.

【0008】例えば、特開平2─140915号公報に
は、非晶質珪素膜上にアルミニウムの層を形成し、この
非晶質珪素とアルミニウムとが接触している部分に結晶
核を生成させ、さらに加熱処理を施すことによりこの結
晶核から結晶成長を行わす構成が記載されている。また
特開平2─260524号公報には、非晶質珪素膜中に
スズ(Sn)をイオン注入法で添加し、このスズイオン
が添加された領域に結晶核を生成させる構成が記載され
ている。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-140915, an aluminum layer is formed on an amorphous silicon film, and crystal nuclei are generated in a portion where the amorphous silicon and aluminum are in contact with each other. Further, it is described that a crystal is grown from this crystal nucleus by applying a heat treatment. Further, JP-A-2-260524 describes a configuration in which tin (Sn) is added to an amorphous silicon film by an ion implantation method, and crystal nuclei are generated in a region to which the tin ions are added.

【0009】しかしAlやSnは置換型の金属元素であ
り、珪素と合金を形成してしまい珪素膜中に拡散進入し
てない。そして、結晶化は珪素と合金を形成した部分が
結晶核となって、その部分から結晶成長が行われていく
形で進行する。このようにAlやSnを用いた場合に
は、AlやSnを導入した部分(即ちこれら元素と珪素
との合金層)から結晶成長が行われることが特徴であ
る。一般に結晶化は初期核の発生とその核からの結晶成
長という2段階の過程を経て進行する。AlやSnとい
う珪素に対して置換型の金属元素は、初期核の発生を発
生させるのには有効であるが、その後の結晶成長にはほ
とんど効果がない。従って、AlやSnを用いた場合に
は、単に非晶質珪素膜を加熱によって結晶化させる場合
に比較して特にその温度を低く、またその時間を短くで
きる訳ではい。即ち、従来の単に加熱によって行う非晶
質珪素膜の結晶化工程に比較して顕著な優位性を有する
ものではない。
However, Al and Sn are substitutional metal elements, form an alloy with silicon, and do not diffuse and penetrate into the silicon film. Then, crystallization proceeds in a form in which a portion where an alloy is formed with silicon serves as a crystal nucleus and crystal growth is performed from that portion. As described above, when Al or Sn is used, it is characterized in that crystal growth is performed from a portion into which Al or Sn is introduced (that is, an alloy layer of these elements and silicon). In general, crystallization proceeds through a two-step process of generating initial nuclei and growing crystals from the nuclei. The substitutional metal elements such as Al and Sn for silicon are effective for generating the initial nuclei, but have little effect on the subsequent crystal growth. Therefore, when Al or Sn is used, the temperature cannot be lowered and the time can not be shortened as compared with the case where the amorphous silicon film is simply crystallized by heating. That is, it is not significantly superior to the conventional crystallization process of an amorphous silicon film which is simply performed by heating.

【0010】〔発明の背景〕本発明者らの研究によれ
ば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウム等の珪
素に対す侵入型となる元素を微量に堆積させ、しかる後
に加熱することで、550℃、4時間程度の処理時間で
結晶化を行なえることが判明している。この場合、初期
核発生の過程のみならず、その後の結晶成長を容易たら
しめることができ、従来の加熱のみによる方法に比較し
て、大きく加熱温度を低くすることができ、また加熱時
間を短くすることができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION According to the research conducted by the present inventors, a trace amount of an interstitial element such as nickel or palladium for silicon is deposited on the surface of an amorphous silicon film, and then heated. It has been found that crystallization can be performed at 550 ° C. for about 4 hours. In this case, not only the process of initial nucleation, but also the subsequent crystal growth can be facilitated, and the heating temperature can be greatly lowered and the heating time can be shortened as compared with the conventional method using only heating. can do.

【0011】上記のような微量な元素(結晶化を助長す
る金属元素)を導入するには、プラズマ処理や蒸着、さ
らにはイオン注入を利用すればよい。プラズマ処理と
は、平行平板型あるいは陽光柱型のプラズマCVD装置
において、電極として金属元素を含んだ材料を用い、窒
素または水素等の雰囲気でプラズマを生じさせることに
よって非晶質珪素膜に金属元素の添加を行なう方法であ
る。
In order to introduce such a trace amount of elements (metal elements that promote crystallization), plasma treatment, vapor deposition, or ion implantation may be used. Plasma treatment is a parallel plate type or positive column type plasma CVD apparatus in which a material containing a metal element is used as an electrode, and plasma is generated in an atmosphere of nitrogen, hydrogen, or the like to form a metal element in an amorphous silicon film. Is a method of adding.

【0012】上記の結晶化を助長する金属元素として
は、進入型の元素であるFe、Co、Ni、Ru、R
h、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Auを用い
ることができる。これら進入型の元素は、加熱処理工程
において、珪素膜中に拡散していく。そして、上記の進
入型の元素が、拡散していくのと同時に珪素の結晶化が
進行していく。即ち、上記進入型の金属は、拡散してい
った先々でもって触媒的な作用でもって非晶質珪素膜の
結晶化を助長する。
As the metal element that promotes the above-mentioned crystallization, interstitial elements such as Fe, Co, Ni, Ru and R are used.
h, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Ag and Au can be used. These interstitial elements diffuse into the silicon film in the heat treatment step. Then, at the same time as the above-mentioned intrusion type element diffuses, crystallization of silicon proceeds. That is, the penetration type metal promotes the crystallization of the amorphous silicon film by the catalytic action even before it diffuses.

【0013】従って、結晶核から徐々に結晶化が進行す
る場合と異なる方法で結晶化を進行させることができ
る。例えば、非晶質珪素膜の特定の場所に上記金属元素
を導入ししかる後に加熱処理を行うと、結晶化がこの金
属元素が導入された領域から膜平面に平行な方向に向か
って進行する。この長さ数十μm以上のもなる。また、
非晶質珪素膜の全面に対して上記金属元素を導入する
と、膜全体を一様に結晶化させることができる。勿論こ
の場合、膜全体は多結晶あるいは微結晶構造を有してい
るのであるが、特定の場所に明確な粒界を有しているよ
うな構造ではない。従って、膜の任意の場所を利用して
特性の揃ったデバイスを形成することができる。
Therefore, the crystallization can be advanced by a method different from the case where the crystallization gradually proceeds from the crystal nucleus. For example, when heat treatment is performed after introducing the metal element into a specific place of the amorphous silicon film, crystallization proceeds from the region into which the metal element is introduced in a direction parallel to the film plane. This length is several tens of μm or more. Also,
By introducing the metal element into the entire surface of the amorphous silicon film, the entire film can be crystallized uniformly. Of course, in this case, the entire film has a polycrystal or microcrystal structure, but it does not have a structure having a clear grain boundary at a specific place. Therefore, a device having uniform characteristics can be formed by utilizing an arbitrary place on the film.

【0014】また上記進入型の元素は、珪素膜中に速や
かに拡散していってしまうので、その導入量(添加量)
が重要となる。即ち、その導入量が少ないと、結晶化を
助長する効果が小さく、良好な結晶性を得ることができ
ない。またその導入量が多過ぎると、珪素の半導体特性
が損なわれてしまう。
Further, since the above-mentioned intrusion type element diffuses rapidly into the silicon film, its introduction amount (addition amount).
Is important. That is, when the introduction amount is small, the effect of promoting crystallization is small, and good crystallinity cannot be obtained. If the amount of introduction is too large, the semiconductor characteristics of silicon will be impaired.

【0015】従って、非晶質珪素膜への上記金属元素の
最適導入量が存在することになる。例えば、上記結晶化
を助長する金属元素としてNiを利用する場合、結晶化
された珪素膜中における濃度が1×1015cm-3以上で
あれば、結晶化を助長する効果を得ることができ、また
結晶化された珪素膜中における濃度が1×1019cm-3
以下であれば、半導体特性が阻害されることがないこと
が判明している。ここでいう濃度とは、SIMS(2次
イオン分析法)によって得られる最小値によって定義さ
れる。また、上記に列挙したNi以外の金属元素につい
ても、Niと同様の濃度範囲においてその効果を得るこ
とができる。
Therefore, there is an optimum amount of the metal element introduced into the amorphous silicon film. For example, when Ni is used as the metal element that promotes crystallization, the effect of promoting crystallization can be obtained if the concentration in the crystallized silicon film is 1 × 10 15 cm −3 or more. , And the concentration in the crystallized silicon film is 1 × 10 19 cm −3
It has been found that the semiconductor characteristics are not impaired if the following conditions are satisfied. The concentration here is defined by the minimum value obtained by SIMS (secondary ion analysis method). Further, with respect to the metal elements other than Ni listed above, the effect can be obtained in the same concentration range as Ni.

【0016】結晶化後の結晶性珪素膜中における上記の
ニッケル等の結晶化を助長する元素(本明細書では、結
晶化を助長する元素を金属元素という)の濃度に最適な
範囲にするためには、これら元素を非晶質珪素膜に導入
する際にその量を制御する必要がある。
In order to make the concentration of the above-mentioned element such as nickel that promotes crystallization (the element that promotes crystallization is referred to as a metal element in the present specification) within the optimum range in the crystalline silicon film after crystallization. Therefore, it is necessary to control the amounts of these elements when they are introduced into the amorphous silicon film.

【0017】ニッケルを金属元素とした場合において、
非晶質珪素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズマ処理法
によって行ない結晶性珪素膜を作製し、その結晶化過程
等を詳細に検討したところ以下の事項が判明した。 (1)ニッケルを直接導入した領域のニッケル濃度が高
い。 (2)ニッケルを直接導入した領域から基板に平行な方
向に結晶成長した領域の先端部分においてニッケル濃度
が高い。 (3)フッ酸処理によって、ニッケル濃度が高い領域に
無数の孔が開く。
When nickel is the metal element,
When an amorphous silicon film was formed, nickel was added by a plasma treatment method to form a crystalline silicon film, and the crystallization process and the like were examined in detail, the following matters were found. (1) The nickel concentration is high in the region where nickel is directly introduced. (2) The nickel concentration is high in the tip portion of the region where crystals are grown in the direction parallel to the substrate from the region where nickel is directly introduced. (3) By the hydrofluoric acid treatment, numerous holes are opened in the region where the nickel concentration is high.

【0018】上記事項(3)の事項に関する光学顕微鏡
写真を図10に示す。また図10を模式的に示した図面
を図11に示す。図11は図10に対応したものであ
る。図10の写真に示す左側の部分はニッケルが直接導
入された部分(図11の801で示される領域に対応す
る)である。また中央の部分(図11の803で示され
る領域)は、先にニッケルが直接導入された領域から基
板に平行な方向に結晶成長(図11の矢印802で示さ
れるように)した領域である。また図10の右側の領域
(図11の805の領域に対応)は、非晶質のまま残存
している領域である。
An optical micrograph of the above item (3) is shown in FIG. Further, a drawing schematically showing FIG. 10 is shown in FIG. FIG. 11 corresponds to FIG. The left side portion shown in the photograph of FIG. 10 is a portion into which nickel is directly introduced (corresponding to a region indicated by 801 in FIG. 11). Further, the central portion (the area indicated by 803 in FIG. 11) is an area where the crystal has been grown (as indicated by the arrow 802 in FIG. 11) in the direction parallel to the substrate from the area where nickel was directly introduced. . The region on the right side of FIG. 10 (corresponding to the region 805 of FIG. 11) is a region that remains amorphous.

【0019】図10を見れば明らかなように、結晶成長
が基板に平行に行われた領域(図11の803に対応)
と非晶質な領域(図11の805に対応)との間に無数
の孔が開いたような線状の領域が存在する。この領域
は、完全に除去されて孔が開いた状態となっている。そ
してこの領域(図11の804で示される)はニッケル
が高い濃度で存在する結晶成長の先端部であることが判
明している。また、図10に示す様子をさらに拡大した
観察によって、図11の803で示される基板に平行な
方向に結晶成長した領域においても無数の小さい孔が開
いていることが確認されているい。
As is apparent from FIG. 10, a region where crystal growth is performed parallel to the substrate (corresponding to 803 in FIG. 11).
There is a linear region having innumerable holes between the amorphous region and the amorphous region (corresponding to 805 in FIG. 11). This area is completely removed and has a hole. It has been found that this region (indicated by 804 in FIG. 11) is the tip of crystal growth in which nickel is present at a high concentration. Further, by further observing the state shown in FIG. 10 in an enlarged manner, it is confirmed that innumerable small holes are opened also in the region where crystal growth is performed in the direction parallel to the substrate, which is indicated by 803 in FIG.

【0020】本明細書で開示する発明は、上記実験事実
に鑑みて行われたものである。即ち、金属元素の作用に
よって加熱によって結晶化された結晶性珪素膜に対して
フッ酸(勿論バッファフッ酸でもよい)処理を行い、膜
中に存在している金属元素の濃度の高い部分を除去し、
膜中における金属元素の濃度の低い結晶性珪素膜を得る
ものである。
The invention disclosed in this specification has been made in view of the above experimental facts. That is, the crystalline silicon film crystallized by heating by the action of the metal element is subjected to hydrofluoric acid (of course, buffer hydrofluoric acid may be used) treatment to remove the portion of the film having a high concentration of the metal element. Then
A crystalline silicon film having a low concentration of a metal element in the film is obtained.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属元素を
用いた600℃以下の熱処理による結晶性を有する薄膜
珪素半導体の作製において、 (1)金属元素の量を制御して導入し、その量を最小限
の量とする。 (2)生産性の高い方法とする。 (3)熱処理で得られる結晶性よりさらに高い結晶性を
得る。 (4)結晶性珪素膜中における金属元素の濃度を極力少
なくする。 といった要求の少なくとも一つを満足することを課題と
する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to the production of a crystalline thin film silicon semiconductor by heat treatment at 600 ° C. or lower using a metal element. Minimize the amount. (2) Use a method with high productivity. (3) Crystallinity higher than that obtained by heat treatment is obtained. (4) Minimize the concentration of the metal element in the crystalline silicon film. The challenge is to satisfy at least one of the above requirements.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために以下の手段を用いて結晶性を有した珪素膜
を得る。非晶質珪素膜に接して該非晶質珪素膜の結晶化
を助長する金属元素単体または前記金属元素を含む化合
物を保持させ、前記非晶質珪素膜に前記金属元素単体ま
たは前記金属元素を含む化合物が接した状態において、
加熱処理を施し、前記非晶質珪素膜を一部または全部を
結晶化させる。そして、適当な濃度に希釈したフッ酸ま
たはバッファフッ酸またはフッ酸を含んだエッチング溶
液を用いてフッ酸処理(エッチング処理)を行うことに
より、局在化(ニッケルは偏析して局所的に濃度が高く
なっている)した金属元素(この金属元素は局所的に金
属とシリサイドを形成していると考えられる)を取り除
き、結果として膜中における金属元素の濃度を少なくす
る。そして、レーザー光または強光を照射することによ
り、前述のエッチング工程で生じた孔(局在化した金属
と珪素とのシリサイドが除去されて無数の孔が生じる)
を消滅させ、結晶性に優れた珪素膜を得る。またレーザ
ー光の照射の後に加熱処理を加えることにより、膜中に
おける欠陥密度を低下させる。上記フッ酸処理を行うた
めの溶液は、珪化物をエッチングできるものであれば用
いることができる。勿論珪素自体をエッチングしてしま
うものは利用することができない。
In order to satisfy the above object, the present invention uses the following means to obtain a crystalline silicon film. A metal element simple substance or a compound containing the metal element is held in contact with the amorphous silicon film to promote crystallization of the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film contains the metal element simple substance or the metal element. When the compounds are in contact,
Heat treatment is performed to crystallize a part or all of the amorphous silicon film. Then, by performing hydrofluoric acid treatment (etching treatment) using hydrofluoric acid or buffer hydrofluoric acid or an etching solution containing hydrofluoric acid diluted to an appropriate concentration, localization (nickel segregates locally Of the metal element (which is considered to locally form silicide with the metal) is removed, and as a result, the concentration of the metal element in the film is reduced. Then, by irradiating with laser light or intense light, holes generated in the above-described etching process (the silicide of the localized metal and silicon is removed and countless holes are generated).
Are eliminated, and a silicon film having excellent crystallinity is obtained. In addition, the heat treatment is applied after the irradiation of the laser light to reduce the defect density in the film. As the solution for performing the hydrofluoric acid treatment, any solution that can etch silicide can be used. Of course, the one that etches silicon itself cannot be used.

【0023】上記構成において、レーザー光または強光
の照射を行わずに加熱による処理を施すのでもよい。ま
たはレーザー光または強光の照射のみを行うのでもよ
い。しかし、レーザー光または強光の照射と加熱による
アニール工程とを併用することは、それらの相乗効果が
得られ極めて有用である。即ち、特にレーザー光または
強光を照射することによって、前のエッチング工程にお
いて形成された開孔部分(特に横成長領域(図11の8
03で示される領域)に形成された微小な開孔部分)を
消滅させ、良好な結晶性を有する珪素膜を得ることがで
きるという効果と、加熱処理を施すことによって、膜中
における欠陥を減少させるできる効果とを得ることで、
結晶性に優れ、膜中における欠陥が少ない結晶性珪素膜
を得ることができる。
In the above structure, the treatment by heating may be performed without irradiating the laser beam or the intense light. Alternatively, only irradiation with laser light or strong light may be performed. However, it is extremely useful to use the irradiation of laser light or intense light and the annealing process by heating in combination, because the synergistic effects thereof can be obtained. That is, particularly, by irradiating with laser light or intense light, the opening portion formed in the previous etching step (especially the lateral growth region (see FIG.
The effect of being able to eliminate the minute holes (formed in the area indicated by 03) to obtain a silicon film having good crystallinity and reducing the defects in the film by applying heat treatment. By obtaining the effect that can be made,
A crystalline silicon film having excellent crystallinity and few defects in the film can be obtained.

【0024】結晶化を助長する金属元素の導入方法とし
ては、金属元素を含む溶液を非晶質珪素膜表面に塗布す
ることによる方法が有用である。この方法を用いると金
属元素の量を制御することが容易となる。
As a method of introducing the metal element that promotes crystallization, a method of applying a solution containing the metal element to the surface of the amorphous silicon film is useful. By using this method, it becomes easy to control the amount of the metal element.

