JPH0897138A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH0897138A
JPH0897138A JP6227027A JP22702794A JPH0897138A JP H0897138 A JPH0897138 A JP H0897138A JP 6227027 A JP6227027 A JP 6227027A JP 22702794 A JP22702794 A JP 22702794A JP H0897138 A JPH0897138 A JP H0897138A
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amorphous silicon
film
semiconductor device
substrate
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直樹 牧田
Shinji Maekawa
真司 前川
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Abstract

PURPOSE: To form a crystalline silicon film, which has a higher crystallinity than the crystallinity obtained by ordinary heat treatment with good productivity and that by low-temperature heat treatment by introducing an catalyst element into an amorphous film, controlling the quantity of addition precisely to a small value and with good uniformity under a board face and with good reproducibility between boards. CONSTITUTION: An amorphous silicon film 103 is exposed to alkaline solution 105 including a catalyst element, and then by heat treatment, the catalyst element adsorbed to the surface of the amorphous silicon film is introduced into the amorphous silicon film 13, and also the amorphous silicon film 103 is crystallized.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0011】しかしながら、特開平5−55142号公
報あるいは特開平5−136048号公報で提案されて
いるこれらの技術では、導入された異物は成長核として
のみ作用する訳であり、結晶成長の際の核発生や結晶成
長方向の制御には有効であるが、結晶化のための加熱処
理工程における上述の問題はなお残る。
However, in these techniques proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-55142 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-136048, the introduced foreign matter acts only as growth nuclei, so that the crystal grows. Although it is effective for controlling nucleation and crystal growth direction, the above-mentioned problems in the heat treatment step for crystallization still remain.

【0012】特開平5−55142号公報では、温度6
00℃で40時間の加熱処理により結晶化を行ってい
る。また、特開平5−136048号公報では、加熱温
度650℃以上の熱処理を行っている。ゆえに、これら
の技術はSOI(Silicon-On-Insulator)基板やSOS
(Silicon-On-Sapphire)基板には有効な技術である
が、これらの技術を用いて安価なガラス基板に結晶性ケ
イ素膜を作製し半導体素子を形成することは困難であ
る。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に
用いられるコーニング7059(コーニング社商品名)
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。
In JP-A-5-55142, a temperature of 6
Crystallization is performed by heat treatment at 00 ° C. for 40 hours. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-136048, heat treatment is performed at a heating temperature of 650 ° C. or higher. Therefore, these technologies are applied to SOI (Silicon-On-Insulator) substrates and SOS.
Although this is an effective technique for a (Silicon-On-Sapphire) substrate, it is difficult to form a crystalline silicon film on an inexpensive glass substrate to form a semiconductor device using these techniques. For example, Corning 7059 (trade name of Corning Incorporated) used for an active matrix type liquid crystal display device.
Glass 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 the substrate.

【0013】そこで、本発明者らは、上述のような様々
な問題を解決するために、結晶化に必要な温度の低温化
と処理時間の短縮を両立し、さらには粒界の影響を最小
限に留めた結晶性ケイ素薄膜の作製方法を見いだした。
In order to solve the above-mentioned various problems, the present inventors have made it possible to lower the temperature required for crystallization and shorten the processing time, and to minimize the influence of grain boundaries. We have found a method for producing a crystalline silicon thin film that is limited to the above.

【0014】本発明者らの研究によれば、非晶質ケイ素
膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには鉛等の金属
元素を微量に導入させ、しかる後に加熱することで、5
50℃、4時間程度の処理時間で結晶化を行えることが
判明している。このメカニズムは、まず金属元素を核と
した結晶核発生が加熱処理の早期に起こり、その後その
金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急
激に進行すると理解される。そういった意味で以後これ
らの金属元素を触媒元素と呼ぶ。これらの触媒元素によ
り結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜は、
通常の固相成長法で結晶化した非晶質ケイ素膜が双晶構
造であるのに対して、何本もの針状結晶あるいは柱状結
晶で構成されており、それぞれの針状結晶あるいは柱状
結晶内部は理想的な単結晶状態となっている。
According to the research conducted by the present inventors, a trace amount of a metal element such as nickel, palladium, or lead is introduced into the surface of the amorphous silicon film, and thereafter, the metal element is heated to 5
It has been found that crystallization can be performed at 50 ° C. for a treatment time of about 4 hours. It is understood that this mechanism is that crystal nucleation with a metal element as a nucleus occurs at an early stage of the heat treatment, and then the metal element serves as a catalyst to promote crystal growth and crystallization rapidly progresses. In that sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements. Crystalline silicon film that has been crystallized by promoting crystallization by these catalytic elements,
While the amorphous silicon film crystallized by the usual solid phase growth method has a twin structure, it is composed of many needle-like crystals or columnar crystals. Is in an ideal single crystal state.

【0015】このような結晶性ケイ素膜を活性領域に用
いてTFTを作製すると、通常の固相成長法で形成した
結晶性ケイ素膜を用いた場合に比べ、電界効果移動度が
1.2倍程度向上する。また、上記触媒元素を用いた結
晶化処理の後、レーザー光あるいは強光を照射し、その
結晶性を助長することで、その電界効果移動度の差はさ
らに顕著になる。
When a TFT is manufactured by using such a crystalline silicon film in the active region, the field effect mobility is 1.2 times that in the case of using the crystalline silicon film formed by the usual solid phase growth method. Improve. In addition, by irradiating laser light or intense light after the crystallization treatment using the catalyst element to promote the crystallinity, the difference in the field effect mobility becomes more remarkable.

【0016】すなわち、結晶性ケイ素膜にレーザー光あ
るいは強光を照射した場合、結晶性ケイ素膜と非晶質ケ
イ素膜との融点の相違から結晶粒界部が集中的に処理さ
れる訳であるが、通常の固相成長法で形成した結晶性ケ
イ素膜では、結晶構造が双晶状態であるため、レーザー
光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥として残る。それに
比べ、触媒元素を導入し結晶化した結晶性ケイ素膜は、
針状結晶あるいは柱状結晶で形成されており、その内部
は単結晶状態であるため、レーザー光あるいは強光の照
射により結晶粒界部が処理されると、基板全面にわたっ
て単結晶状態に近い良質の結晶性ケイ素膜が得られる。
That is, when the crystalline silicon film is irradiated with laser light or intense light, the grain boundary portions are intensively processed due to the difference in melting points between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film. However, in the crystalline silicon film formed by the usual solid phase growth method, since the crystal structure is in a twin state, twin crystal defects remain inside the crystal grain boundaries even after laser light irradiation. In comparison, the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element,
It is formed of needle-like crystals or columnar crystals, and the inside is in a single-crystal state. Therefore, when the crystal grain boundary is processed by irradiation with laser light or strong light, a high-quality crystal close to a single-crystal state is obtained over the entire surface of the substrate. A crystalline silicon film is obtained.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な触媒元素を微量に導入するには、プラズマ処理やイオ
ン注入、さらには触媒元素を含む溶液を塗布する方法を
利用すればよい。ここでプラズマ処理とは、プラズマC
VD装置において、電極として触媒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ケイ素膜に触媒元素の添加を行う
方法である。
By the way, in order to introduce a small amount of the catalyst element as described above, plasma treatment, ion implantation, and a method of applying a solution containing the catalyst element may be used. Here, the plasma treatment means plasma C
In the VD apparatus, a material containing a catalytic element is used as an electrode, and plasma is generated in an atmosphere such as nitrogen or hydrogen to add the catalytic element to the amorphous silicon film.

【0018】しかしながら、上記のような元素が半導体
中に多量に存在していることは、これら半導体を用いた
装置の信頼性や電気的安定性を阻害するものであり、好
ましいことでない。
However, the presence of a large amount of the above-mentioned elements in the semiconductor impairs the reliability and electrical stability of the device using these semiconductors and is not preferable.

【0019】即ち、上述のニッケル等の結晶化を助長す
る触媒元素は、非晶質ケイ素領域を結晶化させる際には
必要であるが、結晶化したケイ素領域中には極力含まれ
ないようにすることが好ましい。この目的を達成するた
めには、触媒元素として結晶性ケイ素領域中で不活性な
傾向が強いものを選ぶと同時に、結晶化に必要な触媒元
素の量を極力少なくし、最低限の量で結晶化を行う必要
がある。そしてそのためには、上記触媒元素の添加量を
精密に制御して導入する必要があり、さらにその際の処
理法における触媒元素の添加量の基板内の均一性、及び
基板間の安定性(再現性)、つまり処理の対象となる基
板間でばらつきが小さいことを確保することが不可決で
ある。
That is, the above-mentioned catalytic element that promotes crystallization of nickel or the like is necessary when crystallizing the amorphous silicon region, but it should be contained as little as possible in the crystallized silicon region. Preferably. In order to achieve this purpose, select a catalyst element that has a strong tendency to be inert in the crystalline silicon region, at the same time reduce the amount of the catalyst element necessary for crystallization as much as possible, and crystallize in the minimum amount. Need to be converted. In order to do so, it is necessary to precisely control the introduction amount of the above-mentioned catalyst element, and further, the uniformity of the addition amount of the catalyst element in the treatment method in the substrate and the stability between the substrates (reproduction) Property), that is, it is inevitable to ensure that the variation between the substrates to be processed is small.

【0020】また、ニッケルを触媒元素とする場合につ
いて、非晶質ケイ素膜を成膜し、ニッケル添加をプラズ
マ処理法によって行って結晶性ケイ素膜を作製するプロ
セスにおける結晶化過程を詳細に検討したところ以下の
事項が判明した。
Further, in the case of using nickel as a catalytic element, the crystallization process in the process of forming a crystalline silicon film by forming an amorphous silicon film and adding nickel by a plasma treatment method was examined in detail. However, the following matters were found.

【0021】(1)プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜上に導入した場合、熱処理を行う以前に既
に、ニッケルは非晶質ケイ素膜中のかなりの深さの部分
まで侵入している。
(1) When nickel is introduced onto the amorphous silicon film by plasma treatment, nickel has already penetrated to a considerable depth in the amorphous silicon film before the heat treatment.

【0022】(2)結晶の初期核は、ニッケルを導入し
た領域の表面から発生している。
(2) The initial nuclei of crystals are generated from the surface of the region where nickel is introduced.

【0023】(3)プラズマ処理によってニッケルを非
晶質ケイ素膜上に導入し結晶化した結晶性ケイ素膜にレ
ーザー光を照射した場合、結晶性ケイ素膜表面に過剰の
ニッケルが析出する。
(3) When the crystalline silicon film crystallized by introducing nickel into the amorphous silicon film by the plasma treatment is irradiated with laser light, excess nickel is deposited on the surface of the crystalline silicon film.

【0024】これらの事項から、プラズマ処理によって
導入されたニッケルが全て効果的に機能していないとい
うことが結論される。すなわち、多量のニッケルが導入
されても十分に機能していないニッケルが存在している
と考えられる。このことから、ニッケルとケイ素が接し
ている接点部分あるいは接触面部分が低温結晶化の際に
機能していると考えられる。そして、可能な限りニッケ
ルは微細に原子状に分散していることが必要であること
が結論される。すなわち、「必要なのは非晶質ケイ素膜
の表面近傍に、低温結晶化が可能な範囲内でかつ可能な
限り低濃度のニッケルが原子状で分散して導入されれば
よい。」ということが結論される。
From these facts it is concluded that all the nickel introduced by the plasma treatment is not functioning effectively. That is, it is considered that there is nickel that does not function sufficiently even if a large amount of nickel is introduced. From this, it is considered that the contact portion or the contact surface portion where nickel and silicon are in contact with each other functions at the time of low temperature crystallization. Then, it is concluded that nickel should be dispersed as finely as possible in atomic form. In other words, it is concluded that "what is necessary is to introduce nickel in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film in a range where low temperature crystallization is possible and in a concentration as low as possible in atomically dispersed state." To be done.