【0025】金属元素が導入されるのは、非晶質珪素膜
の上面であっても下面であってもよい。非晶質珪素膜の
上面に金属元素を導入するのであれば、非晶質珪素膜を
形成した後に、金属元素を含有した溶液を非晶質珪素膜
上に塗布すればよいし、非晶質珪素膜の下面に金属元素
を導入するのであれば、非晶質珪素膜を形成する前に下
地表面に金属元素を含有した溶液を塗布し、下地表面に
接して金属元素を保持する状態とすればよい。
The metal element may be introduced into either the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film. If the metal element is introduced onto the upper surface of the amorphous silicon film, the solution containing the metal element may be applied on the amorphous silicon film after forming the amorphous silicon film. If a metal element is introduced into the lower surface of the silicon film, a solution containing the metal element may be applied to the surface of the base before forming the amorphous silicon film, and the metal element may be held in contact with the surface of the base. Good.

【0026】また発明明細書で開示する発明を用いて形
成された結晶性珪素膜を用いて半導体装置のPN、P
I、NIその他の電気的接合を少なくとも1つ有する活
性領域を構成することは有用である。半導体装置として
は、薄膜トランジスタ(TFT)、ダイオード、光セン
サ、を挙げることができる。また本発明を利用して抵抗
耐やキャパシタを形成することもできる。
The crystalline silicon film formed by using the invention disclosed in the specification of the invention is used to form PN, P of a semiconductor device.
It is useful to construct an active region having at least one I, NI or other electrical junction. Examples of the semiconductor device include a thin film transistor (TFT), a diode, and an optical sensor. Further, the present invention can be used to form a resistance and a capacitor.

【0027】非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を
含有させた溶液を塗布する方法としては、溶液として水
溶液、有機溶媒溶液等を用いることができる。ここで含
有とは、化合物として含ませるという意味と、単に分散
させることにより含ませるという意味との両方を含む。
As a method for applying a solution containing an element that promotes crystallization to the amorphous silicon film, an aqueous solution, an organic solvent solution or the like can be used as the solution. Here, the inclusion includes both the meaning of being contained as a compound and the meaning of being contained by simply dispersing.

【0028】金属元素を含む溶媒としては、極性溶媒で
ある水、アルコール、酸、アンモニアから選ばれたもの
を用いることができる。
As the solvent containing a metal element, a solvent selected from polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia can be used.

【0029】触媒としてニッケルを用い、このニッケル
を極性溶媒に含ませる場合、ニッケルはニッケル化合物
として導入される。このニッケル化合物としては、代表
的には臭化ニッケル、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭
酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケ
ル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、ニッケルアセチルア
セトネ−ト、4−シクロヘキシル酪酸ニッケル、酸化ニ
ッケル、水酸化ニッケルから選ばれたものが用いられ
る。
When nickel is used as a catalyst and this nickel is included in the polar solvent, nickel is introduced as a nickel compound. The nickel compound is typically nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, 4-cyclohexyl butyric acid. A material selected from nickel, nickel oxide, and nickel hydroxide is used.

【0030】また金属元素を含む溶媒として、無極性溶
媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、
クロロホルム、エーテルから選ばれたものを用いること
ができる。
As a solvent containing a metal element, benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, which are nonpolar solvents,
It is possible to use one selected from chloroform and ether.

【0031】この場合はニッケルはニッケル化合物とし
て導入される。このニッケル化合物としては代表的に
は、ニッケルアセチルアセトネ−ト、2−エチルヘキサ
ン酸ニッケルから選ばれたものを用いることができる。
In this case, nickel is introduced as a nickel compound. As the nickel compound, one selected from nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanoate can be typically used.

【0032】また金属元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。
It is also useful to add a surfactant to the solution containing the metal element. This is to enhance the adhesion to the surface to be coated and control the adsorptivity. This surfactant may be applied on the surface to be coated in advance.

【0033】金属元素としてニッケル単体を用いる場合
には、酸に溶かして溶液とする必要がある。
When nickel alone is used as the metal element, it is necessary to dissolve it in acid to form a solution.

【0034】以上述べたのは、金属元素であるニッケル
が完全に溶解した溶液を用いる例であるが、ニッケルが
完全に溶解していなくとも、ニッケル単体あるいはニッ
ケルの化合物からなる粉末が分散媒中に均一に分散した
エマルジョンの如き材料を用いてもよい。または酸化膜
形成用の溶液を用いるのでもよい。このような溶液とし
ては、東京応化工業株式会社のOCD(Ohka Diffusion
Source)を用いることができる。このOCD溶液を用い
れば、被形成面上に塗布し、200℃程度でベークする
ことで、簡単に酸化珪素膜を形成できる。また不純物を
添加することも自由であるので、本発明に利用すること
ができる。この場合、酸化膜に金属元素を含有させ、こ
の酸化膜を非晶質珪素膜に接して設け、金属元素を非晶
質珪素膜中に拡散させるための加熱(350℃〜400
℃)を行い、さらに酸化膜の除去を行った後、結晶化の
ために加熱処理を行えばよい。この結晶化のための加熱
処理は、450℃〜600℃例えば550℃の温度で4
時間程度行えばよい。
The above is an example of using a solution in which nickel, which is a metal element, is completely dissolved. However, even if nickel is not completely dissolved, a powder of nickel simple substance or a nickel compound is in the dispersion medium. A material such as an emulsion uniformly dispersed in the above may be used. Alternatively, a solution for forming an oxide film may be used. Examples of such a solution include OCD (Ohka Diffusion) of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
Source) can be used. Using this OCD solution, a silicon oxide film can be easily formed by applying it on the surface to be formed and baking it at about 200 ° C. Further, it is also possible to add impurities so that it can be utilized in the present invention. In this case, a metal element is contained in the oxide film, the oxide film is provided in contact with the amorphous silicon film, and heating (350 ° C. to 400 ° C.) for diffusing the metal element into the amorphous silicon film is performed.
C.), the oxide film is removed, and then heat treatment for crystallization may be performed. The heat treatment for this crystallization is performed at a temperature of 450 ° C. to 600 ° C., for example, 550 ° C.
It only has to be done for about an hour.

【0035】また結晶化のための温度として、600℃
(非晶質珪素膜の結晶化温度)〜1100℃の高温で行
うことは高い結晶性を得るためには有用となる。この高
温での加熱の温度は、出発膜である非晶質珪素膜の結晶
化温度以上であることが重要となる。この非晶質珪素膜
の結晶化温度は、非晶質珪素膜の成膜方法や成膜条件に
よって異なる。一般的には、580℃〜620℃程度と
なる。なお、この高温での加熱処理を行う場合には、耐
熱性の高いガラス基板か石英基板を用いる必要がある。
The temperature for crystallization is 600 ° C.
(High temperature of crystallization of amorphous silicon film) to 1100 ° C. is useful for obtaining high crystallinity. It is important that the heating temperature at this high temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the amorphous silicon film that is the starting film. The crystallization temperature of this amorphous silicon film varies depending on the method of forming the amorphous silicon film and the film forming conditions. Generally, it is about 580 ° C to 620 ° C. Note that when performing heat treatment at this high temperature, it is necessary to use a glass substrate or a quartz substrate having high heat resistance.

【0036】なおこれらのことは、金属元素としてニッ
ケル以外の材料を用いた場合であっても同様である。
The same applies to the case where a material other than nickel is used as the metal element.

【0037】結晶化を助長する金属元素としてニッケル
を用い、このニッケルを含有させる溶液溶媒として水の
如き極性溶媒を用いた場合において、非晶質珪素膜にこ
れら溶液を直接塗布すると、溶液が弾かれてしまうこと
がある。この場合は、100Å以下の薄い酸化膜をまず
形成し、その上に金属元素を含有させた溶液を塗布する
ことで、均一に溶液を塗布することができる。また、界
面活性剤の如き材料を溶液中に添加する方法により濡れ
を改善する方法も有効である。
When nickel is used as a metal element that promotes crystallization and a polar solvent such as water is used as a solution solvent containing nickel, when these solutions are directly applied to the amorphous silicon film, the solution becomes elastic. You may get burned. In this case, a thin oxide film having a thickness of 100 Å or less is first formed, and a solution containing a metal element is applied thereon, whereby the solution can be uniformly applied. A method of improving wetting by adding a material such as a surfactant to the solution is also effective.

【0038】また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、非晶質珪素膜表面に直接塗布することができる。こ
の場合にはレジスト塗布の際に使用されている密着剤の
如き材料を予め塗布することは有効である。しかし塗布
量が多過ぎる場合には逆に非晶質珪素中への金属元素の
添加を妨害してしまうために注意が必要である。
Further, by using a non-polar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, the solution can be directly applied to the surface of the amorphous silicon film. In this case, it is effective to pre-apply a material such as an adhesive used when applying the resist. However, if the coating amount is too large, the addition of the metal element to the amorphous silicon will be hindered, and therefore caution must be exercised.

【0039】溶液に含ませる金属元素の量は、その溶液
の種類にも依存するが、概略の傾向としてはニッケル量
として溶液に対して200ppm〜1ppm、好ましく
は50ppm〜1ppm(重量換算)とすることが望ま
しい。これは、結晶化終了後における膜中のニッケル濃
度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値である。
The amount of the metal element contained in the solution depends on the type of the solution, but the general tendency is to set the amount of nickel to 200 ppm to 1 ppm, preferably 50 ppm to 1 ppm (weight conversion) relative to the solution. Is desirable. This is a value determined in consideration of the nickel concentration in the film and the hydrofluoric acid resistance after completion of crystallization.

【0040】加熱処理の後に行なうレーザー光の照射を
行なうことによって、加熱処理によって結晶化された珪
素膜の結晶性をさらに高くすることができる。また、加
熱処理によって部分的に結晶化を生じせしめた場合に
は、レーザー光の照射によってその部分からさらに結晶
成長を行なわせ、より結晶性の高い状態を実現すること
ができる。
By performing laser light irradiation after the heat treatment, the crystallinity of the silicon film crystallized by the heat treatment can be further increased. Further, in the case where crystallization is partially caused by the heat treatment, it is possible to further increase the crystal growth from that portion by irradiating the laser beam and realize a state of higher crystallinity.

【0041】レーザー光としては、パルス発振方式のエ
キシマレーザー光を用いることができる。例えばKrF
エキシマレーザー(波長248nm)、XeClエキシ
マレーザー(波長308nm)、XeFエキシマレーザ
ー(波長351、353nm)、ArFエキシマレーザ
ー(波長193nm)、XeFエキシマレーザー(波長
483nm)等を用いることができる。またその励起方
式も放電励起方式、X線励起方式、光励起方式、マイク
ロ波放電励起方式、電子ビーム励起方式等を用いること
ができる。
As the laser light, a pulse oscillation type excimer laser light can be used. For example KrF
An excimer laser (wavelength 248 nm), a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), a XeF excimer laser (wavelengths 351 and 353 nm), an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), a XeF excimer laser (wavelength 483 nm), or the like can be used. As the excitation method, a discharge excitation method, an X-ray excitation method, an optical excitation method, a microwave discharge excitation method, an electron beam excitation method, or the like can be used.

【0042】またレーザー光の照射の代わりに、強光特
に赤外光を照射する方法を採用してもよい。赤外光はガ
ラスには吸収されにくく、珪素薄膜に吸収されやすいの
で、ガラス基板上に形成された珪素薄膜を選択的に加熱
することができ有用である。この赤外光を用いる方法
は、ラピッド・サーマス・アニール(RTA)またはラ
ピッド・サーマル・プロセス(RTP)と呼ばれる。
Instead of irradiating with laser light, a method of irradiating with intense light, especially infrared light may be adopted. Infrared light is difficult to be absorbed by glass and easily absorbed by a silicon thin film, so that the silicon thin film formed on the glass substrate can be selectively heated, which is useful. This method using infrared light is called rapid thermal annealing (RTA) or rapid thermal process (RTP).

【0043】本明細書で開示する発明においては、上記
レーザー光の照射による結晶化の助長に加えて、さらな
る加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は、非晶質珪
素膜を結晶化させる際の加熱処理条件と同じでよい。勿
論全く同じでなくてもよく、400℃以上の温度で行え
ばよい。
In the invention disclosed in this specification, further heat treatment may be performed in addition to the promotion of crystallization by the irradiation of laser light. This heat treatment may be the same as the heat treatment condition for crystallizing the amorphous silicon film. Of course, it does not have to be exactly the same, and may be performed at a temperature of 400 ° C. or higher.

【0044】このレーザー光または強光の照射後に行わ
れる加熱処理によって、結晶性珪素膜中の欠陥を低減す
ることができる。図8に示すのは、試料条件の項目に記
載されている条件で作製された結晶性珪素膜のスピン密
度を電子スピン共鳴法(ESR)によって測定した結果
である。図8の試料条件の項目に記載されているのは、
窒素雰囲気中での加熱温度と加熱時間、さらにLCと記
載されているのは、レーザー光の照射を示す。またNi
無しと示された試料以外は、ニッケルを金属元素として
結晶化を行ったものを示す。またg値というのは、スペ
クトルの位置を示す指標であり、g=2.0055が不対結合
手に起因するスペクトルである。従って、図8に示すス
ピン密度は、膜中の不対結合手に対応したものと理解す
ることができる。
Defects in the crystalline silicon film can be reduced by the heat treatment performed after the irradiation of the laser beam or the intense light. FIG. 8 shows the result of measuring the spin density of the crystalline silicon film manufactured under the conditions described in the item of sample condition by the electron spin resonance method (ESR). What is described in the item of sample condition of FIG. 8 is
The heating temperature and the heating time in a nitrogen atmosphere, and LC is irradiation of laser light. Also Ni
Except for the samples shown as none, those crystallized using nickel as a metal element are shown. The g value is an index indicating the position of the spectrum, and g = 2.0055 is the spectrum caused by the dangling bond. Therefore, it can be understood that the spin density shown in FIG. 8 corresponds to the dangling bonds in the film.

【0045】図8を見ると、試料4の場合が最もスピン
密度は小さく、膜中の不対結合手が少ないことが分か
る。このことは、膜中における欠陥や準位が最も少ない
ことを示すものといえる。例えば試料3と試料4とを比
較した場合、スピン密度を約1桁さげれることが分か
る。即ち、レーザー光の照射後に加熱処理を加えること
で、結晶性珪素膜中の欠陥や準位を1桁以上少なくでき
ることが分かる。
It can be seen from FIG. 8 that the sample 4 has the lowest spin density and the number of dangling bonds in the film is small. This can be said to indicate that there are the fewest defects and levels in the film. For example, when the sample 3 and the sample 4 are compared, it can be seen that the spin density can be reduced by about one digit. That is, it can be seen that by performing heat treatment after irradiation with laser light, defects and levels in the crystalline silicon film can be reduced by one digit or more.

【0046】また図8の試料2と試料3とを比較すると
分かるように、レーザー光を照射してもスピン密度ほと
んど変化しない。即ち、レーザー光の照射は、膜中の欠
陥を減少させることに全く効果がないことが分かる。し
かし、透過型電子顕微鏡写真による解析等によると、レ
ーザー光の照射による結晶性の助長効果が極めて高いも
のがあることが判明している。従って、一旦加熱により
結晶化された結晶性珪素膜の結晶性を助長させるには、
レーザー光の照射が極めて有効であり、さらにその結晶
性の助長された膜に対して再度加熱処理を施すことは、
膜中の欠陥を減少させる上で極めて有効であることにな
る。こうして、結晶性に優れ、しかも膜中の欠陥密度の
低い珪素膜を得ることができる。
Further, as can be seen by comparing Sample 2 and Sample 3 in FIG. 8, spin density hardly changes even when laser light is irradiated. That is, it can be seen that irradiation with laser light has no effect on reducing defects in the film. However, it has been found from analysis by a transmission electron micrograph, etc. that there is an extremely high effect of promoting the crystallinity by the irradiation of laser light. Therefore, in order to promote the crystallinity of the crystalline silicon film once crystallized by heating,
Irradiation with laser light is extremely effective, and it is possible to perform heat treatment again on the film whose crystallinity is promoted.
It will be extremely effective in reducing defects in the film. Thus, a silicon film having excellent crystallinity and low defect density in the film can be obtained.

【0047】なお本発明において、金属元素を含んだ溶
液を選択的に塗布することにより、結晶成長を選択的に
行なうことができる。特にこの場合、溶液が塗布されな
かった領域に向かって、溶液が塗布された領域から珪素
膜の面に概略平行な方向に結晶成長を行なわすことがで
きる。この珪素膜の面に概略平行な方向に結晶成長が行
なわれた領域を本明細書中においては横方向に結晶成長
した領域ということとする。
In the present invention, crystal growth can be selectively performed by selectively applying a solution containing a metal element. In this case, in particular, crystal growth can be performed in a direction substantially parallel to the surface of the silicon film from the area where the solution is applied, toward the area where the solution is not applied. In this specification, a region in which crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the surface of the silicon film is referred to as a lateral crystal growth region.

【0048】またこの横方向に結晶成長が行なわれた領
域は、金属元素の濃度が低いことが確かめられている。
半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利用す
ることは有用であるが、活性層領域中における不純物の
濃度は一般に低い方が好ましい。従って、上記横方向に
結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装置の活性層
領域を形成することはデバイス作製上有用である。
It has been confirmed that the concentration of the metal element is low in the region where the crystal growth is performed in the lateral direction.
Although it is useful to use a crystalline silicon film as the active layer region of the semiconductor device, it is generally preferable that the concentration of impurities in the active layer region is low. Therefore, forming the active layer region of the semiconductor device by using the region in which the crystal growth is performed in the lateral direction is useful for device fabrication.

【0049】本発明においては、金属元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる金属元素の種類としては、好まし
くはFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Pt、Cu、Ag、Auを用いることができる。
In the present invention, the most prominent effect can be obtained when nickel is used as the metal element, but other types of metal elements that can be used are preferably Fe, Co, Ni, Ru, Rh, and Pd, Os, I
r, Pt, Cu, Ag and Au can be used.