【0025】以上の理由により、非晶質ケイ素膜の膜中
深くに触媒元素が入り込むような方法は不適当であり、
スパッタリング法による薄膜形成やイオン注入による触
媒元素導入法もプラズマ処理と同様に問題がある。触媒
元素を薄膜として形成する方法で非晶質ケイ素膜表面近
傍のみに導入される方法としては、真空蒸着法やメッキ
法があるが、この際に非晶質ケイ素膜の結晶化に必要な
触媒元素量としては肉眼では見えない程の極薄膜(厚さ
1nm以下)であり、非晶質ケイ素膜に導入される触媒
元素量の低濃度制御は非常に困難である。
For the above reasons, the method in which the catalytic element penetrates deep into the amorphous silicon film is unsuitable,
The thin film formation by the sputtering method and the catalytic element introduction method by ion implantation have the same problems as the plasma treatment. As a method of forming the catalytic element as a thin film and introducing it only near the surface of the amorphous silicon film, there are a vacuum vapor deposition method and a plating method. At this time, a catalyst necessary for crystallization of the amorphous silicon film is used. The element amount is an extremely thin film (thickness of 1 nm or less) that is invisible to the naked eye, and it is very difficult to control the low concentration of the catalyst element amount introduced into the amorphous silicon film.

【0026】さて、非晶質ケイ素膜の表面近傍のみに効
率的に極微量のニッケルを導入する方法、言い換えるな
らば、非晶質ケイ素膜の表面近傍のみ結晶化を助長する
触媒元素を極微量導入する方法としては、非晶質ケイ素
膜表面に触媒元素を溶かせた溶媒をスピナーにより塗布
する方法がある。この方法では、その溶液中のニッケル
濃度を制御することで、容易に非晶質ケイ素膜中に導入
されるニッケル量の管理が容易で、結晶化に必要最小限
の量の触媒元素の添加が可能となる。またこの方法を用
いて結晶化した結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射した
場合には、ニッケルの析出は起こらず、高品質な結晶性
ケイ素膜が得られる。
Now, a method for efficiently introducing a very small amount of nickel only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film, in other words, a very small amount of a catalytic element that promotes crystallization only in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film. As a method of introducing, there is a method of applying a solvent in which a catalytic element is dissolved on the surface of the amorphous silicon film by a spinner. In this method, by controlling the nickel concentration in the solution, it is easy to control the amount of nickel introduced into the amorphous silicon film, and the minimum amount of catalytic element necessary for crystallization can be added. It will be possible. When a crystalline silicon film crystallized by this method is irradiated with laser light, nickel is not deposited and a high-quality crystalline silicon film is obtained.

【0027】しかしながら、上記の非晶質ケイ素膜に触
媒元素を溶かせた溶媒をスピナーにより塗布する方法で
は、基板内の均一性がよくないという問題点が存在す
る。この理由を以下に記す。この方法では、触媒元素が
例えばニッケルの場合は硝酸ニッケルや酢酸ニッケルな
どのニッケル塩を溶質として用い、それを溶かす溶媒と
しては水やエタノールなどを用いている。この溶液を非
晶質ケイ素膜表面にスピンコートする訳であるが、実際
にはスピンコートではなくスピンによる乾燥工程で触媒
元素が非晶質ケイ素膜表面に析出しているのである。し
たがって、この方法では塗布というイメージではなく、
非晶質ケイ素膜表面にイオン状であった触媒元素を析出
させて置いていくというイメージの方が正しい。よっ
て、この方法では溶液の乾燥むらが、そのまま触媒元素
導入量、さらには加熱により得られる結晶性ケイ素膜の
結晶性の不均一性に現れる。ここで言う不均一性は、ス
ピナーの影響によるマクロ的な不均一性と、乾燥工程の
際の微小な(μmオーダー)水滴残りによるミクロ的な
不均一性の両方を含んでいる。特に後者のミクロ的な不
均一性は、触媒元素を選択導入する際などパターン段差
がある基板に対してより顕著に現れる。また、この方法
では、非晶質ケイ素膜表面に滴下された触媒元素を含む
溶液が、スピナーによりどれほど均一に表面に接したま
ま乾燥されたかが最大のポイントとなるため、非晶質ケ
イ素膜表面に対するその溶液の濡れ性が重要になる。よ
って、濡れ性向上のために非晶質ケイ素膜表面を薄膜酸
化するなどの工程が必要となり、余分な工程が増えるだ
けでなく、触媒元素導入量を支配するパラメータがさら
に増えるため、処理法自体の安定性も低くなる。この方
法を用いた場合の実際の触媒元素添加量のマクロ的なば
らつきは、127mm角基板において±10〜20%で
あった。
However, the method of applying the solvent in which the catalytic element is dissolved to the amorphous silicon film by the spinner has a problem that the uniformity in the substrate is not good. The reason for this will be described below. In this method, a nickel salt such as nickel nitrate or nickel acetate is used as a solute when the catalyst element is nickel, and water or ethanol is used as a solvent for dissolving the nickel salt. Although this solution is spin-coated on the surface of the amorphous silicon film, the catalyst element is actually deposited on the surface of the amorphous silicon film not by spin coating but by a drying process by spin. Therefore, this method is not an image of coating,
The image that the ionic catalytic element is deposited and placed on the surface of the amorphous silicon film is more correct. Therefore, in this method, the unevenness in the drying of the solution appears as it is in the introduced amount of the catalyst element and further in the non-uniformity of the crystallinity of the crystalline silicon film obtained by heating. The nonuniformity referred to here includes both macroscopic nonuniformity due to the influence of the spinner and microscopic nonuniformity due to minute (μm order) water droplets remaining during the drying process. In particular, the latter microscopic non-uniformity appears more notably on a substrate having a pattern step, such as when a catalyst element is selectively introduced. Further, in this method, the maximum point is how uniformly the solution containing the catalytic element dropped onto the surface of the amorphous silicon film was dried while being in contact with the surface by the spinner. The wettability of the solution becomes important. Therefore, in order to improve the wettability, a process such as thin film oxidation of the amorphous silicon film surface is required, and not only the extra process is increased, but also the parameter that governs the introduction amount of the catalytic element is further increased. Also becomes less stable. When using this method, the macroscopic variation in the actual amount of catalyst element added was ± 10 to 20% on a 127 mm square substrate.

【0028】触媒元素添加量の基板内の不均一性が大き
いと、局所的に触媒元素量不足で結晶成長が起こらない
領域や、触媒元素が半導体素子に影響を及ぼすほど多量
に入った領域が出現する。したがって、液晶表示装置の
アクティブマトリクス基板の製造プロセスのように一つ
の基板上に数十万個のTFTを均一性よく作製すること
は、上記の方法では困難であった。現在、さらに装置の
低コスト化、大面積化の要望にしたがい、400mm角
以上のガラス基板に対応できるほど均一性、安定性に優
れた半導体装置およびその製造方法が要求されている
が、特にスピナーを用いた上記の方法ではその要求を満
たすことは困難であった。
When the nonuniformity of the amount of catalyst element added in the substrate is large, there are regions where crystal growth does not occur locally due to insufficient amount of catalyst element, and regions where the catalyst element is contained in a large amount so as to affect the semiconductor element. Appear. Therefore, it is difficult for the above method to uniformly manufacture several hundreds of thousands of TFTs on one substrate like the manufacturing process of the active matrix substrate of the liquid crystal display device. At present, in order to further reduce the cost and increase the area of the device, a semiconductor device excellent in uniformity and stability and a manufacturing method thereof, which can cope with a glass substrate of 400 mm square or more, are required. It was difficult to meet the demand by the above method using.

【0029】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、必要とされる最小限の量の触媒元素を、
その添加量を精密に制御して、かつ基板面内での均一性
及び基板間での再現性よく非晶質ケイ素膜に導入するこ
とができ、しかも通常の熱処理により得られる結晶性よ
りさらに高い結晶性を有する結晶性ケイ素膜を、生産性
よく、かつ600℃以下の低温熱処理により形成するこ
とができる半導体装置及びその製造方法を得ることが本
発明の目的である。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the minimum required amount of catalytic element is
It can be introduced into an amorphous silicon film with precise control over the amount added and with good in-plane uniformity and reproducibility between substrates, and higher than the crystallinity obtained by ordinary heat treatment. It is an object of the present invention to obtain a semiconductor device capable of forming a crystalline silicon film having crystallinity with high productivity by a low temperature heat treatment at 600 ° C. or less and a method for manufacturing the semiconductor device.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)この発明に係る半導体装置は、絶縁性表面を有す
る基板と、該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケ
イ素膜を加熱処理により結晶化してなる活性領域とを備
えている。該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する触媒元素を含むものである。該活性領域に含まれ
る触媒元素は、該非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜
を、該触媒元素を含むアルカリ性溶媒に晒して、該非晶
質ケイ素膜に導入したものである。そのことにより上記
目的が達成される。
(1) A semiconductor device according to the present invention includes a substrate having an insulating surface, and an active region formed on the insulating surface of the substrate by crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment. . The active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. The catalytic element contained in the active region is introduced into the amorphous silicon film by exposing the amorphous silicon film or its underlying film to an alkaline solvent containing the catalytic element. Thereby, the above object is achieved.

【0031】(2)この発明に係る半導体装置は、絶縁
性表面を有する基板と、該基板の絶縁性表面上に形成さ
れ、非晶質ケイ素膜を加熱処理により結晶化してなる活
性領域とを備えている。該活性領域は、加熱処理によ
り、その近傍の結晶化領域から基板表面に対して平行な
方向に結晶成長が進んで形成された、その結晶粒がほぼ
単結晶状態である横方向結晶成長領域の一部である。該
結晶化領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
元素を含むものである。該活性領域に含まれる触媒元素
は、該非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜を、該触媒元
素を含むアルカリ性溶媒に部分的に晒して、該非晶質ケ
イ素膜に選択的に導入したものである。そのことにより
上記目的が達成される。
(2) The semiconductor device according to the present invention comprises a substrate having an insulating surface, and an active region formed on the insulating surface of the substrate by crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment. I have it. The active region is formed by the heat treatment from a crystallization region in the vicinity of the lateral region, which is formed by crystal growth in a direction parallel to the substrate surface. It is a part. The crystallization region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. The catalytic element contained in the active region is obtained by selectively exposing the amorphous silicon film or the underlying film thereof to an alkaline solvent containing the catalytic element to selectively introduce the amorphous silicon film into the amorphous silicon film. Thereby, the above object is achieved.

【0032】(3)この発明において、前記活性領域
は、前記非晶質ケイ素膜の加熱処理により得られた結晶
化領域に、レーザー光あるいは強光の照射処理を施して
その結晶を処理したものであることが好ましい。
(3) In the present invention, the active region is obtained by subjecting the crystallized region obtained by the heat treatment of the amorphous silicon film to laser light or intense light irradiation treatment to treat the crystal. Is preferred.

【0033】(4)この発明において、前記非晶質ケイ
素膜の結晶化を助長する触媒元素は、イオン状態で該非
晶質ケイ素膜に表面吸着されるものであることが好まし
い。
(4) In the present invention, it is preferable that the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is surface-adsorbed on the amorphous silicon film in an ionic state.