【0050】また、金属元素の導入方法は、水溶液やア
ルコール等の溶液を用いることに限定されるものではな
く、金属元素を含んだ物質を広く用いることができる。
例えば、金属元素を含んだ金属化合物や酸化物を用いる
ことができる。
The method of introducing the metal element is not limited to the use of an aqueous solution or a solution such as alcohol, but a wide range of substances containing the metal element can be used.
For example, a metal compound or oxide containing a metal element can be used.

【0051】また本発明において、結晶化率を向上させ
るためにレーザー光または強光の照射工程と、膜中の欠
陥の減少させるための加熱処理工程とを2回以上交互に
繰り返して行ってもよい。またレーザー光を複数回に渡
って照射することも効果がある。この場合、レーザー光
の照射を行う毎に徐々にその照射エネルギー密度を大き
くしていくとよい。例えば、レーザー光の照射を2回に
分けて行う場合、1回目に弱いレーザー光を照射し、次
に強いレーザー光を照射すればよい。こうすることで、
残存した金属成分の影響を減少させることができる。
In the present invention, the laser beam or intense light irradiation step for improving the crystallization rate and the heat treatment step for reducing defects in the film may be alternately repeated two or more times. Good. It is also effective to irradiate the laser light a plurality of times. In this case, it is advisable to gradually increase the irradiation energy density every time the laser light is irradiated. For example, when the laser light irradiation is performed twice, the weak laser light may be first irradiated and then the strong laser light may be irradiated next. By doing this,
The influence of the remaining metal components can be reduced.

【0052】また金属元素の作用により得られた結晶性
珪素膜の表面を洗浄することにより表面に存在している
金属元素や有機物等を除去することは有効である。特
に、活性層を構成する島状の半導体領域を形成した後に
この洗浄を行うことは有効である。
Further, it is effective to remove the metal element, organic matter and the like existing on the surface by washing the surface of the crystalline silicon film obtained by the action of the metal element. In particular, it is effective to carry out this cleaning after forming the island-shaped semiconductor region forming the active layer.

【0053】このような洗浄の方法としては、オゾン水
等の酸化力の強い溶剤を用いた処理工程と、該工程の後
に酸化物の除去効果の大きいエッチャント(FPMのよ
うなフッ酸を含んだエッチャント)を用いたエッチング
の工程とでなる工程が非常に有効である。
As such a cleaning method, a treatment step using a solvent having a strong oxidizing power such as ozone water, and an etchant (a hydrofluoric acid such as FPM containing a large effect of removing oxides after the step is included). A process consisting of an etching process using an etchant) is very effective.

【0054】この工程は、活性層の表面に存在している
有機物や金属元素を酸化力の強い溶剤によって酸化物と
し、この酸化物をさらにエッチング除去することによ
り、活性層の露呈した表面を清浄な状態とし、有機物や
金属元素によるトラップ準位の発生を抑制することに大
きな効果がある。この効果は実際に作製された薄膜トラ
ンジスタの特性において顕著なのとして見ることができ
る。
In this step, organic substances and metal elements existing on the surface of the active layer are made into an oxide by a solvent having a strong oxidizing power, and the oxide is further removed by etching to clean the exposed surface of the active layer. In this state, it is very effective in suppressing the generation of trap levels due to organic substances and metallic elements. This effect can be seen as being remarkable in the characteristics of the actually manufactured thin film transistor.

【0055】[0055]

【作用】結晶化を助長する元素である侵入型の元素の作
用により、非晶質珪素膜の結晶化を低温で短時間で行う
ことができる。具体的には、従来では不可能であった5
50℃、4時間程度の加熱処理を行うことによって、結
晶性珪素膜を得ることができる。また珪素に対して侵入
型の元素は、珪素膜中に拡散していきながら結晶化を助
長するので、結晶核からの結晶成長と異なり、明確な結
晶粒界のない結晶性珪素膜を得ることができる。
The crystallization of the amorphous silicon film can be performed at a low temperature in a short time by the action of the interstitial element which is an element that promotes crystallization. Specifically, it was impossible in the past 5
A crystalline silicon film can be obtained by performing heat treatment at 50 ° C. for about 4 hours. In addition, since an element that is interstitial to silicon promotes crystallization while diffusing into the silicon film, a crystalline silicon film without a clear grain boundary is obtained, unlike crystal growth from the crystal nucleus. You can

【0056】さらにこの金属元素の作用により加熱によ
って結晶化された結晶性珪素膜に対して、フッ酸を用い
た処理を行うことによって、局在化したニッケルシリサ
イド部分を取り除くことができる。即ち、局所的にニッ
ケル濃度が高くなった領域(この領域にニッケルシリサ
イドが形成されている)を取り除くことができる。そし
て、膜中における金属元素の濃度を低くすることができ
る。そして、このフッ酸を用いた処理の後にレーザー光
または強光を照射することによって、膜中に形成された
微小な開孔を消滅させることができる。そして、さらに
加熱処理を加えることによって、膜中の欠陥が少なく結
晶性の高い珪素膜を得ることができる。
Further, the crystalline silicon film crystallized by heating by the action of the metal element is treated with hydrofluoric acid to remove the localized nickel silicide portion. That is, the region where the nickel concentration is locally high (the nickel silicide is formed in this region) can be removed. Then, the concentration of the metal element in the film can be lowered. Then, by irradiating with laser light or intense light after the treatment using the hydrofluoric acid, the minute openings formed in the film can be eliminated. Then, by further performing heat treatment, a silicon film with few defects in the film and high crystallinity can be obtained.

【0057】上記フッ酸処理を行うことによって、膜中
の金属元素の濃度を約1桁〜2桁小さくすることができ
る。例えば、金属元素の導入量が1×1015〜1×10
19cm-3であっても、上記フッ酸処理を施すことによ
り、膜中における金属元素の濃度を1×1018cm-3
下とすることができる。またレーザー光の照射を行った
後にさらに加熱処理を施すことにより、膜中の欠陥を減
少させることができる。フッ酸処理を行うためのエッチ
ャントとしては、一般的に利用されるバッファーフッ酸
でもよいが、フッ酸と過水と水の混合物でなるFPMを
用いるとさらに効果的である。なお、本明細書中におけ
る金属元素の濃度は、SIMS(2次イオン分析方法)
で得られた濃度分布の最小値として定義される。
By performing the hydrofluoric acid treatment, the concentration of the metal element in the film can be reduced by about 1 to 2 digits. For example, the introduction amount of the metal element is 1 × 10 15 to 1 × 10
Even with 19 cm −3 , the concentration of the metal element in the film can be reduced to 1 × 10 18 cm −3 or less by performing the hydrofluoric acid treatment. Further, defects in the film can be reduced by further performing heat treatment after irradiation with laser light. A buffer hydrofluoric acid generally used may be used as an etchant for performing the hydrofluoric acid treatment, but it is more effective to use FPM which is a mixture of hydrofluoric acid, perhydrogen and water. The concentration of the metal element in this specification is SIMS (secondary ion analysis method).
It is defined as the minimum value of the concentration distribution obtained in.

【0058】また、酸化力の強い溶剤を用いて、結晶性
珪素膜の表面の金属元素や有機物等の不純物を酸化させ
ておき、これをフッ酸を含んだエッチャントによってエ
ッチング除去することにより、結晶性珪素膜の表面にお
けるトラップ準位密度を下げることができる。そしてこ
のことにより、薄膜デバイスの特性を高めることができ
る。
Further, impurities such as metal elements and organic substances on the surface of the crystalline silicon film are oxidized using a solvent having a strong oxidizing power, and the impurities are removed by etching with an etchant containing hydrofluoric acid. The trap level density on the surface of the conductive silicon film can be reduced. And this can improve the characteristics of the thin film device.

【0059】[0059]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では、結晶化を助長する金属元素
を水溶液に含有させて、非晶質珪素膜上に塗布し、しか
る後に加熱により結晶化させ、そしてバッファフッ酸に
よる処理を行い結晶化した珪素膜中に局在化した金属成
分を除去する。さらにレーザー光の照射を行うことに
り、先に除去された金属成分部分の開孔部(欠陥部)を
消滅させ、金属元素の含有濃度が少なく、また結晶性の
優れた珪素膜を得るものである。
Example 1 In this example, a metal element that promotes crystallization is contained in an aqueous solution and applied on an amorphous silicon film, followed by heating to crystallize and treatment with buffer hydrofluoric acid. The metal component localized in the crystallized silicon film is removed. Further, by irradiating a laser beam, the openings (defects) of the metal component parts that were previously removed are eliminated, and a silicon film having a low concentration of metal elements and excellent crystallinity is obtained. Is.

【0060】図1を用いて、金属元素(ここではニッケ
ルを用いる)を導入するところまでを説明する。本実施
例においては、基板としてコーニング7059ガラスを
用いる。またその大きさは100mm×100mmとす
る。
The process up to the point of introducing the metal element (here, nickel is used) will be described with reference to FIG. In this embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate. The size is 100 mm × 100 mm.

【0061】まず、非晶質珪素膜をプラズマCVD法や
LPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜を1
00〜1500Å形成する。ここでは、プラズマCVD
法によって非晶質珪素膜12を1000Åの厚さに成膜
する。(図1(A))
First, an amorphous silicon film is formed into an amorphous silicon film by plasma CVD or LPCVD.
It forms from 00 to 1500Å. Here, plasma CVD
The amorphous silicon film 12 is formed to a thickness of 1000 Å by the method. (Fig. 1 (A))

【0062】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、その後酸化膜13を10〜50
Åに成膜する。汚れが無視できる場合には、酸化膜13
の代わりに自然酸化膜をそのまま用いれば良い。
Then, a hydrofluoric acid treatment is carried out to remove dirt and a natural oxide film, and thereafter the oxide film 13 is removed by 10 to 50.
Deposit on Å. If dirt can be ignored, oxide film 13
Instead of the above, a natural oxide film may be used as it is.

【0063】なお、この酸化膜13は極薄のため正確な
膜厚は不明であるが、20Å程度であると考えられる。
ここでは酸素雰囲気中でのUV光の照射により酸化膜1
3を成膜する。成膜条件は、酸素雰囲気中においてUV
を5分間照射することにおって行なった。この酸化膜1
3の成膜方法としては、熱酸化法を用いるのでもよい。
また過酸化水素による処理によるものでもよい。
Since the oxide film 13 is extremely thin, the exact film thickness is unknown, but it is considered to be about 20Å.
Here, the oxide film 1 is formed by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere.
3 is deposited. The film forming conditions are UV in an oxygen atmosphere.
Was irradiated for 5 minutes. This oxide film 1
As the film forming method of No. 3, a thermal oxidation method may be used.
Alternatively, treatment with hydrogen peroxide may be used.

【0064】この酸化膜13は、後のニッケルを含んだ
酢酸塩溶液を塗布する工程で、非晶質珪素膜の表面全体
に酢酸塩溶液を行き渡らせるため、即ち濡れ性の改善の
為のものである。例えば、非晶質珪素膜の表面に直接酢
酸塩溶液を塗布した場合、非晶質珪素が酢酸塩溶液を弾
いてしまうので、非晶質珪素膜の表面全体にニッケルを
導入することができない。即ち、均一な結晶化を行うこ
とができない。
This oxide film 13 is for the purpose of spreading the acetate solution over the entire surface of the amorphous silicon film in the later step of applying the acetate solution containing nickel, that is, for improving the wettability. Is. For example, when the acetate solution is directly applied to the surface of the amorphous silicon film, the amorphous silicon repels the acetate solution, so that nickel cannot be introduced to the entire surface of the amorphous silicon film. That is, uniform crystallization cannot be performed.

【0065】つぎに、酢酸塩溶液中にニッケルを添加し
た酢酸塩溶液を作る。ニッケルの濃度は25ppmとす
る。そしてこの酢酸塩溶液を非晶質珪素膜12上の酸化
膜13の表面に2ml滴下し、この状態を5分間保持す
る。そしてスピナーを用いてスピンドライ(2000r
pm、60秒)を行う。(図1(C)、(D))
Next, an acetate solution is prepared by adding nickel to the acetate solution. The concentration of nickel is 25 ppm. Then, 2 ml of this acetate solution is dropped on the surface of the oxide film 13 on the amorphous silicon film 12, and this state is maintained for 5 minutes. And spin dry (2000r
pm, 60 seconds). (Fig. 1 (C), (D))

【0066】酢酸溶液中におけるニッケルの濃度は、1
ppm以上好ましくは10ppm以上であれば実用にな
る。また、溶液として2−エチルヘキサン酸ニッケルの
トルエン溶液の如き無極性溶媒を用いる場合、酸化膜1
3は不要であり、直接非晶質珪素膜上に金属元素を導入
することができる。
The concentration of nickel in the acetic acid solution is 1
Practical use is achieved when the content is at least ppm, preferably at least 10 ppm. When a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate is used as the solution, the oxide film 1
3 is unnecessary, and the metal element can be directly introduced onto the amorphous silicon film.

【0067】このニッケル溶液の塗布工程を、1回〜複
数回行なうことにより、スピンドライ後の非晶質珪素膜
12の表面に数Å〜数百Åの平均の膜厚を有するニッケ
ルを含む層を形成することができる。この場合、この層
のニッケルがその後の加熱工程において、非晶質珪素膜
に拡散し、結晶化を助長する触媒として作用する。な
お、この層というのは、完全な膜になっているとは限ら
ない。
A layer containing nickel having an average film thickness of several Å to several hundred Å is formed on the surface of the amorphous silicon film 12 after spin drying by performing this nickel solution coating step once or plural times. Can be formed. In this case, nickel in this layer diffuses into the amorphous silicon film in the subsequent heating step and acts as a catalyst for promoting crystallization. Note that this layer is not necessarily a perfect film.

【0068】上記溶液の塗布の後、1分間その状態を保
持させる。この保持させる時間によっても、最終的に珪
素膜12中に含まれるニッケルの濃度を制御することが
できるが、最も大きな制御因子は溶液の濃度である。
After applying the above solution, the state is maintained for 1 minute. The concentration of nickel contained in the silicon film 12 can be finally controlled also by the holding time, but the largest control factor is the concentration of the solution.

【0069】そして、加熱炉において、窒素雰囲気中に
おいて550度、4時間の加熱処理を行う。この結果、
基板11上に形成された結晶性を有する珪素薄膜12を
得ることができる。
Then, in a heating furnace, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. As a result,
It is possible to obtain the crystalline silicon thin film 12 formed on the substrate 11.

【0070】上記の加熱処理は450度以上の温度で行
うことができるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけ
らばならず、生産効率が低下する。また、550度以上
とすると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が
表面化してしまう。
The above heat treatment can be performed at a temperature of 450 ° C. or higher, but if the temperature is low, the heating time must be lengthened and the production efficiency will be reduced. Further, if the temperature is 550 ° C. or more, the problem of heat resistance of the glass substrate used as the substrate is exposed.

【0071】本実施例においては、非晶質珪素膜上に金
属元素を導入する方法を示したが、非晶質珪素膜下に金
属元素を導入する方法を採用してもよい。この場合は、
非晶質珪素膜の成膜前に金属元素を含有した溶液を用い
て、下地膜上に金属元素を導入すればよい。
In this embodiment, the method of introducing the metal element onto the amorphous silicon film has been described, but the method of introducing the metal element below the amorphous silicon film may be adopted. in this case,
The metal element may be introduced onto the base film using a solution containing the metal element before forming the amorphous silicon film.

【0072】ここでは、全面てニッケル元素を導入して
いるので、膜全体が基板に対して垂直な方向に結晶成長
する。加熱処理に処理により結晶性を有する珪素膜12
を得たら、1/100のバッファフッ酸を用いて処理を
行う。この工程で、膜中に局在化するニッケル成分(ニ
ッケルシリサイドとして存在する)が除去される。ここ
でニッケル成分を除去することによって、膜中における
ニッケル濃度を少なくすることができる。そして、Kr
Fエキシマレーザ(波長248nm、パルス幅30ns
ec)を窒素雰囲気中において200〜350mJ/c
2 のパワー密度で数ショト照射する。このレーザー光
の照射を行うことによって、先の工程で除去されたニッ
ケル成分の部分(微細な開孔となっている)を消滅させ
ることができる。
Here, since nickel element is introduced into the entire surface, the entire film is crystal-grown in the direction perpendicular to the substrate. Silicon film 12 having crystallinity due to heat treatment
Once obtained, treatment is carried out using 1/100 buffer hydrofluoric acid. In this step, the nickel component localized in the film (existing as nickel silicide) is removed. Here, by removing the nickel component, the nickel concentration in the film can be reduced. And Kr
F excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 30 ns
ec) in a nitrogen atmosphere at 200 to 350 mJ / c
Irradiate several shots with a power density of m 2 . By irradiating with this laser light, the nickel component portion (having fine openings) removed in the previous step can be eliminated.

【0073】この工程は、前述した赤外光の照射によっ
てもよい。この工程において、エキシマレーザー光のパ
ルス幅を大きくしてやることは有効である。これは、レ
ーザー光の照射によって生じる珪素膜表面の溶融時間を
長くし、微小部分での結晶成長を助長させることができ
るからである。
This step may be performed by irradiation with infrared light as described above. In this step, it is effective to increase the pulse width of the excimer laser light. This is because it is possible to lengthen the melting time of the surface of the silicon film generated by the irradiation of the laser beam and promote the crystal growth in the minute portion.

【0074】このレーザー光の照射を行うことによっ
て、珪素膜の結晶性をさらに高めることができると同時
にバッファフッ酸を用いた処理工程において生じた微小
な開孔を消滅させることができる。そして上記レーザー
光の照射が終了した後、窒素雰囲気中において550
度、4時間の加熱処理を行う。この加熱処理は、400
℃以上の温度で行うことができる。このレーザー光の照
射後の加熱処理を行うことによって、珪素膜中における
欠陥を減少させることができる。こうして、膜中におけ
るニッケル濃度が少なく、結晶性に優れ、同時に欠陥の
少ない結晶性珪素膜を得ることができる。
By irradiating with this laser beam, the crystallinity of the silicon film can be further improved and, at the same time, the minute holes generated in the processing step using buffer hydrofluoric acid can be eliminated. Then, after the irradiation with the laser light is completed, the temperature is set to 550
After that, heat treatment is performed for 4 hours. This heat treatment is 400
It can be performed at a temperature of ℃ or more. By performing heat treatment after the irradiation with the laser light, defects in the silicon film can be reduced. In this way, a crystalline silicon film having a low nickel concentration in the film, excellent crystallinity, and few defects can be obtained.