【0034】(5)この発明において、前記触媒元素を
溶かすアルカリ性溶媒は、8〜14の範囲内のpH値を
有するものであることが好ましい。
(5) In the present invention, the alkaline solvent in which the catalyst element is dissolved preferably has a pH value within the range of 8-14.

【0035】(6)この発明において、前記触媒元素を
溶かすアルカリ性溶媒は、9〜12の範囲内のpH値を
有するものであることが好ましい。
(6) In the present invention, the alkaline solvent in which the catalytic element is dissolved preferably has a pH value within the range of 9 to 12.

【0036】(7)この発明において、前記触媒元素を
溶かせるアルカリ性溶媒は、アンモニア水を主成分とす
るものであることが好ましい。
(7) In the present invention, it is preferable that the alkaline solvent in which the catalyst element is dissolved is composed mainly of aqueous ammonia.

【0037】(8)この発明において、前記触媒元素を
溶かせるアルカリ性溶媒は、アンモニア水と過酸化水素
水の混合液であることが好ましい。
(8) In the present invention, the alkaline solvent in which the catalyst element is dissolved is preferably a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water.

【0038】(9)この発明において、前記触媒元素と
して、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I
n、Sn、Al、P、As、Sbから選ばれた一種また
は複数種類の元素が用いられていることが好ましい。
(9) In the present invention, as the catalyst element, Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, I
It is preferable to use one or more kinds of elements selected from n, Sn, Al, P, As, and Sb.

【0039】(10)この発明において、前記活性層領
域中における触媒元素の濃度が、1×1015atoms
/cm3〜1×1019atoms/cm3であることが好
ましい。
(10) In the present invention, the concentration of the catalyst element in the active layer region is 1 × 10 15 atoms.
/ Cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 are preferable.

【0040】(11)この発明に係る半導体装置の製造
方法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該
非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を溶解ある
いは分散させたアルカリ性溶液に、該非晶質ケイ素膜あ
るいはその下地膜を晒す工程と、加熱処理により、該触
媒元素を該非晶質ケイ素膜に導入するとともに、該非晶
質ケイ素膜の結晶化を行う工程とを含むものであり、そ
のことにより上記目的が達成される。
(11) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate and a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film are dissolved or dispersed. A step of exposing the amorphous silicon film or its underlying film to an alkaline solution; and a step of introducing the catalyst element into the amorphous silicon film by heat treatment and crystallizing the amorphous silicon film. The above object is achieved thereby.

【0041】(12)この発明に係る半導体装置の製造
方法は、基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工程と、該
非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を溶解ある
いは分散させたアルカリ性溶液に、該非晶質ケイ素膜あ
るいはその下地膜を部分的に晒す工程と、加熱処理によ
り、該非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜の、アルカリ
性溶液に晒された領域から該非晶質ケイ素膜に該触媒元
素を選択的に導入して、該非晶質ケイ素膜を選択的に結
晶化させる工程と、続く加熱処理により、この結晶化し
た部分から基板表面に対しほぼ平行な方向へ結晶成長を
行って、該非晶質ケイ素膜中に横方向結晶成長領域を形
成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目
的が達成される。
(12) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate and a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film are dissolved or dispersed. By the step of partially exposing the amorphous silicon film or the underlying film thereof to an alkaline solution and the heat treatment, the amorphous silicon film or the underlying film is exposed from the region exposed to the alkaline solution to the amorphous silicon film. By the step of selectively introducing the catalyst element to selectively crystallize the amorphous silicon film and the subsequent heat treatment, crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface from the crystallized portion. And a step of forming a lateral crystal growth region in the amorphous silicon film, whereby the above object is achieved.

【0042】(13)この発明において、加熱処理によ
り前記非晶質ケイ素膜を結晶化させた後、該非晶質ケイ
素膜にレーザー光あるいは強光を照射して、その結晶を
処理する工程を含むことが好ましい。
(13) The present invention includes the step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment and then irradiating the amorphous silicon film with laser light or strong light to treat the crystal. It is preferable.

【0043】(14)この発明において、前記アルカリ
性溶液に該非晶質ケイ素膜を晒す処理は、その表面に該
非晶質ケイ素膜を形成した基板を該アルカリ性溶液中に
浸して行うことが好ましい。
(14) In the present invention, the treatment of exposing the amorphous silicon film to the alkaline solution is preferably performed by immersing the substrate having the amorphous silicon film formed on the surface thereof in the alkaline solution.

【0044】(15)この発明において、前記アルカリ
性溶液に該非晶質ケイ素膜を晒した後、該非晶質ケイ素
膜の、アルカリ性溶液に晒された部分を、純水により洗
浄する工程を含むことが好ましい。
(15) In the present invention, the method may further include the step of exposing the amorphous silicon film to the alkaline solution, and then cleaning the portion of the amorphous silicon film exposed to the alkaline solution with pure water. preferable.

【0045】[0045]

【作用】この発明の半導体装置においては、基板の絶縁
性表面に形成された活性領域を、非晶質ケイ素膜の加熱
による結晶化を助長する触媒元素を含む構造としたか
ら、非晶質ケイ素膜の結晶化により得られる、上記活性
領域を構成する結晶性ケイ素膜を、通常の固相成長法で
得られる結晶性よりさらに高い結晶性を有するものとで
きる。
In the semiconductor device of the present invention, the active region formed on the insulating surface of the substrate has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heating. The crystalline silicon film forming the active region, which is obtained by crystallizing the film, can have a crystallinity higher than that obtained by a usual solid phase growth method.

【0046】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、触媒元素により助長されるため、高品質な結晶性ケ
イ素膜を生産性よく形成できる。しかもこの際、結晶化
に要する加熱温度が600℃以下に抑えられるため、安
価なガラス基板を使用可能となる。
Since the crystallization of the amorphous silicon film by heating is promoted by the catalytic element, a high-quality crystalline silicon film can be formed with high productivity. Moreover, at this time, since the heating temperature required for crystallization can be suppressed to 600 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate can be used.

【0047】また、上記活性領域における触媒元素の膜
中濃度を、1×1015atoms/cm3〜1×1019
atoms/cm3としているため、非晶質ケイ素膜の
結晶化の際、この触媒元素を効果的に機能させることが
できる。
The concentration of the catalytic element in the active region in the film is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19.
Since it is set to atoms / cm 3 , this catalytic element can effectively function when the amorphous silicon film is crystallized.

【0048】この発明の半導体装置の製造方法において
は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含む
アルカリ性溶媒に、非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜
を晒して、上記触媒元素を非晶質ケイ素膜に導入するの
で、基板面内での触媒元素の添加量のばらつきを小さく
することができ、また、触媒元素の添加量を少ない量に
制御できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the amorphous silicon film or the underlying film thereof is exposed to an alkaline solvent containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and the above catalytic element is added. Since it is introduced into the amorphous silicon film, it is possible to reduce variations in the addition amount of the catalytic element within the substrate surface, and to control the addition amount of the catalytic element to a small amount.

【0049】この発明の半導体装置の製造方法において
は、加熱処理により、触媒元素を含むアルカリ性溶液に
非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜を選択的に晒して、
触媒元素を選択的に非晶質ケイ素膜に拡散させるととも
に、該非晶質ケイ素を選択的に結晶化させ、続く加熱処
理により、この結晶化した部分から基板表面に対しほぼ
平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケイ素膜中に
横方向結晶成長領域を形成するので、触媒元素を導入し
た領域に比べると格段に結晶性が良好な結晶化領域を得
ることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the amorphous silicon film or the underlying film thereof is selectively exposed to an alkaline solution containing a catalytic element by heat treatment,
While selectively diffusing the catalytic element into the amorphous silicon film, the amorphous silicon is selectively crystallized, and by subsequent heat treatment, crystal growth from the crystallized portion in a direction substantially parallel to the substrate surface. Then, a lateral crystal growth region is formed in the amorphous silicon film, so that a crystallized region having significantly better crystallinity can be obtained as compared with the region into which the catalytic element is introduced.

【0050】[0050]

【実施例】以下、本発明の基本原理について説明する。EXAMPLES The basic principle of the present invention will be described below.

【0051】本発明では、非晶質ケイ素膜の結晶化を助
長する触媒元素の導入方法として、非晶質ケイ素膜に接
するように触媒元素をアルカリ性溶媒に溶かして保持さ
せる方法を用いる。
In the present invention, as a method of introducing the catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, a method of dissolving the catalyst element in an alkaline solvent and holding it so as to be in contact with the amorphous silicon film is used.

【0052】本発明者らは、溶液を用いた触媒元素導入
法として、スピナーによる塗布法とは異なり乾燥工程に
全く依存しない方法を探求した。その結果、上記のよう
な方法を用いることで、触媒元素を均一に且つ低濃度で
非晶質ケイ素膜に導入できることを見い出した。本発明
を用いた場合の基板内の触媒元素添加量のばらつきは、
本発明者らの実験では127mm角基板で±5%以内に
収まっていた。
The present inventors have searched for a method of introducing a catalytic element using a solution, which is different from a coating method using a spinner and does not depend on a drying process at all. As a result, they have found that the catalyst element can be uniformly introduced into the amorphous silicon film at a low concentration by using the above method. When the present invention is used, the variation in the amount of catalytic element added in the substrate is
In the experiments conducted by the present inventors, a 127 mm square substrate was within ± 5%.

【0053】本発明では、触媒元素の導入処理中に非晶
質ケイ素膜表面に触媒元素がイオン状態で吸着されてい
るため、その後純水による表面洗浄を行っても必要な量
の触媒元素は除去されず、結果として後の乾燥工程には
依存しない。よって、スピナーを用いることなく、単に
非晶質ケイ素膜が形成された基板を触媒元素を溶かせた
アルカリ性溶液中に浸す方法(ディッピング法)が利用
でき、400mm角を越える大面積基板への対応が容易
となり、プロセス的にも簡便化でき低コスト化が可能と
なる。また、吸着作用を利用するため、原理的には非晶
質ケイ素膜表面に単原子層に近い状態で触媒元素が存在
し、スピンコート法の際に見られるミクロ的なばらつき
もほぼ無くすことができる。
In the present invention, since the catalytic element is adsorbed on the surface of the amorphous silicon film in an ionic state during the introduction process of the catalytic element, the required amount of the catalytic element is still present even if the surface is washed with pure water thereafter. It is not removed and as a result does not depend on the subsequent drying step. Therefore, it is possible to use a method (dipping method) of simply immersing the substrate on which the amorphous silicon film is formed in an alkaline solution in which a catalytic element is dissolved without using a spinner, and it is possible to cope with a large area substrate exceeding 400 mm square. It becomes easy, the process can be simplified, and the cost can be reduced. In addition, since the adsorption action is used, in principle, the catalytic element is present on the surface of the amorphous silicon film in a state close to a monoatomic layer, and it is possible to almost eliminate the microscopic variation found in the spin coating method. it can.

【0054】また、本発明では、非晶質ケイ素膜表面に
吸着させた触媒原子のみが結晶成長に寄与するため、非
晶質ケイ素膜へ導入される触媒元素は全て効率的に機能
する。したがって、本発明を用いることにより、触媒元
素を非晶質ケイ素膜へ導入する際の全ての問題点が解決
され、基板全面にわたって均一に、且つ必要最小限の量
で触媒元素を導入することが可能となる。よって、本発
明を用いた場合、加熱による結晶化の後レーザー光ある
いは強光の照射を行っても触媒元素の析出は起こらず、
大面積基板に均一性、安定性に優れた高性能半導体装置
が実現できる。
Further, in the present invention, since only the catalyst atoms adsorbed on the surface of the amorphous silicon film contribute to the crystal growth, all the catalytic elements introduced into the amorphous silicon film function efficiently. Therefore, by using the present invention, all problems in introducing the catalytic element into the amorphous silicon film are solved, and the catalytic element can be introduced uniformly over the entire surface of the substrate and in the necessary minimum amount. It will be possible. Therefore, in the case of using the present invention, the precipitation of the catalytic element does not occur even after irradiation with laser light or intense light after crystallization by heating,
A high-performance semiconductor device with excellent uniformity and stability can be realized on a large-area substrate.

【0055】本発明のメカニズムに関しては、アルカリ
性溶液に触媒元素を溶かせた場合と、中性溶液に触媒元
素を溶かせた場合とで溶液中の触媒元素のイオン状態が
大きく異なることが原因していると思われる。つまり、
触媒元素をアルカリ性溶液に溶かせた場合には、該触媒
元素がOH基が配位した不安定な錯イオン状態になって
いると推測される。この状態が非晶質ケイ素膜表面に吸
着されやすい状態であり、Si表面のOやOHと電気的
に結合しているものと推測される。よって、触媒元素導
入量は溶液のpH値に大きく依存しており、本発明では
触媒元素を溶かせるアルカリ性溶媒のpHが8〜14、
さらに好ましくは9〜12の時に最も良好な効果を得る
ことができる。
The mechanism of the present invention is because the ionic state of the catalytic element in the solution is greatly different between when the catalytic element is dissolved in the alkaline solution and when the catalytic element is dissolved in the neutral solution. I think that the. That is,
When the catalytic element is dissolved in an alkaline solution, it is presumed that the catalytic element is in an unstable complex ion state in which OH groups are coordinated. This state is a state in which it is easily adsorbed on the surface of the amorphous silicon film, and it is presumed that it is electrically bonded to O and OH on the Si surface. Therefore, the introduction amount of the catalytic element largely depends on the pH value of the solution, and in the present invention, the pH of the alkaline solvent in which the catalytic element is dissolved is 8 to 14,
More preferably, the best effect can be obtained at 9-12.

【0056】図6に、触媒元素を溶かせる溶媒のpH値
に対する触媒元素の非晶質ケイ素膜への添加量の相関関
係を示す。図6のグラフは、ニッケル塩を溶かせたニッ
ケル濃度25ppmの溶液に非晶質ケイ素基板を10分
間ディッピングし、その後純水洗浄を行った際のもので
ある。図6から、溶媒のpH値が8以上となったときに
触媒原子添加量が増大しはじめ、後の純水洗浄工程で除
去されないような吸着作用が生じていることがわかる。
よって、本発明の効果を得るためには8以上のpHの値
のアルカリ性溶液が必要である。さらに、溶媒のpH値
が9〜12の範囲では、図6の測定点にけるエラーバー
が示すように基板内での触媒元素添加量のばらつきが±
5%以内となっている。アクティブマトリクス基板など
のように基板上に複数の半導体素子を作製する際には、
半導体素子の不均一性がむらとなって現れるため、触媒
元素添加量の不均一性を±5%以内に抑えることが好ま
しい。また、pH値が9〜12の範囲でばらつきが小さ
くなっていることは、十分な吸着作用が起こっている証
拠であり、安定した処理が可能であることを意味してい
る。よって、触媒元素を溶かせるアルカリ性溶媒のpH
値としては9〜12の範囲であることがさらに好まし
い。
FIG. 6 shows the correlation between the pH value of the solvent in which the catalytic element is dissolved and the amount of the catalytic element added to the amorphous silicon film. The graph of FIG. 6 is obtained by dipping the amorphous silicon substrate in a solution of nickel salt dissolved in nickel having a concentration of 25 ppm for 10 minutes and then washing with pure water. It can be seen from FIG. 6 that when the pH value of the solvent becomes 8 or more, the amount of catalyst atoms added begins to increase, and an adsorption action occurs that is not removed in the subsequent pure water washing step.
Therefore, in order to obtain the effect of the present invention, an alkaline solution having a pH value of 8 or more is required. Furthermore, when the pH value of the solvent is in the range of 9 to 12, as shown by the error bar at the measurement point in FIG.
It is within 5%. When manufacturing multiple semiconductor elements on a substrate such as an active matrix substrate,
Since the non-uniformity of the semiconductor element appears as unevenness, it is preferable to suppress the non-uniformity of the catalyst element addition amount within ± 5%. Further, the small variation in the pH value range of 9 to 12 is evidence that a sufficient adsorption action has occurred, and means that stable treatment is possible. Therefore, the pH of the alkaline solvent that dissolves the catalytic element
The value is more preferably in the range of 9-12.

【0057】本発明で用いられるアルカリ性溶媒として
は、pH値が上記の範囲内であればどのような液でもほ
ぼ問題ないが、半導体への影響を考慮した場合、無機ア
ルカリ、特にアンモニア水を用いることが望ましい。ま
た、アルカリ性溶液は非晶質ケイ素膜に対しエッチング
作用を示すため、非晶質ケイ素膜を所望の膜厚より予め
エッチングされる分を見越して厚く形成しておく必要が
ある。非晶質ケイ素膜のエッチングを防止するために
は、アンモニア水と過酸化水素水の混合液を用いるのが
有効である。この場合、過酸化水素水がケイ素膜表面を
酸化するため、アルカリ性溶液によるエッチング反応を
防ぐことが可能となる。
As the alkaline solvent used in the present invention, any liquid having a pH value within the above range will cause almost no problem. However, considering the influence on the semiconductor, an inorganic alkali, particularly ammonia water is used. Is desirable. Further, since the alkaline solution has an etching action on the amorphous silicon film, it is necessary to form the amorphous silicon film thicker than a desired film thickness in anticipation of the amount to be pre-etched. In order to prevent etching of the amorphous silicon film, it is effective to use a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water. In this case, since the hydrogen peroxide solution oxidizes the surface of the silicon film, it becomes possible to prevent the etching reaction due to the alkaline solution.

【0058】さて、本発明の応用例として、非晶質ケイ
素膜の一部に選択的に触媒元素を導入し加熱すること
で、その導入領域から横方向(基板と平行な方向)に結
晶成長させる方法がある。この内部では、成長方向が一
方向に揃った針状結晶、柱状化粧がひしめき合ってお
り、触媒元素が直接導入されランダムに結晶角の発生が
起こった領域に比べて、格段に結晶性が良好な領域とな
っている。この横方向結晶成長領域にレーザー光あるい
は強光を照射すると、針状結晶あるいは柱状結晶間の結
晶粒界が処理され、ほぼ単結晶に近い結晶性ケイ素膜が
得られる。この際にも、触媒原子の導入方法として本発
明を用いることで、効率よく横方向結晶成長が行われ
る、結晶化に寄与する触媒元素は針状結晶、柱状結晶の
先端、つまり結晶成長の先端部に存在している。すなわ
ち、触媒元素が結晶化に効率よく機能していれば、触媒
元素は結晶化が行われる結晶成長先端部のみに存在し、
すでに結晶化された横方向結晶成長領域には触媒元素は
ほぼ存在しないことになる。実際、触媒元素としてニッ
ケルを用いた場合のこの横方向結晶成長領域のニッケル
濃度は、プラズマ処理法が1×1018〜5×1018at
oms/cm3であったのに対し、本発明を用いた場合
には1×1016〜5×1016atoms/cm3と約二
桁も小さな値であった。また、この場合には非晶質ケイ
素膜に触媒元素を選択導入するためのマスク膜のパター
ン形成後、触媒元素添加処理を行う必要があるが、本発
明ではスピン塗布法で見られたようなパターン段差によ
る影響は皆無で、パターン形成後の基板に対しても均一
で安定した処理が可能であった。
As an application example of the present invention, by selectively introducing a catalyst element into a part of the amorphous silicon film and heating it, crystal growth is carried out in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the introduced region. There is a way to do it. Inside this, needle-like crystals with the growth direction aligned in one direction and columnar makeup are crowded together, and the crystallinity is significantly better than in the region where the crystallographic angles are randomly generated by the direct introduction of catalytic elements. It has become an area. When the lateral crystal growth region is irradiated with laser light or strong light, the crystal grain boundaries between needle-like crystals or columnar crystals are processed, and a crystalline silicon film almost like a single crystal is obtained. Also in this case, by using the present invention as a method of introducing the catalyst atoms, the lateral crystal growth is efficiently performed, and the catalyst element that contributes to crystallization is the needle crystal, the tip of the columnar crystal, that is, the tip of the crystal growth. Exists in the department. That is, if the catalytic element functions efficiently for crystallization, the catalytic element exists only at the crystal growth tip where crystallization is performed,
It means that the catalytic element is almost absent in the already crystallized lateral crystal growth region. In fact, the nickel concentration in this lateral crystal growth region when nickel was used as the catalyst element was 1 × 10 18 to 5 × 10 18 at in the plasma treatment method.
While it was oms / cm 3 , the value of 1 × 10 16 to 5 × 10 16 atoms / cm 3 was about two orders of magnitude smaller when the present invention was used. Further, in this case, it is necessary to perform a catalytic element addition treatment after forming a pattern of a mask film for selectively introducing the catalytic element into the amorphous silicon film. There was no effect of the pattern step, and it was possible to perform uniform and stable processing even on the substrate after pattern formation.

【0059】非晶質ケイ素膜に導入する触媒元素の濃度
としては、低ければ低いほど良いが、あまりに低いと非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長するように機能しない。本
発明者らが調べた結果、結晶化が起こる触媒元素の最低
濃度は1×1015atoms/cm3であり、これ以下
の濃度では触媒元素による結晶成長は起こらない。
The lower the concentration of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film, the better, but if it is too low, it will not function to promote crystallization of the amorphous silicon film. As a result of examination by the present inventors, the minimum concentration of the catalytic element in which crystallization occurs is 1 × 10 15 atoms / cm 3 , and at a concentration lower than this, crystal growth by the catalytic element does not occur.

【0060】また、触媒元素の濃度が高いと素子への影
響が問題となる。触媒元素の濃度が高い場合に起こる現
象としては、主にTFTのオフ領域でのリーク電流の増
大がある。これは、触媒元素がケイ素膜中で形成する不
純物準位が影響しており、その準位を介したトンネル電
流によるものと理解される。本発明者らが調べた結果、
素子への影響を抑えることが可能な程度の触媒元素の最
高濃度は1×1019atoms/cm3である。よっ
て、触媒元素の膜中濃度として1×1015〜5×1019
atoms/cm3であれば、最も効果的に触媒元素が
機能することになる。
Further, if the concentration of the catalytic element is high, the influence on the device becomes a problem. The phenomenon that occurs when the concentration of the catalyst element is high is mainly an increase in leak current in the off region of the TFT. It is understood that this is due to the influence of the impurity level formed by the catalytic element in the silicon film and the tunnel current through the level. As a result of examination by the present inventors,
The maximum concentration of the catalytic element that can suppress the influence on the device is 1 × 10 19 atoms / cm 3 . Therefore, the concentration of the catalytic element in the film is 1 × 10 15 to 5 × 10 19
If it is atoms / cm 3 , the catalytic element functions most effectively.

【0061】本発明においては、触媒元素としてNiを
用いた場合に最も顕著な効果を得ることができるが、そ
の他利用できる触媒元素の種類としては、Co、Pd、
Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、A
s、Sbを利用することができる。これらから選ばれた
一種または複数種類の元素であれば、微量で結晶化助長
の効果があるため、半導体素子への影響はあまりない。
In the present invention, the most prominent effect can be obtained when Ni is used as the catalyst element, but other usable catalyst elements include Co, Pd,
Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al, P, A
s and Sb can be used. A single element or a plurality of elements selected from these elements have a small amount of the effect of promoting crystallization, and therefore have little effect on the semiconductor element.