【0075】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、1200Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入する例である。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which a 1200 Å silicon oxide film is selectively provided in the manufacturing method shown in Embodiment 1 and nickel is selectively introduced using this silicon oxide film as a mask. .

【0076】図2に本実施例における作製工程の概略を
示す。まず、ガラス基板(コーニング7059、10c
m角)上にマスクとなる酸化珪素膜21を1000Å以
上、ここでは1200Åの厚さに成膜する。この酸化珪
素膜21の膜厚については、発明者等の実験によると5
00Åでも問題がないことを確認しており、膜質が緻密
であれば更に薄くても良いと思われる。
FIG. 2 shows an outline of the manufacturing process in this embodiment. First, the glass substrate (Corning 7059, 10c
A silicon oxide film 21 serving as a mask is formed on the (m square) to a thickness of 1000 Å or more, here 1200 Å. The film thickness of the silicon oxide film 21 is 5 according to experiments by the inventors.
It has been confirmed that there is no problem even with 00Å, and if the film quality is dense, it may be possible to make it thinner.

【0077】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜21をパー
ニングする。そして、酸素雰囲気中における紫外線の照
射で薄い酸化珪素膜20を成膜する。この酸化珪素膜2
0の作製は、酸素雰囲気中でUV光を5分間照射するこ
とによって行なわれる。なおこの酸化珪素膜20の厚さ
は20〜50Å程度と考えられる(図2(A))。尚、
この濡れ性を改善するための酸化珪素膜については、溶
液とパターンのサイズが合致した場合には、マスクの酸
化珪素膜の親水性のみによっても丁度よく添加される場
合がある。しかしながらこの様な例は特殊であり、一般
的には酸化珪素膜20を使用したほうが安全である。
Then, the silicon oxide film 21 is patterned into a required pattern by a usual photolithographic patterning process. Then, a thin silicon oxide film 20 is formed by irradiation of ultraviolet rays in an oxygen atmosphere. This silicon oxide film 2
Production of 0 is performed by irradiating UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. The thickness of the silicon oxide film 20 is considered to be about 20 to 50Å (FIG. 2 (A)). still,
The silicon oxide film for improving the wettability may be added just by the hydrophilicity of the silicon oxide film of the mask only when the size of the solution and the pattern match. However, such an example is special, and it is generally safer to use the silicon oxide film 20.

【0078】この状態において、実施例1と同様に10
0ppmのニッケルを含有した酢酸塩溶液を5ml滴下
(10cm角基板の場合)する。またこの際、スピナー
で50rpmで10秒のスピンコートを行い、基板表面
全体に均一な水膜を形成させる。さらにこの状態で、5
分間保持した後スピナーを用いて2000rpm、60
秒のスピンドライを行う。なおこの保持は、スピナー上
において0〜150rpmの回転をさせながら行なって
もよい。(図2(B))
In this state, as in Example 1, 10
5 ml of an acetate solution containing 0 ppm of nickel is dropped (in the case of a 10 cm square substrate). At this time, spin coating is performed with a spinner at 50 rpm for 10 seconds to form a uniform water film on the entire surface of the substrate. In this state, 5
After holding for 2 minutes, using a spinner, 2000 rpm, 60
Perform a second spin dry. This holding may be performed while rotating the spinner at 0 to 150 rpm. (FIG. 2 (B))

【0079】そして550度(窒素雰囲気)、4時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜12の結晶化
を行う。この際、ニッケルが導入された部分22の領域
から23で示されるように、ニッケルが導入されなった
領域へと横方向に結晶成長が行われる。図2(C)にお
いて、24がニッケルが直接導入され結晶化が行われた
領域であり、25が横方向に結晶化が行われた領域であ
る。この25の領域は、概略〈111〉軸方向に結晶成
長が行われていることが確認されている。またこの25
で示される領域は、基板に平行な方向の柱状あるいは枝
状に結晶成長が進行していることがTEM写真(透過型
電子顕微鏡写真)によって確認されている。
Then, the amorphous silicon film 12 is crystallized by performing heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 4 hours. At this time, crystal growth is performed in the lateral direction from the region of the portion 22 into which nickel has been introduced to the region into which nickel has not been introduced, as indicated by 23. In FIG. 2C, 24 is a region in which nickel is directly introduced and crystallized, and 25 is a region in which lateral crystallization is performed. It has been confirmed that crystal growth is performed in the approximately <111> axis direction in the 25 regions. Also this 25
It has been confirmed by a TEM photograph (transmission electron microscope photograph) that the crystal growth progresses in a columnar or branched shape in a region parallel to the substrate.

【0080】上記加熱処理による結晶化工程の後、1/
100のバッファフッ酸を用いて局在化した結晶成分の
除去を行う。ここでは、1/100のバッファフッ酸を
用いたが、その濃度は適時定めればよい。またここで用
いるエッチング溶液としては、フッ酸やフッ酸を含有し
た溶液を用いることができる。この溶液としては、珪素
のシリサイドや酸化珪素をエッチングする溶液を用いる
ことができる。
After the crystallization step by the above heat treatment, 1 /
The localized crystal component is removed by using 100 buffer hydrofluoric acid. Here, 1/100 of buffer hydrofluoric acid was used, but its concentration may be set at a suitable time. As the etching solution used here, hydrofluoric acid or a solution containing hydrofluoric acid can be used. As this solution, a solution for etching silicon silicide or silicon oxide can be used.

【0081】次にXeClレーザー(波長308nm)
を用いて珪素膜12の結晶性をさらに向上させる。この
工程において行われるレーザー光の照射によって、先の
エッチング工程において形成された開孔部分(局在化し
たニッケルシリサイドが取り除かれた結果形成される)
を消滅させることができる。即ち、レーザー光の照射に
よって珪素膜の表面が溶融状態とし、この開孔を消滅さ
せることができる。またこの工程において、先の加熱処
理において、基板に平行な方向に柱状あるいは枝状に結
晶成長した部分の柱と柱の間あるいは枝と枝の間の結晶
化が進行する。即ち、その結晶化率を高めることができ
る。こうして、この工程によって、横方向に結晶成長し
た領域25の結晶性を大きく高めることができる。
Next, a XeCl laser (wavelength 308 nm)
Is used to further improve the crystallinity of the silicon film 12. By the laser light irradiation performed in this step, the opening portion formed in the previous etching step (formed as a result of removing the localized nickel silicide)
Can be extinguished. That is, the surface of the silicon film is brought into a molten state by the irradiation of the laser beam, and this opening can be eliminated. Further, in this step, in the previous heat treatment, crystallization progresses between the pillars or between the branches or between the pillars of the portion where the crystal is grown in the pillar shape or the branch shape in the direction parallel to the substrate. That is, the crystallization rate can be increased. Thus, by this step, the crystallinity of the laterally grown region 25 can be greatly enhanced.

【0082】また上記レーザー光の照射工程において、
基板またはレーザー光の被照射面を加熱することは有効
である。加熱の温度は200℃〜450℃程度で行なう
ことが好ましい。
In the laser light irradiation step,
It is effective to heat the substrate or the surface to be irradiated with laser light. The heating temperature is preferably about 200 ° C to 450 ° C.

【0083】レーザー光の照射が終了したら、550度
(窒素雰囲気)、4時間の加熱処理を施し、膜中の欠陥
をさらに低減させる。
After the irradiation of laser light is completed, heat treatment is performed for 4 hours at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) to further reduce defects in the film.

【0084】本実施例において、溶液濃度、保持時間を
変化させることにより、ニッケルが直接導入された領域
におけるニッケルの濃度を1×1015atoms cm-3〜1
×1019atoms cm-3の範囲で制御可能であり、同様に
横成長領域の濃度をそれ以下に制御することが可能であ
る。
In this example, the concentration of nickel in the region where nickel was directly introduced was changed from 1 × 10 15 atoms cm −3 to 1 by changing the solution concentration and the holding time.
The concentration can be controlled in the range of × 10 19 atoms cm −3 , and similarly, the concentration of the lateral growth region can be controlled to be lower than that.

【0085】本実施例で示したような方法によって形成
された結晶珪素膜は、耐フッ酸性が良好であるという特
徴がある。これは、一端フッ酸処理を行っていることを
考えれ当然のことである。
The crystalline silicon film formed by the method shown in this embodiment is characterized by having a good hydrofluoric acid resistance. It is natural that this may be because hydrofluoric acid treatment is once performed.

【0086】例えば、結晶性珪素膜上にゲイト絶縁膜や
層間絶縁膜として機能する酸化珪素膜を形成し、しかる
後に電極の形成のために穴開け工程を経て、電極を形成
をする作業が必要とされる場合がある。このような場
合、酸化珪素膜をバッファフッ酸によって除去する工程
が普通採用される。しかしながら、結晶性珪素膜の耐フ
ッ酸性が低い場合、酸化珪素膜のみを取り除くことは困
難であり、結晶性珪素膜をもエッチングしてしまうとい
う問題がある。
For example, it is necessary to form a silicon oxide film functioning as a gate insulating film or an interlayer insulating film on a crystalline silicon film, and then perform a hole forming process to form an electrode and then form an electrode. It may be said that. In such a case, a process of removing the silicon oxide film with buffer hydrofluoric acid is usually adopted. However, when the hydrofluoric acid resistance of the crystalline silicon film is low, it is difficult to remove only the silicon oxide film, and there is a problem that the crystalline silicon film is also etched.

【0087】しかしながら、結晶性珪素膜が耐フッ酸性
を有している場合、酸化珪素膜と結晶性珪素膜のエンチ
ッングレートの違い(選択比)を大きくとることができ
るので、酸化珪素膜のみを選択的の除去でき、作製工程
上極めて有意なものとなる。
However, when the crystalline silicon film has a hydrofluoric acid resistance, a large difference (selection ratio) between the etching rates of the silicon oxide film and the crystalline silicon film can be obtained, so that the silicon oxide film can be made larger. Only this can be selectively removed, which is extremely significant in the manufacturing process.

【0088】以上述べたように、横方向に結晶が成長し
た領域は金属元素の濃度が小さく、しかも結晶性が良好
であるので、この領域を半導体装置の活性領域として用
いることは有用である。例えば、薄膜トランジスタのチ
ャネル形成領域として利用することは極めて有用であ
る。
As described above, the region in which the crystal has grown in the lateral direction has a low concentration of the metal element and has good crystallinity. Therefore, it is useful to use this region as the active region of the semiconductor device. For example, it is extremely useful to use it as a channel formation region of a thin film transistor.

【0089】〔実施例3〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、TFTを得る
例である。本実施例のTFTは、アクティブマトリック
ス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分に用い
ることができる。なお、TFT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いうまでもない。
[Embodiment 3] This embodiment is an example of obtaining a TFT by using a crystalline silicon film produced by the method of the present invention. The TFT of this embodiment can be used in a driver circuit or a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device. It is needless to say that the application range of the TFT is not limited to the liquid crystal display device but can be applied to a generally-known thin film integrated circuit.

【0090】図3に本実施例の作製工程の概要を示す。
まずガラス基板上に下地の酸化珪素膜(図示せず)を2
000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板からの不純物の拡散を防ぐために設けられる。
FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
First, an underlying silicon oxide film (not shown) is formed on the glass substrate by 2
Form a film with a thickness of 000Å. This silicon oxide film is provided to prevent the diffusion of impurities from the glass substrate.

【0091】そして、非晶質珪素膜を実施例1と同様な
方法で500Åの厚さに成膜する。そして、自然酸化膜
を取り除くためのフッ酸処理の後、薄い酸化膜を20Å
程度の厚さに酸素雰囲気でのUV光の照射によって成膜
する。この薄い酸化膜の作製方法は、過水処理や熱酸化
による方法でもよい。
Then, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 500 Å by the same method as in the first embodiment. After the hydrofluoric acid treatment to remove the natural oxide film, remove the thin oxide film by 20Å
The film is formed to a thickness of about 10 nm by irradiation with UV light in an oxygen atmosphere. The method of forming this thin oxide film may be a method using perhydrogen treatment or thermal oxidation.

【0092】そして10ppmのニッケルを含有した酢
酸塩溶液を塗布し、5分間保持し、スピナーを用いてス
ピンドライを行う。その後バッファフッ酸によって酸化
珪素膜20と21を取り除き、550度、4時間の加熱
によって、珪素膜を結晶化させる。(ここまでは実施例
1に示した作製方法と同じ)
Then, an acetate solution containing 10 ppm of nickel is applied, held for 5 minutes, and spin-dried using a spinner. After that, the silicon oxide films 20 and 21 are removed by buffer hydrofluoric acid, and the silicon film is crystallized by heating at 550 ° C. for 4 hours. (Up to this point, it is the same as the manufacturing method shown in Example 1)

【0093】上記加熱処理を行うことによって、非晶質
成分と結晶成分とが混在した珪素膜を得られる。この結
晶成分には結晶核が存在している領域である。その後1
/100のバッファフッ酸を用いてフッ酸処理を行う。
さらにKrFエキシマレーザー光を200〜300mJ
で照射することにより、フッ酸処理によって生じた開孔
の消滅と珪素膜の結晶性を助長を行う。このレーザー光
の照射工程においては、基板を400℃程度に加熱す
る。この工程よって、結晶成分に存在している結晶核を
核として結晶成長が行なわれる。
By performing the above heat treatment, a silicon film in which an amorphous component and a crystalline component are mixed can be obtained. This crystal component is a region where crystal nuclei are present. Then one
Hydrofluoric acid treatment is carried out using / 100 buffer hydrofluoric acid.
Furthermore, the KrF excimer laser light is 200 to 300 mJ.
By irradiating with, the disappearance of the holes generated by the hydrofluoric acid treatment and the crystallization of the silicon film are promoted. In the laser light irradiation step, the substrate is heated to about 400 ° C. By this step, crystal growth is performed with the crystal nuclei existing in the crystal component as nuclei.

【0094】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域104を形成する。この島状の領域10
4はTFTの活性層を構成する。そして、厚さ200〜
1500Å、ここでは1000Åの酸化珪素105を形
成する。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。(図3(A))
Next, the crystallized silicon film is patterned to form island regions 104. This island area 10
Reference numeral 4 constitutes an active layer of the TFT. And thickness 200 ~
The silicon oxide 105 of 1500 Å, here 1000 Å, is formed. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. (Fig. 3 (A))

【0095】上記酸化珪素膜105の作製には注意が必
要である。ここでは、TEOSを原料とし、酸素ととも
に基板温度150〜600℃、好ましくは300〜45
0℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。TE
OSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は
0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜25
0Wとした。あるいはTEOSを原料としてオゾンガス
とともに減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、
基板温度を350〜600℃、好ましくは400〜55
0℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で400〜600℃で30〜60分アニールした。
Attention must be paid to the formation of the silicon oxide film 105. Here, TEOS is used as a raw material, and the substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 45, together with oxygen.
It was decomposed and deposited at 0 ° C. by the RF plasma CVD method. TE
The pressure ratio of OS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, the pressure is 0.05 to 0.5 torr, and the RF power is 100 to 25.
It was set to 0W. Alternatively, by using TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method,
The substrate temperature is 350 to 600 ° C., preferably 400 to 55
It was formed as 0 ° C. After the film formation, annealing was performed at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes in an atmosphere of oxygen or ozone.

【0096】この状態でKrFエキシマーレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)あるいはそれと
同等な強光を照射することで、シリコン領域104の結
晶化を助長さえてもよい。特に、赤外光を用いたRTA
(ラピットサーマルアニール)は、ガラス基板を加熱せ
ずに、珪素のみを選択的に加熱することができ、しかも
珪素と酸化珪素膜との界面における界面準位を減少させ
ることができるので、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
の作製においては有用である。
In this state, the KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) or strong light equivalent thereto may be irradiated to promote crystallization of the silicon region 104. In particular, RTA using infrared light
(Rapid thermal annealing) can selectively heat only silicon without heating the glass substrate, and can reduce the interface state at the interface between the silicon and the silicon oxide film. It is useful in the fabrication of a field effect semiconductor device.

【0097】上記レーザー光の照射が終了した後、窒素
雰囲気中において550℃、4時間の加熱処理を行う。
After the irradiation of the laser beam is completed, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.

【0098】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成する。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化を行う。陽極酸化は、最初一定電流で
220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終
了させる。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速
度は2〜5V/分が適当である。このようにして、厚さ
1500〜3500Å、例えば、2000Åの陽極酸化
物109を形成する。(図3(B))
After that, an aluminum film having a thickness of 2000 Å to 1 μm is formed by an electron beam evaporation method, and this is patterned to form a gate electrode 106. The aluminum may be doped with scandium (Sc) in an amount of 0.15 to 0.2% by weight. Next, set the substrate pH
It is immersed in an ethylene glycol solution of 7 to 1 to 3% tartaric acid, and anodization is performed using platinum as a cathode and this aluminum gate electrode as an anode. The anodization is completed by first raising the voltage to 220 V with a constant current and then maintaining that state for 1 hour. In the present embodiment, in the constant current state, it is appropriate that the voltage rising rate is 2 to 5 V / min. In this way, the anodic oxide 109 having a thickness of 1500 to 3500Å, for example 2000Å, is formed. (FIG. 3 (B))

【0099】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×10
15cm-2とする。
After that, an impurity (phosphorus) was self-alignedly injected into the island-shaped silicon film of each TFT by an ion doping method (also called a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas. The dose amount is 1 to 4 × 10
15 cm -2 .

【0100】さらに、図3(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させる。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好ましく
は200〜250mJ/cm2 である。こうして、N型
不純物(燐)領域108、109を形成する。これらの
領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
Furthermore, as shown in FIG. 3C, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 ns) is used.
ec) is applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser is 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 are formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.

【0101】この工程において、レーザー光を用いる代
わりに、フラッシュランプ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)(RTP、ラピット・サーマル・プロ
セスともいう)等のいわゆるレーザー光と同等の強光を
用いてもよい。
In this step, a flash lamp is used instead of laser light for 1000
Use high intensity light equivalent to so-called laser light such as so-called RTA (Rapid Thermal Annealing) (RTP, also called rapid thermal process) that heats the sample by raising it to ~ 1200 ° C (temperature of silicon monitor). May be.