【0062】〔実施例1〕図1は本発明の第1の実施例
による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明するた
めの断面図であり、図1(a)ないし図1(e)は、本
実施例のTFTの製造方法を工程順に示している。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view for explaining a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same, and FIGS. 1 (a) to 1 (e) show the present embodiment. The manufacturing method of the example TFT is shown in the order of steps.

【0063】図において、100はN型薄膜トランジス
タ(TFT)10を有する半導体装置で、該TFT10
は、ガラス基板101上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下地
膜102を介して形成されている。該絶縁性下地膜10
2上には、上記TFTを構成する島状の結晶性ケイ素膜
103iが形成されている。この結晶性ケイ素膜103
iの中央部分は、チャネル領域110となっており、そ
の両側部分は、ソース,ドレイン領域111,112と
なっている。上記チャネル領域110上には、ゲート絶
縁膜107を介してアルミニウムゲート電極108が設
けられている。このゲート電極108の表面は酸化物層
109により被覆されている。上記TFT10はその全
面が層間絶縁膜113により覆われており、該層間絶縁
膜113の、ソース,ドレイン領域111,112に対
応する部分には、コンタクトホール113aが形成され
ている。上記ソース,ドレイン領域111,112はこ
のコンタクトホール113aを介して電極配線114,
115に接続されている。
In the figure, reference numeral 100 denotes a semiconductor device having an N-type thin film transistor (TFT) 10.
Is formed on a glass substrate 101 with an insulating base film 102 such as a silicon oxide film interposed therebetween. The insulating base film 10
An island-shaped crystalline silicon film 103i forming the above TFT is formed on the TFT 2. This crystalline silicon film 103
A central portion of i is a channel region 110, and both side portions thereof are source and drain regions 111 and 112. An aluminum gate electrode 108 is provided on the channel region 110 via a gate insulating film 107. The surface of the gate electrode 108 is covered with the oxide layer 109. The entire surface of the TFT 10 is covered with an interlayer insulating film 113, and a contact hole 113a is formed in a portion of the interlayer insulating film 113 corresponding to the source / drain regions 111 and 112. The source / drain regions 111 and 112 are provided with electrode wirings 114, through the contact holes 113a.
It is connected to 115.

【0064】そしてこの実施例では、上記結晶性ケイ素
膜103iは、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化
を助長する触媒元素(Ni)を含み、この膜中の結晶粒
がほぼ単結晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶からなっ
ているものである。
In this embodiment, the crystalline silicon film 103i contains a catalytic element (Ni) that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment, and the crystal grains in this film are in a substantially single crystal state. Of needle-like crystals or columnar crystals.

【0065】この実施例のTFT10は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分
を構成する素子として用いることができることは勿論、
これらの回路や画素部分と同一基板上に搭載したCPU
を構成する素子としても用いることができる。なお、T
FTの応用範囲としては、液晶表示装置のみではなく、
一般に言われる薄膜集積回路に利用できることは言うま
でもない。
Of course, the TFT 10 of this embodiment can be used as an element constituting a driver circuit or a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device.
CPU mounted on the same substrate as these circuits and pixel parts
It can also be used as an element constituting the. In addition, T
The application range of FT is not limited to liquid crystal display devices,
It goes without saying that it can be applied to a thin film integrated circuit generally called.

【0066】次に製造方法について説明する。まず、ガ
ラス基板101上に例えばスパッタリング法によって厚
さ200nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜102を
形成する。この酸化ケイ素膜は、ガラス基板からの不純
物の拡散を防ぐために設けられる。次に減圧CVD法あ
るいはプラズマCVD法によって、厚さ25〜100n
m、例えば80nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜
(a−Si膜)103を成膜する。
Next, the manufacturing method will be described. First, a base film 102 made of silicon oxide and having a thickness of about 200 nm is formed on a glass substrate 101 by, for example, a sputtering method. This silicon oxide film is provided to prevent the diffusion of impurities from the glass substrate. Next, a thickness of 25 to 100 n is obtained by a low pressure CVD method or a plasma CVD method
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 103 having a thickness of, for example, 80 nm is formed.

【0067】次に図1(a)に示すように、a−Si膜
103が形成された基板101を例えばニッケル塩を溶
かせたアンモニア水と過酸化水素水の混合液105に例
えば10分間ディッピングし、その後純水によるオーバ
ーフロー洗浄を行い、スピン乾燥を行う。この際のニッ
ケル塩としては、酢酸ニッケルを用い、溶液中のニッケ
ル濃度は10ppmとなるようにした。また、溶液10
5のpH値は10程度となるように調整した。このとき
のa−Si膜103表面に添加されたニッケルの面密度
は3×1012atoms/cm2程度であった。
Next, as shown in FIG. 1A, the substrate 101 on which the a-Si film 103 is formed is dipped in a mixed solution 105 of ammonia water and hydrogen peroxide solution in which nickel salt is dissolved, for example, for 10 minutes. After that, overflow cleaning with pure water is performed, and spin drying is performed. At this time, nickel acetate was used as the nickel salt, and the nickel concentration in the solution was adjusted to 10 ppm. Also, the solution 10
The pH value of 5 was adjusted to be about 10. At this time, the surface density of nickel added to the surface of the a-Si film 103 was about 3 × 10 12 atoms / cm 2 .

【0068】そして、これを水素還元雰囲気下または不
活性雰囲気下、加熱温度520〜580℃で数時間から
数十時間、550℃で8時間アニールして結晶化させ
る。この際、表面に添加されたニッケルが核となり、基
板101に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜103の結
晶化が起こる。この結晶化と同時に膜中にニッケルが拡
散する。この結果、結晶性ケイ素膜103a中のニッケ
ル濃度は5×1017atoms/cm3程度になってい
る。
Then, this is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 580 ° C. for several hours to several tens hours and at 550 ° C. for 8 hours to be crystallized. At this time, nickel added to the surface serves as nuclei, and the amorphous silicon film 103 is crystallized in the direction perpendicular to the substrate 101. Simultaneously with this crystallization, nickel diffuses in the film. As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon film 103a is about 5 × 10 17 atoms / cm 3 .

【0069】引き続いて、図1(b)に示すようにレー
ザー光を照射することで結晶性ケイ素膜103aの結晶
性を助長する。このときのレーザー光としては、XeC
lエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40n
sec)を用いた。レーザー光の照射は、照射時に基板
が200〜450℃、例えば400℃に加熱されるよう
に保持し、エネルギー密度200〜400mj/c
2、例えば300mj/cm2で行った。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, laser light is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 103a. The laser light at this time is XeC
l Excimer laser (wavelength 308nm, pulse width 40n
sec) was used. Irradiation with laser light is performed by holding the substrate so that it is heated to 200 to 450 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation, and energy density is 200 to 400 mj / c.
m 2, for example, was performed at 300 mj / cm 2.

【0070】次に、図1(c)に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜103aを除去して素子間分離を行
い、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域、チ
ャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜103iを形
成する。
Next, as shown in FIG. 1C, the crystalline silicon film 103a in an unnecessary portion is removed to perform element isolation, and then the active region (source / drain region, channel region) of the TFT is formed. The island-shaped crystalline silicon film 103i is formed.

【0071】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜103iを覆うように厚さ20〜150nm、ここで
は100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜107とし
て成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここではTEO
S(Tetra Ethoxy Ortho Sili
cate)を原料とし、酸素とともに基板温度150〜
600℃、好ましくは300〜450℃で、RFプラズ
マCVD法で分解,堆積した。なお、上記酸化ケイ素膜
は、TEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧CV
D法もしくは常圧CVD法によって、基板温度を350
〜650℃、好ましくは400〜550℃として形成し
てもよい。この成膜後、ゲート絶縁膜自身のバルク特性
および結晶性ケイ素膜/ゲート絶縁膜の界面特性を向上
するために、不活性ガス雰囲気下で400〜600℃で
30〜60分アニールを行った。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed as the gate insulating film 107 so as to cover the crystalline silicon film 103i to be the active region. Here, TEO is used for forming the silicon oxide film.
S (Tetra Ethoxy Ortho Sili
Cate) as a raw material, and the substrate temperature is 150 to 150 with oxygen.
It was decomposed and deposited by the RF plasma CVD method at 600 ° C., preferably 300 to 450 ° C. The above silicon oxide film is a low pressure CV made from TEOS together with ozone gas.
The substrate temperature is set to 350 by the D method or the atmospheric pressure CVD method.
˜650 ° C., preferably 400 to 550 ° C. After this film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film itself and the interface characteristics of the crystalline silicon film / gate insulating film, annealing was performed at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes in an inert gas atmosphere.

【0072】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400〜800nm、例えば600nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極108を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層109を形成する(図1(d))。ここで陽極酸化
は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液
中で行い、最初一定電流で220Vまで電圧を上げ、そ
の状態で1時間保持して処理を終了させる。得られた酸
化物層109の厚さは200nmである。なお、この酸
化物層109の膜厚は、後のイオンドーピング工程にお
いて、オフセットゲート領域を規定する長さとなるの
で、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で
決めることができる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 to 800 nm, for example 600 nm, is formed. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 108. Further, the surface of this aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 109 on the surface (FIG. 1 (d)). Here, the anodic oxidation is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%, the voltage is first increased to 220 V with a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the treatment. The thickness of the obtained oxide layer 109 is 200 nm. Since the thickness of the oxide layer 109 has a length that defines the offset gate region in the subsequent ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodizing process.

【0073】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極108とその周囲の酸化物層109をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1×10
15〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とす
る。この工程により、不純物が注入された領域111と
112は後にTFTのソース,ドレイン領域となり、ゲ
ート電極108およびその周囲の酸化層109にマスク
され不純物が注入されない領域110は、後にTFTの
チャネル領域となる。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 108 and the oxide layer 109 around it as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 1 × 10.
It is set to 15 to 8 × 10 15 cm -2 , for example, 2 × 10 15 cm -2 . By this step, the regions 111 and 112 into which the impurities are implanted will later become the source and drain regions of the TFT, and the region 110 which is masked by the gate electrode 108 and the oxide layer 109 around the gate electrode and into which the impurities are not implanted will later become the channel region of the TFT. Become.

【0074】その後、図1(d)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この際、
使用するレーザーとしてはXeClエキシマレーザー
(波長308nm、パルス幅40nsec)を用い、エ
ネルギー密度150〜400mj/cm2、好ましくは
200〜250mj/cm2で照射を行う。こうして形
成されたN型不純物(リン)領域111、112のシー
ト抵抗は、200〜800Ω/□である。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystal in the portion where the crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is performed. Improve sex. On this occasion,
The laser used is a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec), and irradiation is performed with an energy density of 150 to 400 mj / cm 2 , preferably 200 to 250 mj / cm 2 . The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 111 and 112 thus formed is 200 to 800 Ω / □.

【0075】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜あるいは窒化ケイ素膜を層間絶縁膜113として形成
する。酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料
として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはこ
れとオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によ
って形成すれば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜
が得られる。また、SiH4とNH3を原料ガスとしてプ
ラズマCVD法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、
活性領域/ゲート絶縁膜の界面へ水素原子を供給し、T
FT特性を劣化させる不対結合手を低減する効果があ
る。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 113. When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and it is formed by a plasma CVD method of this and oxygen, or a low pressure CVD method or an atmospheric pressure CVD method of this and ozone, excellent step coverage is obtained. An interlayer insulating film is obtained. Further, if a silicon nitride film formed by plasma CVD using SiH 4 and NH 3 as source gases is used,
By supplying hydrogen atoms to the interface of the active region / gate insulating film,
This has the effect of reducing dangling bonds that deteriorate the FT characteristics.