【0102】その後、全面に層間絶縁物110として、
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CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とする。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨する。(図3(D))
After that, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD with TEOS as raw material and oxygen
Method, low pressure CVD method with ozone, or atmospheric pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 Å is formed by the D method. The substrate temperature is 250 to 450 ° C., for example 350 ° C.
After the film formation, this silicon oxide film is mechanically polished to obtain the flatness of the surface. (Fig. 3 (D))

【0103】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成する。
Then, the interlayer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, and wirings 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed.

【0104】従来、プラズマ処理を用いてニッケルを導
入した結晶性珪素膜は、酸化珪素膜に比較してバッファ
フッ酸に対する選択性が低いので、上記コンタクトホー
ルの形成工程において、エッチングされてしまうことが
多かった。
Conventionally, a crystalline silicon film into which nickel is introduced by plasma treatment has a lower selectivity to buffer hydrofluoric acid than a silicon oxide film, and is therefore etched in the step of forming the contact hole. There were many

【0105】しかし、本実施例のように10ppmの低
濃度で水溶液を用いてニッケルを導入した場合には、耐
フッ酸性が高いので、上記コンタクトホールの形成が安
定して再現性よく行なうことができる。
However, when nickel is introduced by using an aqueous solution at a low concentration of 10 ppm as in this embodiment, since the hydrofluoric acid resistance is high, the formation of the contact hole can be stably performed with good reproducibility. it can.

【0106】最後に、水素中で300〜400℃で0.
1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、TFTが完成する。そして、同時
に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せしめて
アクティブマトリクス型液晶表示装置として完成する。
このTFTは、ソース/ドレイン領域108/109と
チャネル形成領域114を有している。また115がN
Iの電気的接合部分となる。
Finally, in hydrogen at 300 to 400 ° C.
Anneal for 1-2 hours to complete hydrogenation of silicon. In this way, the TFT is completed. Then, a large number of TFTs manufactured at the same time are arranged in a matrix to complete an active matrix liquid crystal display device.
This TFT has source / drain regions 108/109 and a channel formation region 114. Also 115 is N
It becomes the electrical junction of I.

【0107】本実施例の構成を採用した場合、活性層中
に存在するニッケルの濃度は、3×1018cm-3程度あ
るいはそれ以下の、1×1015atoms cm-3〜3×10
18atoms cm-3であると考えられる。
When the structure of this embodiment is adopted, the concentration of nickel existing in the active layer is about 3 × 10 18 cm −3 or less, 1 × 10 15 atoms cm −3 to 3 × 10 5.
It is considered to be 18 atoms cm -3 .

【0108】本実施例で作製されたTFTは、移動度が
Nチャネルで150cm2 /Vs以上のものが得られて
いる。またVthも小さく良好な特性を有していることが
確認されている。さらに、移動度のバラツキも±10%
以内であることが確認されている。このバラツキの少な
さは、加熱処理により不完全な結晶化とレーザー光の照
射による結晶性の助長とによる工程によるものと考えら
れる。レーザー光のみを利用した場合には、Nチャネル
型で150cm2 /Vs以上のものを容易に得ることが
できるが、バラツキが大きく、本実施例のような均一性
を得ることができない。
The TFT manufactured in this example has a mobility of 150 cm 2 / Vs or more in the N channel. It is also confirmed that V th is small and that it has good characteristics. Furthermore, the variation in mobility is ± 10%.
It is confirmed to be within. It is considered that this small variation is due to the process of incomplete crystallization by heat treatment and promotion of crystallinity by irradiation of laser light. When only the laser light is used, an N-channel type having a light intensity of 150 cm 2 / Vs or more can be easily obtained, but the variation is large and the uniformity as in this embodiment cannot be obtained.

【0109】〔実施例4〕本実施例においては、実施例
2に示すようにニッケルを選択的に導入し、その部分か
ら横方向(基板に平行な方向)に結晶成長した領域を用
いて電子デバイスを形成する例を示す。このような構成
を採用した場合、デバイスの活性層領域におけるニッケ
ル濃度をさらに低くすることができ、デバイスの電気的
安定性や信頼性の上から極めて好ましい構成とすること
ができる。
[Embodiment 4] In this embodiment, as shown in Embodiment 2, nickel is selectively introduced, and electrons are emitted from the portion where crystals are grown in the lateral direction (direction parallel to the substrate). An example of forming a device is shown. When such a structure is adopted, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further lowered, and the structure can be made extremely preferable in terms of electrical stability and reliability of the device.

【0110】図4に本実施例の作製工程を示す。まず、
基板201を洗浄し、TEOS(テトラ・エトキシ・シ
ラン)と酸素を原料ガスとしてプラズマCVD法によっ
て厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜202を形成す
る。そして、プラズマCVD法によって、厚さ500〜
1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質
珪素膜203を成膜する。次に連続的に厚さ500〜2
000Å、例えば1000Åの酸化珪素膜205をプラ
ズマCVD法によって成膜する。そして、酸化珪素膜2
05を選択的にエッチングして、非晶質珪素の露出した
領域206を形成する。
FIG. 4 shows the manufacturing process of this embodiment. First,
The substrate 201 is washed, and a base film 202 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å is formed by a plasma CVD method using TEOS (tetra-ethoxy-silane) and oxygen as source gases. Then, by the plasma CVD method, the thickness of 500 to
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film 203 of 1500Å, for example 1000Å, is formed. Next, the thickness is continuously 500-2
A silicon oxide film 205 having a thickness of 000 Å, for example 1000 Å, is formed by a plasma CVD method. Then, the silicon oxide film 2
05 is selectively etched to form exposed regions 206 of amorphous silicon.

【0111】そして実施例2に示した方法により結晶化
を助長する金属元素であるニッケル元素を含んだ溶液
(ここでは酢酸塩溶液)塗布する。酢酸溶液中における
ニッケルの濃度は100ppmである。その他、詳細な
工程順序や条件は実施例2で示したものと同一である。
この工程は、実施例3または実施例4に示した方法によ
るものであってもよい。
Then, according to the method shown in Example 2, a solution containing nickel element which is a metal element for promoting crystallization (here, an acetate solution) is applied. The concentration of nickel in the acetic acid solution is 100 ppm. In addition, the detailed process order and conditions are the same as those shown in the second embodiment.
This step may be according to the method shown in Example 3 or 4.

【0112】この後、窒素雰囲気下で500〜620
℃、例えば550℃、4時間の加熱アニールを行い、珪
素膜203の結晶化を行う。結晶化は、ニッケルと珪素
膜が接触した領域206を出発点として、矢印で示され
るように基板に対して平行な方向に結晶成長が進行す
る。図においては領域204はニッケルが直接導入され
て結晶化した部分、領域203は横方向に結晶化した部
分を示す。この203で示される横方向への結晶は、2
5μm程度である。またその結晶成長方向は概略〈11
1〉軸方向であることが確認されている。(図4
(A))
After that, in a nitrogen atmosphere, 500-620.
The silicon film 203 is crystallized by performing heat annealing at 4 ° C., for example, 550 ° C. for 4 hours. Crystallization proceeds from a region 206 where the nickel film and the silicon film are in contact with each other as a starting point, and crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow. In the figure, a region 204 shows a portion crystallized by direct introduction of nickel, and a region 203 shows a portion crystallized laterally. The crystal in the lateral direction indicated by 203 is 2
It is about 5 μm. The crystal growth direction is roughly <11.
It has been confirmed that the direction is 1> axial. (Fig. 4
(A))

【0113】上記加熱処理による結晶化工程の後に1/
100のバッファフッ酸を用いてフッ酸処理を行う。さ
らに赤外光の照射により、先のフッ酸処理において生じ
た開孔(局在化したニッケル成分(ニッケルシリサイ
ド)が除去された部分)のアニルと珪素膜203の結晶
性の助長を行う。この工程は、波長1.2μmの赤外光
を照射することによって行なう。この工程によって、数
分間で高温加熱処理したものと同等の効果を得ることが
できる。
After the crystallization step by the above heat treatment, 1 /
Hydrofluoric acid treatment is performed using 100 buffer hydrofluoric acid. Further, the irradiation of infrared light promotes the anil of the opening (the portion where the localized nickel component (nickel silicide) is removed) generated in the hydrofluoric acid treatment and the crystallinity of the silicon film 203. This step is performed by irradiating infrared light having a wavelength of 1.2 μm. By this step, it is possible to obtain the same effect as that obtained by performing high temperature heat treatment for several minutes.

【0114】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いる。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が900〜1200℃の間にあるように調
整する。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせる。本実施例では、昇温は、一定で速度
は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20〜100
℃とする。この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱す
ることになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑え
ることができる。
A halogen lamp is used as an infrared light source. The intensity of infrared light is adjusted so that the temperature on the monitor's single crystal silicon wafer is between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer is monitored, and this is fed back to the infrared light source. In this embodiment, the temperature rise is constant, the speed is 50 to 200 ° C./sec, and the temperature fall is 20 to 100 by natural cooling.
℃. Since this infrared light irradiation selectively heats the silicon film, the heating of the glass substrate can be minimized.

【0115】さらに窒素雰囲気中において550℃、4
時間の加熱処理を行い、膜中の欠陥を減少させる。次
に、酸化珪素膜205を除去する。この際、領域206
の表面に形成される酸化膜も同時に除去する。そして、
珪素膜204をパターニング後、ドライエッチングし
て、島状の活性層領域208を形成する。この際、図4
(A)で206で示された領域は、ニッケル成分が除去
されたとはいえ、ニッケルが直接導入された領域であ
り、ニッケルが比較的高濃度に存在する領域である。ま
た、結晶成長の先端にも、やはりニッケルが比較的高濃
度に存在することが確認されている。これらの領域で
は、その中間の領域に比較してニッケルの濃度が高いこ
とが判明している。したがって、本実施例においては、
活性層208において、これらのニッケル濃度の高い領
域がチャネル形成領域と重ならないようにした。こうす
ることで、ニッケル濃度が少なく、しかも結晶性が高い
領域をデバイスの活性層として利用することができる。
Further, in a nitrogen atmosphere, 550 ° C., 4
Heat treatment is performed for a time to reduce defects in the film. Next, the silicon oxide film 205 is removed. At this time, the area 206
The oxide film formed on the surface of is also removed at the same time. And
After patterning the silicon film 204, dry etching is performed to form an island-shaped active layer region 208. At this time, FIG.
The region indicated by 206 in (A) is a region in which nickel was directly introduced, although nickel component was removed, and is a region in which nickel was present in a relatively high concentration. It has also been confirmed that nickel is present at a relatively high concentration at the tip of crystal growth. It has been found that the nickel concentration in these regions is higher than that in the intermediate region. Therefore, in this embodiment,
In the active layer 208, these regions having a high nickel concentration were prevented from overlapping the channel formation region. By doing so, a region having low nickel concentration and high crystallinity can be used as an active layer of the device.

【0116】その後、100体積%の水蒸気を含む10
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲
気中において、1時間放置することによって、活性層
(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209
を形成する。酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピーク
をもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20
9に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に0.
1〜10%のHClを混入してもよい。(図4(B))
Thereafter, 10% containing 100% by volume of water vapor.
The surface of the active layer (silicon film) 208 is oxidized by leaving it in the atmosphere of 500 to 600 ° C., typically 550 ° C. for 1 hour to oxidize the surface of the silicon oxide film 209.
To form. The thickness of the silicon oxide film is 1000Å. After forming the silicon oxide film 209 by thermal oxidation, the substrate is placed in an ammonia atmosphere (1 atm, 100%) at 400 ° C.
To hold. Then, in this state, the substrate is irradiated with infrared light having a peak at a wavelength of 0.6 to 4 μm, for example, 0.8 to 1.4 μm for 30 to 180 seconds, and the silicon oxide film 20 is irradiated.
A nitriding process is performed on 9. At this time, the atmosphere was 0.
1-10% HCl may be mixed. (Fig. 4 (B))

【0117】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極210を形成する。(図2(C))
Subsequently, by the sputtering method,
A film of aluminum (containing 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000Å, for example, 6000Å is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 210. (Fig. 2 (C))

【0118】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211を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層211の厚さは2
000Åである。なお、この酸化物211は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。(図4
(D))
Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 211 on the surface. This anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing 1-5% tartaric acid. The resulting oxide layer 211 has a thickness of 2
It is 000Å. Since the oxide 211 has a thickness to form the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined by the anodic oxidation process. (Fig. 4
(D))

【0119】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスク
として、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここ
では燐)を添加する。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とする。ドーズ量は1×1015〜8×10
15cm-2、例えば、4×1015cm-2とする。この結
果、N型の不純物領域212と213を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(Nチ
ャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク
電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
Next, the gate electrode portion, that is, the gate electrode 210 and the oxide layer 211 around it is used as a mask in the active layer region (which constitutes the source / drain and the channel) by the ion doping method (also called plasma doping method). An impurity (here, phosphorus) that imparts the N conductivity type is added in a self-aligning manner. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, and the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10
It is set to 15 cm -2 , for example, 4 × 10 15 cm -2 . As a result, N-type impurity regions 212 and 213 can be formed. As is clear from the figure, the impurity region and the gate electrode are in an offset state separated by a distance x. Such an offset state is particularly effective in reducing a leak current (also referred to as an off current) when a reverse voltage (negative in the case of an N-channel TFT) is applied to the gate electrode.
In particular, in the TFT for controlling the pixels of the active matrix as in the present embodiment, it is desired that the leak current is low so that the charges accumulated in the pixel electrode do not escape in order to obtain a good image, and therefore an offset is provided. That is valid.

【0120】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行う。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いる
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図4(E))
After that, annealing is performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is used, but other laser may be used. The laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2 and 2 to 10 per place
Shot, for example, 2 shots were irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 4 (E))

【0121】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜215を形成し、表面を平坦化する。
Then, a silicon oxide film 21 having a thickness of 6000Å is formed.
4 as an interlayer insulator is formed by the plasma CVD method. Further, a transparent polyimide film 215 is formed by spin coating to flatten the surface.

【0122】そして、層間絶縁物214、215にコン
タクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線
217、218を形成する。最後に、1気圧の水素雰囲
気で350℃、30分のアニールを行い、TFTを有す
るアクティブマトリクスの画素回路を完成する。(図4
(F))
Then, contact holes are formed in the interlayer insulators 214 and 215, and the electrodes / wirings 217 and 218 of the TFT are formed from a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete an active matrix pixel circuit having TFTs. (Fig. 4
(F))

【0123】本実施例で作製したTFTは高移動度を得
ることができるので、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置のドライバー回路に利用することができる。
Since the TFT manufactured in this embodiment can obtain high mobility, it can be used for a driver circuit of an active matrix type liquid crystal display device.

【0124】〔実施例5〕図5に本実施例の作製工程の
断面図を示す。まず、基板(コーニング7059)50
1上にスパッタリング法によって厚さ2000Åの酸化
珪素の下地膜502を形成する。基板は、下地膜の成膜
の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でアニール
をおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温度以下
まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程(本発明
の熱酸化工程およびその後の熱アニール工程を含む)で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、400〜500
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。
[Embodiment 5] FIG. 5 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this embodiment. First, the substrate (Corning 7059) 50
A base film 502 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å is formed on the substrate 1 by sputtering. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to the strain temperature or less at 0.1 to 1.0 ° C./min. The shrinkage of the substrate in the accompanying steps (including the thermal oxidation step of the present invention and the subsequent thermal annealing step) is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrates, 1-4 at 620-660 ° C
After annealing for an hour, it is gradually cooled at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min, and 400 to 500.
It is recommended to take out when the temperature has dropped to ℃.

【0125】次に、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜を成膜する。そして、実施例1で示した方
法により非晶質珪素膜の表面に結晶化を助長する金属元
素としてニッケルを導入する。そして窒素雰囲気(大気
圧)、550℃、4時間アニールして結晶化させる。そ
して1/50のバッファフッ酸を用いてフッ酸処理を行
い、膜中に局在化したニッケル成分(ニッケルシリサイ
ド)を除去する。さらにKrFエキシマレーザーを照射
し、さらに結晶化を助長させる。さらに窒素雰囲気中に
おいて550℃、4時間の加熱処理を行う。そして、珪
素膜を10〜1000μm角の大きさにパターニングし
て、島状の珪素膜(TFTの活性層)503を形成す
る。(図5(A))
Next, a thickness of 5 is formed by the plasma CVD method.
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film having a thickness of 00 to 1500Å, for example, 1000Å is formed. Then, nickel is introduced into the surface of the amorphous silicon film as a metal element that promotes crystallization by the method described in Example 1. Then, it is annealed in a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure) at 550 ° C. for 4 hours to be crystallized. Then, hydrofluoric acid treatment is performed using 1/50 buffer hydrofluoric acid to remove the nickel component (nickel silicide) localized in the film. Further, it is irradiated with a KrF excimer laser to further promote crystallization. Further, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. Then, the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm square to form an island-shaped silicon film (active layer of TFT) 503. (Figure 5 (A))

【0126】その後、70〜90%の水蒸気を含む1気
圧、500〜750℃、代表的には600℃の酸素雰囲
気を水素/酸素=1.5〜1.9の比率でパイロジェニ
ック反応法を用いて形成する。かかる雰囲気中におい
て、3〜5時間放置することによって、珪素膜表面を酸
化させ、厚さ500〜1500Å、例えば1000Åの
酸化珪素膜504を形成する。注目すべきは、かかる酸
化により、初期の珪素膜は、その表面が50Å以上減少
し、結果として、珪素膜の最表面部分の汚染が、珪素−
酸化珪素界面には及ばないようになることである。すな
わち、清浄な珪素−酸化珪素界面が得られることであ
る。酸化珪素膜の厚さは酸化される珪素膜の2倍である
ので、1000Åの厚さの珪素膜を酸化して、厚さ10
00Åの酸化珪素膜を得た場合には、残った珪素膜の厚
さは500Åということになる。
Thereafter, the pyrogenic reaction method was carried out in an oxygen atmosphere containing 70 to 90% of water vapor at 500 to 750 ° C., typically 600 ° C. at a hydrogen / oxygen ratio of 1.5 to 1.9. It is formed by using. By leaving it in such an atmosphere for 3 to 5 hours, the surface of the silicon film is oxidized to form a silicon oxide film 504 having a thickness of 500 to 1500 Å, for example, 1000 Å. It should be noted that such oxidation reduces the surface of the initial silicon film by 50 Å or more, and as a result, the contamination of the outermost surface portion of the silicon film is reduced to the silicon-
That is, it does not reach the silicon oxide interface. That is, a clean silicon-silicon oxide interface can be obtained. Since the thickness of the silicon oxide film is twice as large as that of the silicon film to be oxidized, a silicon film having a thickness of 1000Å is oxidized to a thickness of 10
When a silicon oxide film of 00Å is obtained, the thickness of the remaining silicon film is 500Å.