【0076】次に、層間絶縁膜113にコンタクトホー
ル113aを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの二層膜によってTFTの電極配線11
4、115を形成する。この際、窒化チタン膜は、アル
ミニウムが半導体層に拡散するのを防止する目的のバリ
ア膜として設けられる。そして最後に、1気圧の水素雰
囲気で350℃、30分のアニールを行い、図1(e)
に示すTFT10を完成させる。
Next, a contact hole 113a is formed in the interlayer insulating film 113, and the electrode wiring 11 of the TFT is made of a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
4 and 115 are formed. At this time, the titanium nitride film is provided as a barrier film for the purpose of preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. And finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm, and then, as shown in FIG.
The TFT 10 shown in is completed.

【0077】本TFTを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極114または115をI
TOなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一
方の電極より信号を入力する。また、本TFTを薄膜集
積回路に用いる場合には、ゲート電極108上にもコン
タクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。
When this TFT is used as an element for switching the pixel electrode, the electrode 114 or 115 is I
It is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as TO, and a signal is input from the other electrode. When the present TFT is used in a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed also on the gate electrode 108 and necessary wiring may be provided.

【0078】以上の実施例にしたがって作製したNTF
Tは、電界効果移動度は120〜150cm2/Vs、
S値は0.2〜0.4V/桁、閾値電圧2〜3Vという
良好な特性を示した。ここでS値は、TFTのサブスレ
ッシュ領域での立ち上がり係数であり、ゲート電圧とド
レイン電流との関係を示すグラフにおいて、ドレイン電
流が急峻に立ち上がる地点でのグラフの傾きを、該ドレ
イン電流が1桁増大したときのゲート電圧の変化で示し
ている。また基板内におけるTFT特性のばらつきは、
電界効果移動度で±12%、閾値電圧で±8%以内であ
った。
NTF produced according to the above examples
T has a field effect mobility of 120 to 150 cm 2 / Vs,
The S value was 0.2 to 0.4 V / digit, and the threshold voltage was 2 to 3 V, which was a good characteristic. Here, the S value is a rise coefficient in the sub-threshold region of the TFT, and in the graph showing the relationship between the gate voltage and the drain current, the slope of the graph at the point where the drain current sharply rises indicates that the drain current is 1 It is shown by the change in the gate voltage when the number of digits increases. In addition, variations in TFT characteristics within the substrate are
The field effect mobility was within ± 12%, and the threshold voltage was within ± 8%.

【0079】このように本実施例では、基板の絶縁性表
面に形成された活性領域103iを、非晶質ケイ素膜1
03の加熱による結晶化を助長する触媒元素を含む構造
としたので、非晶質ケイ素膜103の結晶化により得ら
れる、上記活性領域を構成する結晶性ケイ素膜103a
を、通常の固相成長法で得られる結晶性よりさらに高い
結晶性を有するものとできる。
As described above, in this embodiment, the active region 103i formed on the insulating surface of the substrate is covered with the amorphous silicon film 1.
03 has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization by heating, so that the crystalline silicon film 103a forming the active region, which is obtained by crystallization of the amorphous silicon film 103, is obtained.
Can have crystallinity higher than that obtained by a normal solid phase growth method.

【0080】また、非晶質ケイ素膜103の加熱による
結晶化は、触媒元素により助長されるため、高品質な結
晶性ケイ素膜103aを生産性よく形成できる。しかも
この際、結晶化に要する加熱温度が600℃以下に抑え
られるため、安価なガラス基板を使用可能となる。
Further, the crystallization of the amorphous silicon film 103 by heating is promoted by the catalytic element, so that the crystalline silicon film 103a of high quality can be formed with high productivity. Moreover, at this time, since the heating temperature required for crystallization can be suppressed to 600 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate can be used.

【0081】また、上記活性領域における触媒元素の膜
中濃度を、1×1015atoms/cm3〜1×1019
atoms/cm3としているため、非晶質ケイ素膜1
03の結晶化の際、この触媒元素を効果的に機能させる
ことができる。
The concentration of the catalytic element in the film in the active region is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19.
Since it is set to atoms / cm 3 , the amorphous silicon film 1
In crystallization of 03, this catalytic element can effectively function.

【0082】また、この実施例では、非晶質ケイ素膜1
03の結晶化を助長する触媒元素を含むアルカリ性溶媒
105に、非晶質ケイ素膜103を晒して、その後加熱
処理により、該非晶質ケイ素膜103に吸着した触媒元
素を非晶質ケイ素膜に導入するので、基板面内での触媒
元素の添加量のばらつきを小さくすることができ、ま
た、触媒元素の添加量を少ない量に制御できる。
Further, in this embodiment, the amorphous silicon film 1 is used.
The amorphous silicon film 103 is exposed to an alkaline solvent 105 containing a catalytic element that promotes crystallization of 03, and then the catalytic element adsorbed to the amorphous silicon film 103 is introduced into the amorphous silicon film by heat treatment. Therefore, it is possible to reduce variations in the addition amount of the catalyst element within the surface of the substrate and to control the addition amount of the catalyst element to a small amount.

【0083】〔実施例2〕図2(a),(b)は本発明
の第2の実施例による薄膜トランジスタ及びその製造方
法を説明するための平面図、図3は図2(a)のA−
A’線部分に対応する断面図であり、図3(a)ないし
図3(f)は、本実施例のTFTの製造方法を工程順に
示している。
[Embodiment 2] FIGS. 2 (a) and 2 (b) are plan views for explaining a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same, and FIG. −
FIGS. 3A to 3F are cross-sectional views corresponding to the line A ′ portion, and FIGS. 3A to 3F show a method of manufacturing the TFT of this embodiment in the order of steps.

【0084】図において、200はP型薄膜トランジス
タ(TFT)20を有する半導体装置で、該TFT20
は、陽極酸化膜を有していない点以外は、上記第1の実
施例の半導体装置におけるN型TFT10と同一の断面
構造を有している。なお、図2及び図3中、200番台
の符号を付した本実施例の構成要素は、窒化ケイ素膜等
からなるマスク204を除いては、図1に示す第1の実
施例における100番台の符号を付した構成要素に対応
するものである。但し、この実施例では、上記結晶性ケ
イ素膜203iは、その近傍の結晶化ケイ素領域203
aから基板表面に対して平行な方向に結晶成長が進んで
形成された横方向結晶領域203bの一部である。該結
晶化ケイ素領域203a及び横方向結晶領域203b
は、非晶質ケイ素膜の加熱処理による結晶化を助長する
触媒元素(Ni)を含み、この膜中の結晶粒がほぼ単結
晶状態の針状結晶あるいは柱状結晶からなっているもの
である。
In the figure, reference numeral 200 denotes a semiconductor device having a P-type thin film transistor (TFT) 20.
Has the same sectional structure as the N-type TFT 10 in the semiconductor device of the first embodiment except that it does not have an anodized film. 2 and 3, the constituent elements of the present embodiment denoted by reference numerals in the 200 series are the same as those in the 100 series in the first embodiment shown in FIG. 1 except for the mask 204 made of a silicon nitride film or the like. It corresponds to the components with reference numerals. However, in this embodiment, the crystalline silicon film 203i has a crystalline silicon region 203 in the vicinity thereof.
It is a part of a lateral crystal region 203b formed by crystal growth proceeding from a in a direction parallel to the substrate surface. The crystallized silicon region 203a and the lateral crystal region 203b
Contains a catalytic element (Ni) that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heat treatment, and the crystal grains in the film are needle crystals or columnar crystals in a substantially single crystal state.

【0085】次に製造方法について説明する。まず、ガ
ラス基板201上に例えばスパッタリング法によって厚
さ200nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜202を
形成する。次に減圧CVD法あるいはプラズマCVD法
によって、厚さ25〜100nm、例えば50nmの真
性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)203を成
膜する。
Next, the manufacturing method will be described. First, a base film 202 made of silicon oxide having a thickness of about 200 nm is formed on the glass substrate 201 by, for example, a sputtering method. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 203 having a thickness of 25 to 100 nm, for example, 50 nm is formed by a low pressure CVD method or a plasma CVD method.

【0086】次に、該非晶質ケイ素膜203上に、酸化
ケイ素膜または窒化ケイ素膜等からなる、所定位置にマ
スク開口204aを有するマスク層204を形成する。
このマスク204の開口204a内には、スリット状に
a−Si膜203が露呈する。即ち、図3(a)の状態
を上面から見ると、a−Si膜203が領域200aで
スリット状に露呈しており、他の部分はマスクされてい
る状態となっている。ここでは、図2(a)のように、
ソース,ドレイン領域211,212が横方向結晶成長
の方向206に並ぶ配置でTFT20を作製するが、図
2(b)のように、ソース,ドレイン領域211,21
2が上記方向206に垂直な方向に並ぶ配置でも同様の
方法で全く問題なくTFTを作製できる。
Next, a mask layer 204 made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like and having a mask opening 204a at a predetermined position is formed on the amorphous silicon film 203.
In the opening 204a of the mask 204, the a-Si film 203 is exposed in a slit shape. That is, when the state of FIG. 3A is viewed from above, the a-Si film 203 is exposed in a slit shape in the region 200a, and the other portions are masked. Here, as shown in FIG.
The TFT 20 is manufactured by arranging the source / drain regions 211 and 212 in the lateral crystal growth direction 206. However, as shown in FIG. 2B, the source / drain regions 211 and 21 are formed.
Even if the two are arranged in the direction perpendicular to the direction 206, the TFT can be produced by the same method without any problem.

【0087】上記マスク204を形成した後、図3
(b)に示すように、a−Si膜203表面が露呈して
いる領域200aにニッケルを溶かせたアルカリ性溶液
205が接するように基板201を保持する。本実施例
では、アルカリ性溶媒としてpH値12程度のアンモニ
ア水を用い、溶質としては硝酸ニッケルを用いた。溶液
中のニッケル濃度は50ppmとし、基板201を5分
間溶液205にディッピングすることによりニッケル微
量添加を行った。この工程により領域200aで露呈し
ている部分のa−Si膜203はエッチングされて膜厚
が40nm程度に減少するが、本実施例では領域200
aのa−Si膜203は素子領域として使用せず、また
後の工程で除去されるため特に問題はない。そして、こ
れを不活性雰囲気下、例えば加熱温度550℃で16時
間アニールして結晶化させる。
After forming the mask 204, as shown in FIG.
As shown in (b), the substrate 201 is held so that the alkaline solution 205 in which nickel is dissolved is in contact with the region 200a where the surface of the a-Si film 203 is exposed. In this example, aqueous ammonia having a pH value of about 12 was used as the alkaline solvent, and nickel nitrate was used as the solute. The nickel concentration in the solution was set to 50 ppm, and the substrate 201 was dipped in the solution 205 for 5 minutes to add a small amount of nickel. By this step, the a-Si film 203 in the portion exposed in the region 200a is etched and the film thickness is reduced to about 40 nm.
Since the a-Si film 203 of a is not used as an element region and is removed in a later step, there is no particular problem. Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours to be crystallized.