【0127】一般に酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜)と活性
層は薄ければ薄いほど移動度の向上、オフ電流の減少と
いう良好な特性が得られる。一方、初期の非晶質珪素膜
の結晶化はその膜厚が大きいほど結晶化させやすい。し
たがって、従来は、活性層の厚さに関して、特性とプロ
セスの面で矛盾が存在していた。本発明はこの矛盾を初
めて解決したものであり、すなわち、結晶化前には非晶
質珪素膜を厚く形成し、良好な結晶性珪素膜を得る。そ
して、次にはこの珪素膜を酸化することによって珪素膜
を薄くし、TFTとしての特性を向上させるものであ
る。さらに、この熱酸化においては、再結合中心の存在
しやすい非晶質成分、結晶粒界が酸化されやすく、結果
的に活性層中の再結合中心を減少させるという特徴も有
する。このため製品の歩留りが高まる。
Generally, the thinner the silicon oxide film (gate insulating film) and the active layer are, the better the mobility is and the better the off current is reduced. On the other hand, in the initial crystallization of the amorphous silicon film, the thicker the film, the easier the crystallization. Therefore, conventionally, regarding the thickness of the active layer, there is a contradiction in terms of characteristics and processes. The present invention solves this contradiction for the first time, that is, a thick amorphous silicon film is formed before crystallization to obtain a good crystalline silicon film. Then, next, the silicon film is thinned by oxidizing the silicon film to improve the characteristics as a TFT. Further, in this thermal oxidation, the amorphous component in which recombination centers are likely to exist and the crystal grain boundaries are easily oxidized, and as a result, the recombination centers in the active layer are reduced. Therefore, the product yield is increased.

【0128】熱酸化によって酸化珪素膜504を形成し
たのち、基板を一酸化二窒素雰囲気(1気圧、100
%)、600℃で2時間アニールする。(図5(B)) 引き続いて、減圧CVD法によって、厚さ3000〜8
000Å、例えば6000Åの多結晶珪素(0.01〜
0.2%の燐を含む)を成膜する。そして、珪素膜をパ
ターニングして、ゲイト電極505を形成する。さら
に、この珪素膜をマスクとして自己整合的に、イオンド
ーピング法(プラズマドーピング法とも言う)によっ
て、活性層領域(ソース/ドレイン、チャネルを構成す
る)にN導電型を付与する不純物(ここでは燐)を添加
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と
する。ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例え
ば、5×1015cm-2とする。この結果、N型の不純物
領域506と507が形成される。
After the silicon oxide film 504 is formed by thermal oxidation, the substrate is placed in a dinitrogen monoxide atmosphere (1 atm, 100 atm).
%), And anneal at 600 ° C. for 2 hours. (FIG. 5 (B)) Subsequently, a thickness of 3000 to 8 is formed by a low pressure CVD method.
000Å, for example, 6000Å polycrystalline silicon (0.01 to
A film containing 0.2% phosphorus) is formed. Then, the silicon film is patterned to form a gate electrode 505. Further, by using the silicon film as a mask, an impurity (phosphorus in this case) which imparts N conductivity type to the active layer region (which constitutes a source / drain and a channel) is self-aligned by an ion doping method (also referred to as plasma doping method). ) Is added. Phosphine (PH 3 ) as doping gas
And the acceleration voltage is set to 60 to 90 kV, for example, 80 kV. The dose amount is set to 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 . As a result, N-type impurity regions 506 and 507 are formed.

【0129】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図6(C))
After that, annealing is performed by irradiation with laser light. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used, but another laser may be used. The laser light irradiation conditions are energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2 and 2 to 10 per place
Irradiate a shot, for example, two shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation of the laser light. (Fig. 6 (C))

【0130】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、1000℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板(遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光(波長0.5〜4
μm)は吸収されにくい)へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
Further, this step may be performed by lamp annealing with near infrared light. Near-infrared rays are more easily absorbed by crystallized silicon than by amorphous silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. On the other hand, a glass substrate (far infrared light is absorbed by the glass substrate, but visible / near infrared light (wavelength 0.5 to 4
(μm) is hard to be absorbed to), so the glass substrate does not have to be heated to a high temperature and can be processed in a short time, so it is an optimal method in the process where shrinkage of the glass substrate is a problem. Can be said.

【0131】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜50
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線509、510を形成する。最後に、1
気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールを行
い、TFTを完成する。(図6(D))
Then, a silicon oxide film 50 having a thickness of 6000Å is formed.
8 is formed as an interlayer insulator by the plasma CVD method. Polyimide may be used as the interlayer insulator. Further, a contact hole is formed, and a TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 509 and 510 are formed. Finally, 1
The TFT is completed by annealing at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at atmospheric pressure. (Figure 6 (D))

【0132】上記に示す方法で得られたTFTの移動度
は110〜150cm2 /Vs、S値は0.2〜0.5
V/桁であった。また、同様な方法によってソース/ド
レインにホウ素をドーピングしたPチャネル型TFTも
作製したところ、移動度は90〜120cm2 /Vs、
S値は0.4〜0.6V/桁であり、公知のPVD法や
CVD法によってゲイト絶縁膜を形成した場合に比較し
て、移動度は2割以上高く、S値は20%以上も減少し
た。また、信頼性の面からも、本実施例で作製されたT
FTは1000℃の高温熱酸化によって作製されたTF
Tにひけをとらない良好な結果を示した。
The TFT obtained by the above method has a mobility of 110 to 150 cm 2 / Vs and an S value of 0.2 to 0.5.
It was V / digit. Further, when a P-channel TFT in which the source / drain is doped with boron was manufactured by the same method, the mobility was 90 to 120 cm 2 / Vs,
The S value is 0.4 to 0.6 V / digit, and the mobility is 20% or more higher than the case where the gate insulating film is formed by the known PVD method or the CVD method, and the S value is 20% or more. Diminished. In addition, in terms of reliability, the T
FT is a TF produced by high temperature thermal oxidation at 1000 ° C.
It showed good results comparable to T.

【0133】〔実施例6〕図6に本実施例の作製工程の
断面図を示す。本実施例で示すTFTは、アクティブマ
トリックス型の液晶表示装置の画素部分に配置されるT
FTに関する。
[Embodiment 6] FIG. 6 shows a cross-sectional view of a manufacturing process of this embodiment. The TFT shown in this embodiment is a TFT arranged in a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device.
Regarding FT.

【0134】まず、基板(コーニング7059)51上
に厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜52を形成する。
さらにプラズマCVD法により非晶質珪素膜を200〜
1500Å、ここでは800Åの真性(I型)の非晶質
珪素膜を形成する。そして実施例1に示した方法によ
り、金属元素であるニッケルを導入し、さらに550
℃、4時間の加熱処理を窒素雰囲気中で行なうことによ
り、結晶性珪素膜に変成する。そして、1/70バッフ
ァフッ酸を用いてフッ酸処理を行い、膜中に局在化した
ニッケル成分を除去する。そしてKrFエキシマレーザ
ー光を照射するこにより、この結晶性珪素膜の結晶性を
さらに助長させる。さらに窒素雰囲気中において550
℃、4時間の加熱処理を加える。
First, a base film 52 of silicon oxide having a thickness of 2000 Å is formed on a substrate (Corning 7059) 51.
Further, an amorphous silicon film is formed by plasma CVD to 200-
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film of 1500 Å, here 800 Å, is formed. Then, by the method shown in Example 1, nickel, which is a metal element, is introduced, and 550
The crystalline silicon film is transformed by performing a heat treatment at 4 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. Then, hydrofluoric acid treatment is performed using 1/70 buffer hydrofluoric acid to remove the nickel component localized in the film. Then, the crystallinity of this crystalline silicon film is further promoted by irradiating with KrF excimer laser light. 550 in a nitrogen atmosphere
Add heat treatment at 4 ° C. for 4 hours.

【0135】このようにして得られた結晶性珪素膜は、
特定に領域に明確な結晶粒界が存在しない結晶性珪素膜
とすることができ、その表面の任意の場所にTFTの活
性層を形成することができる。即ち、膜全体が一様に結
晶化しているので、マトリクス状に薄膜トランジスタを
形成した場合であっても、TFTの活性層を構成する結
晶性珪素膜の物性を全体において一様にすることがで
き、結果として特性のバラツキの小さい多数のTFTを
形成することができる。また膜中におけるニッケル成分
を極めて少なくすることができるので、デバイスの安定
性を高めることができる。
The crystalline silicon film thus obtained is
A crystalline silicon film having no specific crystal grain boundary in a specific region can be formed, and an active layer of a TFT can be formed at an arbitrary position on the surface thereof. That is, since the entire film is crystallized uniformly, even when the thin film transistors are formed in a matrix, the physical properties of the crystalline silicon film forming the active layer of the TFT can be made uniform throughout. As a result, a large number of TFTs with small variations in characteristics can be formed. Moreover, since the nickel component in the film can be extremely reduced, the stability of the device can be enhanced.

【0136】そしてパターニングを行なうことにより、
結晶性珪素で構成された島状領域53を形成する。そし
てさらに島状領域を覆って、厚さ1000Åの酸化珪素
膜54を形成する。以下においては、図6用いて一つの
TFTを形成する例を示すが、実際には、マトリクス状
に必要とする数のTFTが同時に形成される。
Then, by patterning,
An island region 53 made of crystalline silicon is formed. Then, a silicon oxide film 54 having a thickness of 1000Å is formed so as to cover the island region. Although an example of forming one TFT will be described below with reference to FIG. 6, actually, the required number of TFTs are formed in a matrix at the same time.

【0137】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム膜(0.1〜0.3重量%のスカンジウムを含
む)を堆積する。そして、アルミニウム膜の表面に厚さ
100〜400Åの薄い陽極酸化物を形成する。そし
て、このように処理したアルミニウム膜上に、スピンコ
ート法によって厚さ1μm程度のフォトレジストを形成
する。そして、公知のフォトリソグラフィー法によっ
て、ゲイト電極55を形成する。ここでゲイト電極上に
は、フォトレジストのマスク56が残存する。(図6
(A))
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film (containing 0.1 to 0.3% by weight of scandium) having a thickness of 3000 to 8000 Å, for example, 6000 Å is deposited. Then, a thin anodic oxide having a thickness of 100 to 400 Å is formed on the surface of the aluminum film. Then, a photoresist having a thickness of about 1 μm is formed on the aluminum film thus treated by a spin coating method. Then, the gate electrode 55 is formed by a known photolithography method. Here, the photoresist mask 56 remains on the gate electrode. (FIG. 6
(A))

【0138】次に、基板を10%シュウ酸水溶液に浸漬
し、5〜50V、例えば8Vの定電圧で10〜500
分、例えば200分陽極酸化をおこなうことによって、
厚さ約5000Åの多孔質の陽極酸化物57をゲイト電
極の側面に形成する。ゲイト電極の上面にはマスク材5
6が存在していたので、陽極酸化はほとんど進行しな
い。(図6(B))
Next, the substrate is immersed in a 10% oxalic acid aqueous solution, and 10 to 500 at a constant voltage of 5 to 50 V, for example, 8 V.
Minutes, for example 200 minutes, by anodizing,
A porous anodic oxide 57 having a thickness of about 5000Å is formed on the side surface of the gate electrode. Mask material 5 on top of the gate electrode
Since 6 was present, anodic oxidation hardly progressed. (Fig. 6 (B))

【0139】次に、マスク材を除去して、ゲイト電極上
面を露出させ、3%酒石酸のエチレングリコール溶液
(アンモニアで中性にpH調整したもの)中に基板を浸
漬し、これに電流を流して、1〜5V/分、例えば4V
/分で電圧を100Vまで上昇させて、陽極酸化を行な
う。この際には、ゲイト電極上面のみならず、ゲイト電
極側面も陽極酸化されて、緻密な無孔質陽極酸化物58
が厚さ1000Å形成される。この陽極酸化物の耐圧は
50V以上である。(図6(C))
Next, the mask material is removed to expose the upper surface of the gate electrode, and the substrate is immersed in a 3% ethylene glycol solution of tartaric acid (pH adjusted to neutral with ammonia), and an electric current is applied to this. 1-5V / min, for example 4V
The voltage is increased to 100 V at the speed of / minute to perform anodization. At this time, not only the upper surface of the gate electrode but also the side surface of the gate electrode is anodized, and a dense non-porous anodic oxide 58 is formed.
Is formed with a thickness of 1000Å. The withstand voltage of this anodic oxide is 50 V or more. (Fig. 6 (C))

【0140】次に、ドライエッチング法によって、酸化
珪素膜54をエッチングする。このエッチングにおいて
は、陽極酸化物37および38はエッチングされず、酸
化珪素膜のみがエッチングされる。また、陽極酸化物の
下の酸化珪素膜はエッチングされずにゲイト絶縁膜59
として残る。(図6(D))
Next, the silicon oxide film 54 is etched by the dry etching method. In this etching, anodic oxides 37 and 38 are not etched, only the silicon oxide film is etched. In addition, the silicon oxide film under the anodic oxide is not etched and the gate insulating film 59 is not etched.
Remains as. (Figure 6 (D))

【0141】次に、燐酸、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用
いて多孔質陽極酸化物57をエッチングし、無孔質陽極
酸化物58を露出させる。そして、プラズマドーピング
法によって、シリコン領域33にゲイト電極35および
側面の多孔質陽極酸化物37をマスクとして不純物
(燐)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5〜30kV、例えば
10kVとする。ドーズ量は1×1014〜8×1015
-2、例えば、2×1015cm-2とする。
Next, the porous anodic oxide 57 is etched using phosphoric acid, a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid to expose the non-porous anodic oxide 58. Then, an impurity (phosphorus) is implanted into the silicon region 33 by plasma doping using the gate electrode 35 and the porous anodic oxide 37 on the side surface as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, and the acceleration voltage is set to 5 to 30 kV, for example, 10 kV. Dose amount is 1 × 10 14 to 8 × 10 15 c
m −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 .

【0142】このドーピング工程においては、ゲイト絶
縁膜59で被覆されていない領域60には高濃度の燐が
注入されるが、ゲイト絶縁膜59で表面の覆われた領域
61においては、ゲイト絶縁膜が障害となって、ドーピ
ング量は少なく、本実施例では、領域60の0.1〜5
%の不純物しか注入されなない。この結果、N型の高濃
度不純物領域60および低濃度不純物領域61が形成さ
れる。(図6(E))
In this doping step, a high concentration of phosphorus is implanted into the region 60 which is not covered with the gate insulating film 59, but in the region 61 whose surface is covered with the gate insulating film 59, the gate insulating film is formed. Is a hindrance, and the doping amount is small.
Only% impurities are injected. As a result, N-type high-concentration impurity regions 60 and low-concentration impurity regions 61 are formed. (Fig. 6 (E))

【0143】その後、上面からレーザー光を照射して、
レーザーアニールをおこない、ドーピングされた不純物
を活性化する。続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜6
2を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。そして、画素電極となるITO電極64を形成す
る。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tのソース領域、ドレイン領域の電極・配線63を形成
する。最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分
のアニールをおこなった。以上の工程によって薄膜トラ
ンジスタが完成する。(図6(F))
After that, laser light is radiated from the upper surface,
Laser annealing is performed to activate the doped impurities. Then, a silicon oxide film 6 having a thickness of 6000Å
2 is formed as an interlayer insulator by the plasma CVD method. Then, the ITO electrode 64 to be the pixel electrode is formed. Further, a contact hole is formed, and a TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
An electrode / wiring 63 for the source and drain regions of T is formed. Finally, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm. The thin film transistor is completed through the above steps. (Fig. 6 (F))

【0144】本実施例では、いわゆる低濃度ドレイン
(LDD)構造と同じ構造を得ることができる。LDD
構造はホットキャリヤによる劣化を抑制するうえで有効
であることが示されているが、本実施例で作製したTF
Tでも同じ効果が得られる。しかしながら、公知のLD
Dを得るプロセスに比較すると、本実施例では1回のド
ーピング工程によって、LDDが得られることに特徴が
ある。また、本実施例では多孔質陽極酸化物57によっ
て画定されたゲイト絶縁膜59を利用することによって
高濃度不純物領域60が画定されていることに特徴があ
る。すなわち、最終的には多孔質陽極酸化物57によっ
て、間接的に不純物領域が画定されるのである。そし
て、本実施例で明らかなように、LDD領域の幅xは、
実質的に多孔質陽極酸化物の幅によって決定される。
In this example, the same structure as a so-called low-concentration drain (LDD) structure can be obtained. LDD
Although the structure has been shown to be effective in suppressing deterioration due to hot carriers, the TF produced in this example
The same effect can be obtained with T. However, the known LD
Compared with the process for obtaining D, this embodiment is characterized in that LDD can be obtained by a single doping step. Further, the present embodiment is characterized in that the high-concentration impurity region 60 is defined by utilizing the gate insulating film 59 defined by the porous anodic oxide 57. That is, finally, the impurity regions are indirectly defined by the porous anodic oxide 57. Then, as is clear in this embodiment, the width x of the LDD region is
Substantially determined by the width of the porous anodic oxide.

【0145】本実施例の作製方法を用いて、より高度な
集積化を実行することができる。そして、その際には、
TFTの必要とされる特性に応じてオフセット領域ある
いはLDD領域の幅xを変化させるとより都合がよい。
特に、本実施例の構成を採用した場合、OFF電流の低
減を実現することができるので、画素電極における電荷
保持を目的としたTFTには最適なものとなる。
A higher degree of integration can be performed by using the manufacturing method of this embodiment. And at that time,
It is more convenient to change the width x of the offset region or the LDD region according to the required characteristics of the TFT.
In particular, when the configuration of the present embodiment is adopted, it is possible to realize reduction of the OFF current, and therefore it is most suitable for the TFT for the purpose of retaining charges in the pixel electrode.