【0088】この際、領域200aにおいては、a−S
i膜表面に添加されたニッケルを核として基板201に
対して垂直方向にケイ素膜203の結晶化が起こり、結
晶性ケイ素膜203aが形成される。この結晶化と同時
に膜中にニッケルが拡散する。この結果、結晶性ケイ素
膜203aの中のニッケル濃度は5×1018atoms
/cm3程度となる。このとき、領域200a以外の部
分ではマスク膜204に阻まれ、ニッケルは下層のa−
Si膜203に到達することはできない。そして、領域
200aの周辺領域では、図3(c)において、矢印2
06で示すように、領域200aから横方向(基板と平
行な方向)に結晶成長が行われ、横方向結晶成長した結
晶性ケイ素膜203bが形成される、それ以外の非晶質
ケイ素膜203の領域は、そのまま非晶質ケイ素膜領域
203cとして残る。この横方向結晶成長した結晶性ケ
イ素膜203b中のニッケル濃度は5×1016atom
s/cm3程度であり、そのシード領域とも言える直接
ニッケルを添加し結晶成長した結晶性ケイ素膜203a
に比べ、一桁以上小さな値となっている。なお、上記結
晶成長に際し、矢印206で示される基板と平行な方向
の結晶成長の距離は、80μm程度である。
At this time, in the area 200a, a-S
Crystallization of the silicon film 203 occurs in the direction perpendicular to the substrate 201 using nickel added to the surface of the i film as nuclei to form a crystalline silicon film 203a. Simultaneously with this crystallization, nickel diffuses in the film. As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon film 203a is 5 × 10 18 atoms.
/ A cm 3. At this time, the portion other than the region 200a is blocked by the mask film 204, and nickel is a- of the lower layer.
It cannot reach the Si film 203. Then, in the peripheral area of the area 200a, the arrow 2 in FIG.
As indicated by 06, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region 200a to form the crystalline silicon film 203b which is laterally crystal-grown. The region remains as the amorphous silicon film region 203c as it is. The concentration of nickel in the crystalline silicon film 203b that has undergone lateral crystal growth is 5 × 10 16 atom.
s / cm 3 and can be said to be the seed region of the crystalline silicon film 203a obtained by crystal growth by directly adding nickel.
Compared with, the value is smaller by one digit or more. In the crystal growth, the distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 206 is about 80 μm.

【0089】その後、マスク204を除去し、不要な部
分のケイ素膜203を除去して素子間分離を行う。以上
の工程で、後にTFTの活性領域(ソース/ドレイン領
域、チャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜203
iが形成される(図3(d))。
After that, the mask 204 is removed, and unnecessary portions of the silicon film 203 are removed to perform element isolation. Through the above steps, an island-shaped crystalline silicon film 203 to be an active region (source / drain region, channel region) of the TFT later is formed.
i is formed (FIG. 3D).

【0090】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜203iを覆うように厚さ20〜150nm、ここで
は100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜207とし
て成膜する。本実施例では、ゲート絶縁膜207の成膜
方法としてスパッタリング法を用いる。スパッタリング
には、ターゲットとして酸化ケイ素を用い、スパッタリ
ング時の基板温度は200〜400℃、例えば350
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン/酸素は0〜0.5、例えば0.1以下とする。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed as the gate insulating film 207 so as to cover the crystalline silicon film 203i to be the active region. In this embodiment, a sputtering method is used as a method for forming the gate insulating film 207. For sputtering, silicon oxide is used as a target, and the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example 350.
The sputtering atmosphere is oxygen and argon, and the argon / oxygen is 0 to 0.5, for example 0.1 or less.

【0091】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ400nmのアルミニウムを成膜する。そして、ア
ルミニウム膜をパターニングしてゲート電極208を形
成した後、イオンドーピング法によって、ゲート電極2
08をマスクとして活性領域に不純物(ホウ素)を注入
する。ドーピングガスとして、ジボラン(B26)を用
い、加速電圧を40kV〜80kV、例えば65kVと
し、ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば
5×1015cm-2とする。この工程により、不純物が注
入された領域211と212は、後にTFTのソース,
ドレイン領域となり、ゲート電極208にマスクされ不
純物が注入されない領域210は、後にTFTのチャネ
ル領域となる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 400 nm is formed. Then, after patterning the aluminum film to form the gate electrode 208, the gate electrode 2 is formed by an ion doping method.
Impurity (boron) is implanted into the active region using 08 as a mask. Diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is set to 40 kV to 80 kV, for example, 65 kV, and the dose amount is set to 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 . To do. By this step, the regions 211 and 212 into which the impurities have been implanted will be the source of the TFT later,
The region 210 that becomes the drain region and is masked by the gate electrode 208 and into which no impurities are implanted will later become the channel region of the TFT.

【0092】その後、図3(e)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入工程で
結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。この際、
使用するレーザーとしてはKrFエキシマレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)を用い、エネル
ギー密度150〜400mj/cm2、好ましくは20
0〜250mj/cm2で照射を行った。こうして形成
されたP型不純物(ホウ素)領域211、212のシー
ト抵抗は、500〜900Ω/□であった。
After that, as shown in FIG. 3E, annealing is performed by laser light irradiation to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated in the above-mentioned impurity introduction step is performed. Improve sex. On this occasion,
The laser used is a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec), energy density 150 to 400 mj / cm 2 , preferably 20.
Irradiation was performed at 0 to 250 mj / cm 2 . The sheet resistance of the P-type impurity (boron) regions 211 and 212 thus formed was 500 to 900 Ω / □.

【0093】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜213として形成する。酸化ケイ素膜を
用いる場合には、TEOSを原料として、これと酸素と
のプラズマCVD法、もしくはこれとオゾンとの減圧C
VD法あるいは常圧CVD法によって形成すれば、段差
被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 213. In the case of using a silicon oxide film, TEOS is used as a raw material and a plasma CVD method of this and oxygen or a reduced pressure C of this and ozone is used.
If it is formed by the VD method or the atmospheric pressure CVD method, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained.

【0094】次に、層間絶縁膜213にコンタクトホー
ル213aを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの二層膜によってTFTの電極配線21
4、215を形成する。そして最後に、水素のプラズマ
雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、図3
(f)に示すTFT20を完成させる。
Next, a contact hole 213a is formed in the interlayer insulating film 213, and the electrode wiring 21 of the TFT is formed by a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
4, 215 are formed. Finally, annealing is performed in a hydrogen plasma atmosphere at 350 ° C. for 30 minutes, and then, as shown in FIG.
The TFT 20 shown in (f) is completed.

【0095】本TFTを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合には電極214または215をI
TOなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一
方の電極より信号を入力する。また、本TFTを薄膜集
積回路に用いる場合には、ゲート電極208上にもコン
タクトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。
When this TFT is used as an element for switching the pixel electrode, the electrode 214 or 215 is set to I
It is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as TO, and a signal is input from the other electrode. When the present TFT is used in a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed also on the gate electrode 208 and necessary wiring may be provided.

【0096】以上の実施例にしたがって作製したPTF
T20は、電界効果移動度35〜50cm2/Vs、S
値0.9〜1.2V/桁、閾値電圧−5〜−6Vという
良好な特性を示した。基板内におけるTFT特性のばら
つきは、電界効果移動度で±10%、閾値電圧でほぼ±
5%以内であった。
PTF produced according to the above examples
T20 is a field effect mobility of 35 to 50 cm 2 / Vs, S
Good values of 0.9 to 1.2 V / digit and a threshold voltage of -5 to -6 V were shown. The variation of TFT characteristics in the substrate is ± 10% in field effect mobility and ±± in threshold voltage.
It was within 5%.

【0097】この実施例では、上記実施例の効果に加え
て、加熱処理により、触媒元素を含むアルカリ性溶液2
05に非晶質ケイ素膜203を選択的に晒して、触媒元
素を選択的に非晶質ケイ素膜203に拡散させるととも
に、該非晶質ケイ素203を選択的に結晶化させ、続く
加熱処理により、この結晶化した部分から基板表面に対
しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケイ素
膜中に横方向結晶成長領域203bを形成するので、触
媒元素を導入した領域に比べると格段に結晶性が良好な
結晶化領域を得ることができる。
In this embodiment, in addition to the effect of the above embodiment, the alkaline solution 2 containing the catalytic element is heated by the heat treatment.
No. 05 selectively exposes the amorphous silicon film 203 to selectively diffuse the catalyst element into the amorphous silicon film 203, and selectively crystallizes the amorphous silicon 203. Crystal growth is carried out from the crystallized portion in a direction substantially parallel to the substrate surface to form a lateral crystal growth region 203b in the amorphous silicon film, so that it is much more remarkable than in the region into which the catalytic element is introduced. A crystallized region with favorable crystallinity can be obtained.

【0098】〔実施例3〕図4は本発明の第3の実施例
による薄膜トランジスタ及びその製造方法を説明するた
めの平面図、図5は図4のB−B’線部分に対応する断
面図であり、図5(a)ないし図5(e)は、本実施例
のTFTの製造方法を工程順に示している。
[Embodiment 3] FIG. 4 is a plan view for explaining a thin film transistor and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to a portion taken along line BB ′ of FIG. 5A to 5E show the method of manufacturing the TFT of this embodiment in the order of steps.

【0099】図において、300は本実施例の半導体装
置で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の周辺駆
動回路や、一般の薄膜集積回路を構成するCMOS構成
の回路30を有している。このCMOS構成の回路は、
N型TFT31とP型TFT32とをこれらが相補的な
動作を行うよう接続したもので、ガラス基板301上に
構成されている。
In the figure, reference numeral 300 denotes a semiconductor device of this embodiment, which has a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a CMOS circuit 30 which constitutes a general thin film integrated circuit. This CMOS circuit is
The N-type TFT 31 and the P-type TFT 32 are connected so that they perform complementary operations, and are formed on the glass substrate 301.

【0100】該N型TFT31とP型TFT32とはそ
れぞれガラス基板301上に酸化ケイ素膜等の絶縁性下
地膜302を介して形成されている。該絶縁性下地膜3
02上には、上記各TFT31,32を構成する島状の
結晶性ケイ素膜303n,303pが隣接して形成され
ている。この結晶性ケイ素膜303n,303pの中央
部分は、それぞれNチャネル領域310,Pチャネル領
域311となっている。上記結晶性ケイ素膜303nの
両側部分はN型TFTのN型ソース,ドレイン領域31
2,313、上記結晶性ケイ素膜303pの両側部分は
P型TFTのP型ソース,ドレイン領域314,315
となっている。
The N-type TFT 31 and the P-type TFT 32 are formed on a glass substrate 301 with an insulating base film 302 such as a silicon oxide film interposed therebetween. The insulating base film 3
On 02, island-shaped crystalline silicon films 303n and 303p forming the TFTs 31 and 32 are formed adjacent to each other. Central portions of the crystalline silicon films 303n and 303p are an N channel region 310 and a P channel region 311 respectively. Both sides of the crystalline silicon film 303n are N-type source / drain regions 31 of an N-type TFT.
2, 313, and both side portions of the crystalline silicon film 303p are P-type source / drain regions 314 and 315 of a P-type TFT.
Has become.