【0146】〔実施例7〕図7には、1枚のガラス基板
上にディスプレーから、CPU、メモリーまで搭載した
集積回路を用いた電気光学システムののブロック図を示
す。ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号
を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、ア
クティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等
を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特
に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性
メモリーとして融資、個別に補正するためのものであ
る。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合
には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信
号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。
または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その
画素により大きな信号を送って、周囲の画素同じ明るさ
となるようにするものである。
[Embodiment 7] FIG. 7 shows a block diagram of an electro-optical system using an integrated circuit in which a display, a CPU and a memory are mounted on one glass substrate. Here, the input port is a memory unique to the panel that reads a signal input from the outside and converts it into an image signal, and the correction memory corrects the input signal according to the characteristics of the active matrix panel. is there. In particular, this correction memory is for financing and individually correcting the information unique to each pixel as a non-volatile memory. That is, when a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected accordingly is sent to the pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous.
Alternatively, when the pixel is darker than the surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so that the surrounding pixels have the same brightness.

【0147】CPUとメモリーは通常のコンピュータの
ものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メ
モリーをRAMとして持っている。また、画像情報に応
じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させ
ることもできる。
The CPU and the memory are similar to those of a normal computer, and in particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. Further, the backlight for irradiating the substrate from the back side can be changed according to the image information.

【0148】そして、これらの回路のそれぞれに適した
オフセット領域あるいはLDD領域の幅を得るために、
3〜10系統の配線を形成し、個々に陽極酸化条件を変
えられるようにすればよい。典型的には、アクティブマ
トリクス回路においては、チャネル長が10μmで、L
DD領域の幅は0.4〜1μm、例えば、0.6μm。
ドライバーにおいては、Nチャネル型TFTで、チャネ
ル長8μm、チャネル幅200μmとし、LDD領域の
幅は0.2〜0.3μm、例えば、0.25μm。同じ
くPチャネル型TFTにおいては、チャネル長5μm、
チャネル幅500μmとし、LDD領域の幅は0〜0.
2μm、例えば、0.1μm。デコーダーにおいては、
Nチャネル型TFTで、チャネル長8μm、チャネル幅
10μmとし、LDD領域の幅は0.3〜0.4μm、
例えば、0.35μm。同じくPチャネル型TFTにお
いては、チャネル長5μm、チャネル幅10μmとし、
LDD領域の幅は0〜0.2μm、例えば、0.1μm
とすればよい。さらに、図6における、CPU、入力ポ
ート、補正メモリー、メモリーのNTFT、PTFTは
高周波動作、低消費電力用のデコーダーと同様にLDD
領域の幅を最適化すればよい。かくして、電気光学装置
74を絶縁表面を有する同一基板上に形成することがで
きた。
Then, in order to obtain the width of the offset region or LDD region suitable for each of these circuits,
Wirings of 3 to 10 systems may be formed so that anodizing conditions can be individually changed. Typically, in an active matrix circuit, the channel length is 10 μm and L
The width of the DD region is 0.4 to 1 μm, for example, 0.6 μm.
In the driver, an N-channel TFT has a channel length of 8 μm and a channel width of 200 μm, and the LDD region has a width of 0.2 to 0.3 μm, for example, 0.25 μm. Similarly, in the P-channel TFT, the channel length is 5 μm,
The channel width is 500 μm, and the width of the LDD region is 0 to 0.
2 μm, for example 0.1 μm. In the decoder,
The N-channel TFT has a channel length of 8 μm and a channel width of 10 μm, and the LDD region has a width of 0.3 to 0.4 μm.
For example, 0.35 μm. Similarly, in the P-channel TFT, the channel length is 5 μm and the channel width is 10 μm.
The width of the LDD region is 0 to 0.2 μm, for example, 0.1 μm
And it is sufficient. Further, in FIG. 6, the CPU, the input port, the correction memory, the NTFT and PTFT of the memory are LDD as in the decoder for high frequency operation and low power consumption.
The width of the area may be optimized. Thus, the electro-optical device 74 could be formed on the same substrate having an insulating surface.

【0149】本発明においては、高抵抗領域の幅を2〜
4種類、またはそれ以上に用途によって可変することを
特徴としている。また、この領域はチャネル形成領域と
全く同じ材料、同じ導電型であるという必要はない。す
なわち、NTFTでは、微量にN型不純物を、また、P
TFTでは微量にP型不純物を添加し、また、選択的に
炭素、酸素、窒素等を添加して高抵抗領域を形成するこ
ともホットキャリヤによる劣化と信頼性、周波数特性、
オフ電流とのトレードオフを解消する上で有効である。
In the present invention, the width of the high resistance region is set to 2 to
It is characterized by being able to change four or more types depending on the application. Further, this region does not need to be made of the same material and the same conductivity type as the channel forming region. That is, in the NTFT, a small amount of N-type impurities and P
In the TFT, it is also possible to add a small amount of P-type impurities and selectively add carbon, oxygen, nitrogen or the like to form a high resistance region, because deterioration due to hot carriers, reliability, frequency characteristics,
This is effective in eliminating the trade-off with off current.

【0150】また、画素電極に設けられたTFTを駆動
するドライバー回路のTFTとしては、図3〜図5に示
したTFTを用いることが望ましい。
Further, as the TFT of the driver circuit for driving the TFT provided on the pixel electrode, it is desirable to use the TFT shown in FIGS.

【0151】〔実施例8〕本実施例は、概略以下の作製
工程によって形成されることを特徴とする。 (1)非晶質珪素膜をニッケル元素を用いた加熱処理に
より結晶化させる。 (2)上記工程で結晶化された珪素膜に対して1/10
0バッファフッ酸を用いてフッ酸処理を行うことによ
り、珪素膜中に局在化したニッケル成分(ニッケルシリ
サイド)を除去する。 (3)レーザー光の照射を行うことにより(1)の工程
において結晶化された珪素膜の結晶性を助長させる。 (4)ゲイト電極を形成し、このゲイト電極をマスクと
して、不純物イオン注入を行い、ソース/ドレイン領域
を形成する。 (5)加熱処理を行い、ソース/ドレイン領域の再結晶
化と注入された不純物の活性化を行う。 以上のように、本実施例においては、加熱処理−ニッケ
ル除去−レーザー光照射−加熱処理を行うことを特徴と
する。ここで、第1の加熱処理は非晶質珪素膜の結晶化
の為であり、レーザー光照射は非晶質珪素膜の結晶化を
助長させるためのものであり、第2の加熱処理はソース
/ドレイン領域の再結晶化と該領域に注入された不純物
の活性化、さらにチャネル形成領域中における欠陥の除
去を行う為のものである。
[Embodiment 8] This embodiment is characterized by being formed by the following manufacturing steps. (1) The amorphous silicon film is crystallized by heat treatment using nickel element. (2) 1/10 of the silicon film crystallized in the above process
By performing hydrofluoric acid treatment using 0 buffer hydrofluoric acid, the nickel component (nickel silicide) localized in the silicon film is removed. (3) By irradiating the laser beam, the crystallinity of the silicon film crystallized in the step (1) is promoted. (4) A gate electrode is formed, and impurity ions are implanted using this gate electrode as a mask to form source / drain regions. (5) A heat treatment is performed to recrystallize the source / drain regions and activate the implanted impurities. As described above, the present embodiment is characterized in that heat treatment-nickel removal-laser light irradiation-heat treatment is performed. Here, the first heat treatment is for crystallization of the amorphous silicon film, the laser light irradiation is for promoting crystallization of the amorphous silicon film, and the second heat treatment is for the source. The purpose is to recrystallize the / drain region, activate the impurities implanted in the region, and remove defects in the channel formation region.

【0152】以下に図9に示す薄膜トランジスタの作製
工程を示す。まずガラス基板901上に下地の酸化珪素
膜902を2000Åの厚さにスパッタ法によって形成
する。次に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧
熱CVD法によって1000Åの厚さに形成する。そし
て、ニッケル酢酸塩を用いて非晶質珪素膜の表面にニッ
ケル元素を導入する。そして加熱処理を施すことによ
り、非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜903を
得る。ここでは、550度、4時間の加熱処理を行うこ
とにより結晶性珪素膜を得る。
The steps of manufacturing the thin film transistor shown in FIG. 9 will be described below. First, an underlying silicon oxide film 902 is formed on a glass substrate 901 to a thickness of 2000 Å by a sputtering method. Next, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000Å by plasma CVD method or low pressure thermal CVD method. Then, nickel element is introduced into the surface of the amorphous silicon film using nickel acetate. Then, by performing heat treatment, the amorphous silicon film is crystallized and a crystalline silicon film 903 is obtained. Here, a crystalline silicon film is obtained by performing heat treatment at 550 ° C. for 4 hours.

【0153】上記加熱処理の終了後、1/100バッフ
ァフッ酸を用いてフッ酸処理を行い膜中に局在化(偏
析)したニッケル成分を除去する。次にXeClエキシ
マレーザー(波長308nm)、XeFエキシマレーザ
ーを300mJ/cm2 の照射強度で照射し、結晶性珪
素膜903の結晶性を助長させる。(図9(A))
After completion of the above heat treatment, hydrofluoric acid treatment is performed using 1/100 buffer hydrofluoric acid to remove the nickel component localized (segregated) in the film. Next, XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) and XeF excimer laser are irradiated at an irradiation intensity of 300 mJ / cm 2 to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 903. (Fig. 9 (A))

【0154】次に結晶性珪素膜903に対してパターニ
ングを施すことにより、薄膜トランジスタの活性層を形
成する。そしてゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜を100
0Åの厚さにプラズマCVD法で形成する。ゲイト絶縁
膜の形成後、アルミニウムを主成分とする膜を5000
Åの厚さに形成し、パターニングを施すことにより、ゲ
イト電極905を形成する。そして、ゲイト電極905
を陽極として電解溶液中において陽極酸化を行うことに
よって、ゲイト電極905の周囲に酸化物層906を形
成する。ここではこの酸化物層905の厚さは2000
Åとする。
Next, the crystalline silicon film 903 is patterned to form the active layer of the thin film transistor. Then, a silicon oxide film to be a gate insulating film is formed by 100
It is formed to a thickness of 0Å by the plasma CVD method. After forming the gate insulating film, a film containing aluminum as a main component
The gate electrode 905 is formed by forming it to a thickness of Å and performing patterning. And the gate electrode 905
Is used as an anode to perform anodization in an electrolytic solution to form an oxide layer 906 around the gate electrode 905. Here, the oxide layer 905 has a thickness of 2000.
Å

【0155】次にゲイト電極905とゲイト電極905
周囲の酸化物層906をマスクとして不純物イオンの注
入を行い、自己整合的にソース領域907とドレイン領
域911、チャネル形成領域909、オフセットゲイト
領域908、910を形成する。ここではNチャネル型
の薄膜トランジスタを得るために不純物イオンとしてリ
ンのイオンを用いる。なおこの際、ソース/ドレイン領
域はイオンの衝撃によって非晶質化される。(図9
(B))
Next, the gate electrode 905 and the gate electrode 905
Impurity ions are implanted using the surrounding oxide layer 906 as a mask to form the source region 907 and the drain region 911, the channel formation region 909, and the offset gate regions 908 and 910 in a self-aligned manner. Here, phosphorus ions are used as impurity ions in order to obtain an N-channel thin film transistor. At this time, the source / drain regions are made amorphous by the impact of ions. (Fig. 9
(B))

【0156】次に(C)に示す工程において、500
度、2時間の加熱処理を施すことにより、ソース領域9
07とドレイン領域911の再結晶化と注入されたリン
イオンの活性化とを行う。この工程においては、結晶性
を有しているオフセットゲイト領域908と非晶質化し
ているソース領域907との界面から矢印912で示す
ような結晶成長が進行する。この結晶成長は、オフセッ
トゲイト領域908を核として進行する。また同様に結
晶性を有しているオフセットゲイト領域910と非晶質
化しているドレイン領域911との界面から矢印912
で示すような結晶成長が進行する。この結晶成長は、ソ
ース/ドレイン領域に注入されているリンイオンの作用
により、500度またはそれ以下の温度において容易に
進行する。また、オフセットゲイト領域から連続した結
晶構造を得ることができるので、格子不整合に起因する
欠陥の集中を防ぐことができる。
Next, in the step shown in (C), 500
Once the heat treatment is performed for 2 hours, the source region 9
07 and the drain region 911 are recrystallized and the implanted phosphorus ions are activated. In this step, crystal growth as indicated by arrow 912 proceeds from the interface between the offset gate region 908 having crystallinity and the amorphized source region 907. This crystal growth proceeds with the offset gate region 908 as a nucleus. Similarly, an arrow 912 is drawn from the interface between the offset gate region 910 having crystallinity and the amorphized drain region 911.
Crystal growth proceeds as shown by. This crystal growth easily progresses at a temperature of 500 ° C. or lower due to the action of phosphorus ions implanted in the source / drain regions. Further, since a continuous crystal structure can be obtained from the offset gate region, concentration of defects due to lattice mismatch can be prevented.

【0157】この(C)の工程で行われる加熱処理工程
は、300度以上の温度で行えばよい。本実施例のよう
な場合は、ゲイト電極にアルミニウムを用いており、ま
たガラス基板の耐熱性の問題もあるので、300〜60
0度の温度において行えばよい。
The heat treatment step performed in step (C) may be performed at a temperature of 300 ° C. or higher. In the case of this embodiment, aluminum is used for the gate electrode and there is a problem of heat resistance of the glass substrate.
It may be performed at a temperature of 0 degree.

【0158】またこの(C)で示す加熱処理工程におい
て、加熱処理工程の前または後にレーザー光または強光
の照射によるアニールを組み合わせることは有効であ
る。
In the heat treatment step shown in (C), it is effective to combine annealing by irradiation of laser light or strong light before or after the heat treatment step.

【0159】次に層間絶縁膜を6000Åの厚さにプラ
ズマCVD法で形成し、さらにソース電極914とドレ
イン電極915を形成する。そして350度の水素雰囲
気中において加熱処理を施すことにより、水素化を行い
(D)に示す薄膜トランジスタを完成させる。
Next, an interlayer insulating film is formed to a thickness of 6000Å by the plasma CVD method, and then a source electrode 914 and a drain electrode 915 are formed. Then, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to perform hydrogenation, so that the thin film transistor illustrated in FIG.

【0160】本実施例においては、オフセットゲイト領
域908と910を形成する構成を示したが、オフセッ
トゲイト領域を形成しない場合には、(C)の加熱工程
において、結晶性を有しているチャネル形成領域からソ
ース/ドレイン領域へと結晶化が進行することになる。
In this embodiment, the structure in which the offset gate regions 908 and 910 are formed has been described. However, when the offset gate regions are not formed, the channel having crystallinity is used in the heating step (C). Crystallization proceeds from the formation region to the source / drain regions.

【0161】〔実施例9〕本実施例は、ニッケルを用い
て結晶化させた結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ
の活性層を形成し、その活性層に対して各種の洗浄また
はエッチング(金属元素や各種不純物の除去のための洗
浄またはエッチングを)を行った場合のその効果につい
て主に示す。
[Embodiment 9] In this embodiment, an active layer of a thin film transistor is formed using a crystalline silicon film crystallized using nickel, and various cleaning or etching (metal element) is performed on the active layer. And the effect of cleaning or etching for removing various impurities) will be mainly described.

【0162】本実施例における比較は、上記活性層に対
する洗浄またはエッチング工程の条件の違いを得られた
薄膜トランジスタの各種特性によって見たものである。
図12に上記洗浄またはエッチング工程の条件の違いを
示す。薄膜トランジスタの作製工程において異なるの
は、図12に示す活性層に対する洗浄またはエッチング
工程の条件のみである。
The comparison in the present embodiment is made by looking at various characteristics of the thin film transistor in which the difference in the condition of the cleaning or etching process for the active layer is obtained.
FIG. 12 shows the difference in the conditions of the cleaning or etching process. The manufacturing process of the thin film transistor is different only in the conditions of the cleaning or etching process for the active layer shown in FIG.

【0163】図12に示す条件において、番号1の条件
は1/50のBHF(バッファーフッ酸)を用いて活性
層の表面を洗浄(エッチング処理)する条件である。番
号2はFPM(過水とフッ酸との混合液を水で希釈した
もの)によって、活性層の表面を洗浄する条件である。
番号3は活性層に対してFPMによる洗浄を行った後に
オゾン水による洗浄を行う条件である。番号4は活性層
に対してオゾン水による洗浄を行った後にFPMによる
洗浄を行う条件である。
In the conditions shown in FIG. 12, the condition of No. 1 is a condition of cleaning (etching) the surface of the active layer with 1/50 BHF (buffer hydrofluoric acid). No. 2 is a condition for cleaning the surface of the active layer with FPM (a mixed solution of perhydrogen and hydrofluoric acid diluted with water).
No. 3 is a condition for performing cleaning with FPM on the active layer and then cleaning with ozone water. No. 4 is a condition for performing cleaning with FPM after cleaning the active layer with ozone water.

【0164】番号5は硫酸過水とアンモニア過水と塩酸
過水と1/100フッ酸との混合液によって、活性層の
表面を洗浄する条件である。番号6は活性層に対して硫
酸過水による洗浄を行った後ににさらにFPMによる洗
浄を行う条件である。番号7は活性層に対してオゾン水
による洗浄を行った後にさらに界面活性剤入りのBHF
による洗浄を行う条件である。
No. 5 is a condition for cleaning the surface of the active layer with a mixed solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide, ammonia / hydrogen peroxide, hydrochloric acid / hydrogen peroxide and 1/100 hydrofluoric acid. No. 6 is a condition under which the active layer is washed with sulfuric acid / hydrogen peroxide and then further washed with FPM. No. 7 is BHF containing a surfactant after cleaning the active layer with ozone water.
This is the condition for performing cleaning by.

【0165】図12に示すような各条件の洗浄工程の後
は、ゲイト絶縁膜を形成する。そしてさらにゲイト電極
の形成、ソース/ドレイン領域の形成、層間絶縁膜の形
成、ソース/ドレイン電極の形成を行い薄膜トランジス
タを完成させる。
After the cleaning process under each condition as shown in FIG. 12, a gate insulating film is formed. Further, a gate electrode is formed, a source / drain region is formed, an interlayer insulating film is formed, and a source / drain electrode is formed to complete a thin film transistor.

【0166】図13に得られた薄膜トランジスタのVth
(しきい値)のデータを示す。図の横軸の基板番号は図
12の実験番号に対応する。図13から明らかなよう
に、2乃至7の実験条件による薄膜トランジスタは、N
チャネル型のVthがプラス2〜3Vのノーマリーオフ
(ゲイト電極に加える電圧が0V以上の状態でトランジ
スタがOFFの状態)の特性を有している。
V th of the thin film transistor obtained in FIG.
The data of (threshold) is shown. The substrate number on the horizontal axis of the figure corresponds to the experiment number of FIG. As is clear from FIG. 13, the thin film transistors under the experimental conditions of 2 to 7 have N
The channel type has a normally-off characteristic in which Vth is +2 to 3V (a transistor is OFF when the voltage applied to the gate electrode is 0V or more).

【0167】またPチャネル型のVthは─1〜─2Vの
ノーマリーオフの特性を有している。このような特性
は、実際に薄膜トランジスタを利用する場合に好ましい
ものである。しかし、条件1の場合は、Pチャネル型と
Nチャネル型のVth特性に違いがあり好ましい特性とは
いえない。
The P-channel type V th has a normally-off characteristic of −1 to −2V. Such characteristics are preferable when actually using the thin film transistor. However, in the case of condition 1, there is a difference in V th characteristics between the P-channel type and the N-channel type, which is not a preferable characteristic.

【0168】図14にVthの値のバラツキの度合いを示
す標準偏差を示す。この図より、条件1及び条件4及ぶ
条件7の場合に最もバラツキのないVth特性が得られて
いることが分かる。このことは、これらの条件を採用し
た場合に最もVth特性のそろった薄膜トランジスタを得
ることができるということを意味している。
FIG. 14 shows the standard deviation showing the degree of variation in the value of V th . From this figure, it can be seen that the most uniform V th characteristics are obtained under the conditions 1 and 4 and 7. This means that when these conditions are adopted, a thin film transistor having the most V th characteristics can be obtained.

【0169】しかし、図13に示されるように条件1の
特性は好ましいものではい。従って、Vthの特性とその
値のバラツキに関して総合的に見るならば、条件4及び
条件7の場合が好ましいものとなる。
However, the characteristic of Condition 1 as shown in FIG. 13 is not preferable. Therefore, from the perspective of the characteristics of V th and the variation in the values, the cases of Condition 4 and Condition 7 are preferable.

【0170】図15に各条件に対応するOFF電流特性
を示す。図15に示すのは、Nチャネル型の場合でVD
=14V、VG =−4.5Vの場合のOFF電流の値を
示すのである。またPチャネルの場合は、VD =14
V、VG =4.5Vの場合のOFF電流の値を示すもの
である。
FIG. 15 shows the OFF current characteristics corresponding to each condition. FIG. 15 shows V D in the case of the N channel type.
= 14V and V G = -4.5V, the OFF current value is shown. In the case of P channel, V D = 14
It shows the value of the OFF current when V, V G = 4.5V.

【0171】図15を見れば分かるように条件4及び条
件7の場合にNチャネル型およびPチャネル型の両方に
おいて最も低いOFF電流値が得られる。
As can be seen from FIG. 15, the lowest OFF current value is obtained in both the N-channel type and the P-channel type under the conditions 4 and 7.

【0172】また図16に図15に示すOFF電流値の
標準偏差を示す。図15を見れば明らかなように条件4
の場合に最もバラツキの少ないOFF電流特性を得るこ
とができる。
FIG. 16 shows the standard deviation of the OFF current value shown in FIG. As is clear from FIG. 15, condition 4
In this case, the OFF current characteristic with the least variation can be obtained.

【0173】以上示したデータから以下の結論を得るこ
とができる。「総合的に見て、オゾン水による洗浄を行
い、ついでフッ酸を含んだエッチャントによる洗浄(エ
ッチング)を行うことで、特性が良好でしかも特性にバ
ラツキのない薄膜トランジスタを得ることができる。」
The following conclusions can be drawn from the data presented above. "Overall, by performing cleaning with ozone water and then cleaning (etching) with an etchant containing hydrofluoric acid, it is possible to obtain a thin film transistor having good characteristics and no variations in characteristics."

【0174】このような処理を行うことで有意な効果が
得られるのは以下の理由によるものと考えられる。
The reason why a significant effect is obtained by performing such processing is considered to be as follows.

【0175】理想的な状態においては、活性層の表面に
おける珪素原子の結合手は水素原子によって終端される
必要がある。しかし、実際にはその多くが有機物等の不
純物によって実質的に終端されている。
In an ideal state, the bonds of silicon atoms on the surface of the active layer need to be terminated by hydrogen atoms. However, many of them are actually terminated by impurities such as organic substances.

【0176】このような状態はトラップ準位を高密度で
生成してしまうことにつながる。また、結晶化に寄与し
た金属元素が活性層の表面において露呈した状態にある
と、そこにはトラップ準位が形成されてしまう。
Such a state leads to generation of trap levels with high density. Further, if the metal element contributing to crystallization is exposed on the surface of the active layer, a trap level will be formed there.

【0177】さらにまた、薄膜トランジスタの活性層を
パターニングによって形成する際に活性層の表面に不対
結合手が形成されてしまう。特にプラズマを用いたドラ
イエッチングを利用した場合には、プラズマダメージに
よってこの傾向が顕在化してしまう。
Furthermore, when the active layer of the thin film transistor is formed by patterning, dangling bonds are formed on the surface of the active layer. Particularly when dry etching using plasma is used, this tendency becomes apparent due to plasma damage.

【0178】いずれにしてもこのような状態は高い密度
でのトラップ準位の形成を招いてしまう。
In any case, such a state leads to the formation of trap levels with high density.

【0179】このようなトラップ準位はVthのシフトや
そのバラツキ、さらにはOFF電流値の増大やそのバラ
ツキの要因となる。即ち、トラップ準位を経由したキャ
リアの移動に起因してVthのシフトやOFF電流値の増
大が生じてしまう。また、このトラップ準位を経由した
キャリアの移動は不安定なものであるので、上記Vth
シフトやOFF電流値にはバラツキが生じてしまう。
Such a trap level causes V th shift and its variation, and further increases the OFF current value and its variation. That is, the shift of V th and the increase of the OFF current value occur due to the movement of carriers via the trap level. Further, since the movement of carriers via the trap level is unstable, variations in the V th shift and the OFF current value occur.

【0180】このような状態において、図12の条件4
や条件7に示すような処理を活性層の表面に対して行う
と、活性層の表面に存在している有機物等の不純物と金
属元素とを除去することができる。
In such a state, the condition 4 of FIG.
When the surface of the active layer is subjected to the treatment as shown in the condition 7 or the condition 7, impurities such as organic substances and metal elements existing on the surface of the active layer can be removed.

【0181】即ち、まず酸化力の強いオゾン水による処
理によって有機物や金属元素を酸化物とし、さらにフッ
酸を含んだエッチャント溶液を用いたエッチングによっ
てこの酸化物を除去することで、活性層の表面に存在す
るトラップ準位を減少させることができる。
That is, first, an organic substance or a metal element is converted to an oxide by a treatment with ozone water having a strong oxidizing power, and the oxide is removed by etching using an etchant solution containing hydrofluoric acid. It is possible to reduce the trap levels existing in.

【0182】ここで重要なことは、最初に除去せんとす
る有機物や金属元素を酸化物とするために、酸化力の強
いオゾン水による処理を行うことである。そしてその後
にこの酸化物を除去することである。
What is important here is that treatment with ozone water having a strong oxidizing power is carried out in order to convert the organic substance or metal element to be removed first into an oxide. And then remove this oxide.

【0183】[0183]

【効果】非晶質珪素膜を金属元素を導入することのよっ
て低温で短時間で結晶化させ、さらにフッ酸処理を行う
ことによって局在化した金属成分を取り除き、さらにレ
ーザー光または強光を照射し、その後加熱処理を加えた
結晶性珪素膜を用いて、半導体装置を作製することで、
生産性が高く、特性のよいデバイスを得ることができ
る。特に、膜中の金属元素濃度の低い結晶性珪素膜を従
来よりも低温度で得ることができ、この結晶性珪素膜を
用いることで、特性のバラツキの少ない安定性の高い薄
膜トランジスタを得ることができる。また本明細書で開
示する発明を利用することによって得られた結晶性珪素
膜を用いて各種半導体装置を作製することは有用であ
る。
[Effect] The amorphous silicon film is crystallized at a low temperature in a short time by introducing a metal element, and the hydrofluoric acid treatment is further performed to remove the localized metal component. By manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon film which is irradiated and then subjected to heat treatment,
A device with high productivity and good characteristics can be obtained. In particular, a crystalline silicon film having a low metal element concentration in the film can be obtained at a lower temperature than in the past, and by using this crystalline silicon film, a highly stable thin film transistor with less variation in characteristics can be obtained. it can. In addition, it is useful to manufacture various semiconductor devices by using the crystalline silicon film obtained by utilizing the invention disclosed in this specification.

【0184】また、結晶性珪素膜に対してまず酸化力の
強い溶剤で洗浄を行い、さらに酸化物を除去する機能を
有する溶剤で洗浄を行うことで、結晶性珪素膜の表面に
存在する金属元素や有機物を除去することができ、得ら
れる半導体デバイスの特性を向上させることができる。
また得られる半導体デバイスの特性の安定性を得ること
ができる。
Further, by cleaning the crystalline silicon film first with a solvent having a strong oxidizing power, and further with a solvent having a function of removing oxides, the metal present on the surface of the crystalline silicon film is cleaned. Elements and organic substances can be removed, and the characteristics of the obtained semiconductor device can be improved.
Further, the stability of the characteristics of the obtained semiconductor device can be obtained.

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

【図1】 実施例の工程を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a process of an example.

【図2】 実施例の工程を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a process of an example.

【図3】 実施例の作製工程を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of an example.

【図4】 実施例の作製工程を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of an example.

【図5】 実施例の作製工程を示す図。5A to 5D are diagrams showing a manufacturing process of an example.

【図6】 実施例の作製工程を示す図。6A to 6C are diagrams showing a manufacturing process of an example.

【図7】 実施例の構成を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an example.

【図8】 ESR測定の結果を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a result of ESR measurement.

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

【図10】フッ酸処理された結晶性珪素膜の薄膜の状態
を示す写真。
FIG. 10 is a photograph showing a state of a thin film of a hydrofluoric acid-treated crystalline silicon film.

【図11】図10の写真を模式的に示した図。11 is a diagram schematically showing the photograph of FIG.

【図12】活性層に対する洗浄の条件を示す図。FIG. 12 is a view showing conditions for cleaning the active layer.

【図13】実験条件の違いによるVthの平均値を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing an average value of V th according to the difference in experimental conditions.

【図14】実験条件の違いによるVthの標準偏差を示す
図。
FIG. 14 is a diagram showing the standard deviation of V th due to the difference in experimental conditions.

【図15】実験条件の違いによるOFF電流値の平均値
を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an average value of OFF current values due to differences in experimental conditions.

【図16】実験条件の違いによるOFF電流値の標準偏
差を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing standard deviations of OFF current values due to differences in experimental conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・ガラス基板 12・・・・非晶質珪素膜 13・・・・酸化珪素膜 14・・・・ニッケルを含有した酢酸溶液膜 15・・・・ズピナー 21・・・・マスク用酸化珪素膜 20・・・・酸化珪素膜 11・・・・ガラス基板 104・・・活性層 105・・・酸化珪素膜 106・・・ゲイト電極 109・・・酸化物層 108・・・ソース/ドレイン領域 109・・・ドレイン/ソース領域 110・・・層間絶縁膜(酸化珪素膜) 112・・・電極 113・・・電極 11 ... Glass substrate 12 ... Amorphous silicon film 13 ... Silicon oxide film 14 ... Acetic acid solution film containing nickel 15 ... Spinner 21 ... For mask Silicon oxide film 20 ... Silicon oxide film 11 ... Glass substrate 104 ... Active layer 105 ... Silicon oxide film 106 ... Gate electrode 109 ... Oxide layer 108 ... Source / Drain region 109 ... Drain / source region 110 ... Interlayer insulating film (silicon oxide film) 112 ... Electrode 113 ... Electrode

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Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素
膜に導入する工程と、 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜とする
工程と、 前記金属元素を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜に対してレーザー光または強光を照射
する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1. A step of introducing a metal element that promotes crystallization into an amorphous silicon film, a step of subjecting the amorphous silicon film to a crystalline silicon film by heat treatment, and a step of removing the metal element And a step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or intense light.
【請求項2】 結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素
膜に導入する工程と、 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜とする
工程と、 前記金属元素を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜に対して加熱処理を施す工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A step of introducing a metal element that promotes crystallization into an amorphous silicon film, a step of subjecting the amorphous silicon film to a crystalline silicon film by heat treatment, and a step of removing the metal element A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step; and a step of subjecting the crystalline silicon film to a heat treatment.
【請求項3】 結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素
膜に導入する工程と、 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜とする
工程と、 前記金属元素を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜に対してレーザー光または強光を照射
する工程と、 前記レーザー光または強光が照射された結晶性珪素膜に
対して加熱処理を施す工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. A step of introducing a metal element that promotes crystallization into an amorphous silicon film, a step of subjecting the amorphous silicon film to a crystalline silicon film by heat treatment, and a step of removing the metal element A step of irradiating the crystalline silicon film with laser light or strong light; and a step of subjecting the crystalline silicon film irradiated with the laser light or strong light to a heat treatment. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3において、 金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Auから選ばれた
一種または複数種類の元素が用られることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
4. The metal element according to claim 1, wherein the metal elements are Fe, Co, Ni, Ru, Rh, and P.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more elements selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, Ag, and Au are used.
【請求項5】 請求項1乃至請求項3において、 金属元素を除去する工程は、フッ酸を含んだエッチング
溶液を用いて行われることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of removing the metal element is performed using an etching solution containing hydrofluoric acid.
【請求項6】 請求項1乃至請求項3において、 金属元素を除去する工程は、フッ酸を含んだエッチング
溶液を用いて行われ、該工程において前記金属元素の濃
度の高い部分がとり除かれることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
6. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of removing the metal element is performed using an etching solution containing hydrofluoric acid, and the portion having a high concentration of the metal element is removed in the step. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項7】 請求項1乃至請求項3において、 金属元素として侵入型の原子を用いることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an interstitial atom is used as the metal element.
【請求項8】 非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元
素を導入する第1の工程と、 加熱処理を行う第2の工程と、 前記金属元素を取り除く第3の工程と、 レーザー光または強光を照射する第4の工程と、 を有し、 前記第2の工程と前記第4の工程とを2回以上繰り返し
て行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. A first step of introducing a metal element that promotes crystallization into the amorphous silicon film, a second step of performing heat treatment, a third step of removing the metal element, and a laser beam. Alternatively, a fourth step of irradiating strong light, and the method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the second step and the fourth step are repeated twice or more.
【請求項9】 非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元
素を導入する第1の工程と、 加熱処理を行う第2の工程と、 前記金属元素を取り除く第3の工程と、 レーザー光または強光を照射する第4の工程と、 を有し、 前記第4の工程において、レーザー光または強光は複数
回照射され、その照射エネルギー密度を段階的に大きく
することを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. A first step of introducing a metal element that promotes crystallization into the amorphous silicon film, a second step of performing heat treatment, a third step of removing the metal element, and a laser beam. Or a fourth step of irradiating intense light, wherein in the fourth step, the laser light or the intense light is irradiated a plurality of times, and the irradiation energy density is increased stepwise. Method for manufacturing device.
【請求項10】 請求項9において、レーザー光または
強光は、酸素雰囲気中または空気中で照射されることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the laser light or the intense light is irradiated in an oxygen atmosphere or in the air.
【請求項11】 非晶質珪素膜の表面または裏面に珪素
の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程
と、 エネルギーを与えることにより前記非晶質珪素膜を結晶
化させる工程と、 パターニングを行い薄膜トランジスタの活性層を形成す
る工程と、 酸化力の強い溶剤を用いて前記活性層の表面を洗浄する
工程と、 酸化物を除去するエッチャントを用いて前記活性層の表
面を処理する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. A step of holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the front surface or the back surface of the amorphous silicon film, and a step of crystallizing the amorphous silicon film by applying energy. Patterning to form the active layer of the thin film transistor, cleaning the surface of the active layer with a solvent having strong oxidizing power, and treating the surface of the active layer with an etchant for removing oxides And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項12】 非晶質珪素膜に表面または裏面に珪素
の結晶化を助長する金属元素を接して保持させる工程
と、 エネルギーを与えることにより前記非晶質珪素膜を結晶
化させ結晶性珪素膜を得る工程と、 酸化力の強い溶剤を用いて前記結晶性珪素膜の表面を洗
浄する工程と、 酸化物を除去するエッチャントを用いて前記結晶性珪素
膜の表面を処理する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. A step of holding a metal element for promoting crystallization of silicon in contact with the front surface or the back surface of the amorphous silicon film, and crystallizing the amorphous silicon film by applying energy to obtain crystalline silicon. A step of obtaining a film, a step of cleaning the surface of the crystalline silicon film with a solvent having a strong oxidizing power, and a step of treating the surface of the crystalline silicon film with an etchant for removing an oxide. A method for manufacturing a semiconductor device having:
【請求項13】 請求項11または請求項12におい
て、 金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Ag、Auから選ばれた
一種または複数種類の元素が用られることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
13. The metal element according to claim 11 or 12, wherein Fe, Co, Ni, Ru, Rh and P are used as the metal element.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more elements selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, Ag, and Au are used.
【請求項14】 請求項11または請求項12におい
て、 酸化力の強い溶剤としてオゾン水を用い、 酸化物を除去するエッチャントとしてフッ酸を含むエッ
チャントを用いることを特徴とする半導体装置の作製方
法。
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11 or 12, wherein ozone water is used as a solvent having a strong oxidizing power, and an etchant containing hydrofluoric acid is used as an etchant for removing oxides.
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