【0101】上記Nチャネル領域310及びPチャネル
領域311上には、ゲート絶縁膜307を介してアルミ
ニウムゲート電極308及び309が配設されている。
また上記TFT31及び32は全面が層間絶縁膜316
により覆われており、該層間絶縁膜316の、N型TF
T31のソース,ドレイン領域312,313に対応す
る部分にはコンタクトホール316nが、また該層間絶
縁膜316の、P型TFT32のソース,ドレイン領域
314,315に対応する部分には、コンタクトホール
316pが形成されている。そして上記N型TFT31
のソース,ドレイン領域312,313はこのコンタク
トホール316nを介して電極配線317,318に接
続されている。また上記P型TFT32のソース,ドレ
イン領域314,315は上記コンタクトホール316
pを介して電極配線318,319に接続されている。
Aluminum gate electrodes 308 and 309 are provided on the N-channel region 310 and the P-channel region 311 with a gate insulating film 307 interposed therebetween.
The entire surface of the TFTs 31 and 32 is the interlayer insulating film 316.
N-type TF of the interlayer insulating film 316
A contact hole 316n is formed in a portion of the T31 corresponding to the source / drain regions 312 and 313, and a contact hole 316p is formed in a portion of the interlayer insulating film 316 corresponding to the source / drain regions 314 and 315 of the P-type TFT 32. Has been formed. And the N-type TFT 31
The source / drain regions 312 and 313 are connected to the electrode wirings 317 and 318 through the contact holes 316n. Further, the source / drain regions 314 and 315 of the P-type TFT 32 have the contact holes 316.
It is connected to the electrode wirings 318 and 319 via p.

【0102】そして本実施例では、上記結晶性ケイ素膜
303n,303pは、1つの触媒元素添加領域303
aから横方向結晶成長した、その両側の横成長結晶性ケ
イ素膜303bの一部である。
In this embodiment, the crystalline silicon films 303n and 303p are formed in one catalytic element addition region 303.
It is a part of the laterally grown crystalline silicon film 303b on both sides of the laterally grown crystal from a.

【0103】次に製造方法について説明する。まず、ガ
ラス基板301上に例えばスパッタリング法によって厚
さ100nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜302を
形成する。次に減圧CVD法によって、厚さ25〜10
0nm、例えば50nmの真性(I型)の非晶質ケイ素
膜(a−Si膜)303を成膜する。
Next, the manufacturing method will be described. First, a base film 302 made of silicon oxide and having a thickness of about 100 nm is formed on the glass substrate 301 by, for example, a sputtering method. Next, a thickness of 25 to 10
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 303 having a thickness of 0 nm, for example, 50 nm is formed.

【0104】次に厚さ100nm程度の酸化ケイ素膜ま
たは窒化ケイ素膜等によって形成されたマスク304を
形成する。このマスク304を選択的に除去し、触媒元
素の注入用開口304aを開ける。
Next, a mask 304 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm is formed. The mask 304 is selectively removed, and an opening 304a for injecting a catalytic element is opened.

【0105】この開口304a内には、a−Si膜30
3がスリット状に露呈する。即ち、図5(a)の状態を
上面から見ると、a−Si膜303が領域300aでス
リット状に露呈しており、他の部分はマスクされている
状態となっている。
In the opening 304a, the a-Si film 30 is formed.
3 is exposed in a slit shape. That is, when the state of FIG. 5A is viewed from above, the a-Si film 303 is exposed in a slit shape in the region 300a, and the other portions are masked.

【0106】上記マスク304を形成した後、図5
(b)に示すように、a−Si膜303表面が露呈して
いる領域300aにニッケルを溶かせたアルカリ性溶液
305が接するように基板301を保持する。本実施例
では、アルカリ性溶媒としてpH値10程度のアンモニ
ア水を用い、溶質としては酢酸ニッケルを用いた。溶液
中のニッケル濃度は20ppmとし、基板301を5分
間溶液305にディッピングすることによりニッケル微
量添加を行った。この工程により領域300aで露呈し
ている部分のa−Si膜303はエッチングされて膜厚
が45nm程度に減少するが、本実施例では領域300
aのa−Si膜303は素子領域として使用せず、また
後の工程で除去されるため特に問題はない。そして、こ
れを不活性雰囲気下、例えば加熱温度550℃で16時
間アニールして結晶化させる。
After forming the mask 304, as shown in FIG.
As shown in (b), the substrate 301 is held so that the alkaline solution 305 in which nickel is dissolved is in contact with the region 300a where the surface of the a-Si film 303 is exposed. In this example, aqueous ammonia having a pH value of about 10 was used as the alkaline solvent, and nickel acetate was used as the solute. The nickel concentration in the solution was set to 20 ppm, and the substrate 301 was dipped in the solution 305 for 5 minutes to add a small amount of nickel. By this step, the a-Si film 303 in the portion exposed in the region 300a is etched and the film thickness is reduced to about 45 nm.
There is no particular problem because the a-Si film 303 of a is not used as an element region and is removed in a later step. Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours to be crystallized.

【0107】この際、領域300aにおいては、a−S
i膜303表面に添加されたニッケルを核として基板3
01に対して垂直方向にケイ素膜303の結晶化が起こ
り、結晶性ケイ素膜303aが形成される。この結晶化
と同時に膜中にニッケルが拡散する。この結果、結晶性
ケイ素膜303aの中のニッケル濃度は8×1017at
oms/cm3程度となる。このとき、領域300a以
外の部分ではマスク膜304に阻まれ、ニッケル306
は下層のa−Si膜303に到達することはできない。
そして、領域300aの周辺領域では、図5(b)にお
いて矢印306で示すように、領域300aから横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われ、横方向結晶
成長した結晶性ケイ素膜303bが形成される、それ以
外の非晶質ケイ素膜303の領域は、そのまま非晶質ケ
イ素膜領域303cとして残る。この横方向結晶成長し
た結晶性ケイ素膜303b中のニッケル濃度は3×10
16atoms/cm3程度であり、そのシード領域とも
言える直接ニッケルを添加し結晶成長した結晶性ケイ素
膜303aに比べ、やはり一桁以上小さな値となってい
る。なお、上記結晶成長に際し、矢印306で示される
基板と平行な方向の結晶成長の距離は、80μm程度で
ある。
At this time, in the area 300a, aS
Substrate 3 with nickel added to the surface of i film 303 as a nucleus
Crystallization of the silicon film 303 occurs in the direction perpendicular to 01 to form a crystalline silicon film 303a. Simultaneously with this crystallization, nickel diffuses in the film. As a result, the nickel concentration in the crystalline silicon film 303a is 8 × 10 17 at
It is about oms / cm 3 . At this time, the portion other than the region 300a is blocked by the mask film 304, and the nickel 306 is removed.
Cannot reach the underlying a-Si film 303.
Then, in the peripheral region of the region 300a, crystal growth is performed in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region 300a as indicated by an arrow 306 in FIG. The other region of the amorphous silicon film 303 where the 303b is formed remains as the amorphous silicon film region 303c. The concentration of nickel in the crystalline silicon film 303b that has grown laterally is 3 × 10 5.
The value is about 16 atoms / cm 3, which is smaller than that of the crystalline region of the crystalline silicon film 303a, which is a seed region of the crystalline silicon film 303a by directly adding nickel. In the crystal growth, the distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 306 is about 80 μm.

【0108】引き続いて、マスク304を除去し、レー
ザー光を照射することで結晶性ケイ素膜303bの結晶
性を助長する。このときのレーザー光としては、XeC
lエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40n
sec)を用いた。レーザー光の照射は、照射時に基板
が200〜450℃、例えば400℃に加熱されるよう
に保持し、エネルギー密度200〜400mj/c
2、例えば300mj/cm2で行った。
Subsequently, the mask 304 is removed and laser light is irradiated to promote the crystallinity of the crystalline silicon film 303b. The laser light at this time is XeC
l Excimer laser (wavelength 308nm, pulse width 40n
sec) was used. Irradiation with laser light is performed by holding the substrate so that it is heated to 200 to 450 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation, and energy density is 200 to 400 mj / c.
m 2, for example, was performed at 300 mj / cm 2.

【0109】その後、図5(c)に示すように、後にT
FTの活性領域(素子領域)303n、303pとなる
結晶性ケイ素膜を残し、それ以外の領域をエッチング除
去して素子間分離を行う。
Then, as shown in FIG.
The crystalline silicon film to be the active regions (element regions) 303n and 303p of the FT is left, and the other regions are removed by etching to perform element isolation.

【0110】次に、上記の活性領域となる結晶性ケイ素
膜303nおよび303pを覆うように厚さ100nm
の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜307として成膜する。
本実施例では、ゲート絶縁膜307の成膜方法としてT
EOSを原料とし、酸素とともに基板温度350℃で、
RFプラズマCVD法で分解,堆積している。
Next, a 100 nm-thickness is formed so as to cover the crystalline silicon films 303n and 303p which will be the active regions.
Is formed as the gate insulating film 307.
In this embodiment, T is used as a method for forming the gate insulating film 307.
Using EOS as a raw material, with oxygen at a substrate temperature of 350 ° C
It is decomposed and deposited by the RF plasma CVD method.

【0111】引き続いて、図5(d)に示すように、ス
パッタリング法によって厚さ400〜800nm、例え
ば500nmのアルミニウム(0.1〜2%のシリコン
を含む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲート電極308、309を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, an aluminum film (containing silicon of 0.1 to 2%) having a thickness of 400 to 800 nm, for example, 500 nm is formed by a sputtering method, and the aluminum film is patterned. Then, the gate electrodes 308 and 309 are formed.

【0112】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域303n、303pにゲート電極308、309を
マスクとして不純物(リン、およびホウ素)を注入す
る。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)お
よびジボラン(B26)を用い、前者の場合は、加速電
圧を60〜90kV、例えば80kV、後者の場合は、
40kV〜80kV、例えば65kVとし、ドーズ量は
1×1015〜8×1015cm-2、例えばリンを2×10
15cm-2、ホウ素を5×1015cm-2とする。この工程
により、ゲート電極308、309にマスクされ不純物
が注入されない領域は後にTFTのチャネル領域31
0、311となる。ドーピングに際しては、ドーピング
が不要な領域をフォトレジストで覆うことによって、そ
れぞれの元素の選択的なドーピングを行う。この結果、
N型の不純物領域312と313、P型の不純物領域3
14と315が形成され、図5(d)に示すようにNチ
ャネル型TFT(NTFT)とPチャネル型TFT(P
TFT)とを形成することができる。
Next, impurities (phosphorus and boron) are implanted into the active regions 303n and 303p by ion doping using the gate electrodes 308 and 309 as masks. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas. In the former case, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case,
The dose is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , and phosphorus is 2 × 10, for example.
15 cm -2 and boron is 5 x 10 15 cm -2 . By this step, the regions which are masked by the gate electrodes 308 and 309 and in which impurities are not implanted are later formed into the channel region 31 of the TFT.
It becomes 0 and 311. At the time of doping, a region where doping is unnecessary is covered with a photoresist, thereby selectively doping each element. As a result,
N-type impurity regions 312 and 313, P-type impurity region 3
14 and 315 are formed, and as shown in FIG. 5D, an N channel type TFT (NTFT) and a P channel type TFT (P
TFT) can be formed.

【0113】その後、図5(d)に示すように、レーザ
ー光の照射によってアニールを行い、イオン注入した不
純物の活性化を行う。レーザー光としては、XeClエ
キシマレーザー(波長308nm、パルス幅40nse
c)を用い、レーザー光の照射条件としては、エネルギ
ー密度250mj/cm2で一か所につき2ショット照
射するものとした。
Thereafter, as shown in FIG. 5D, annealing is performed by irradiation with laser light to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nse
Using c), the laser beam was irradiated under the condition of energy density of 250 mj / cm 2 for 2 shots at one place.

【0114】続いて、図5(e)に示すように、厚さ6
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜316としてプラ
ズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホール
316n,316pを形成して、金属材料、例えば、窒
化チタンとアルミニウムの二層膜によってTFTの電極
配線317、318、319を形成する。そして最後
に、1気圧の水素雰囲気下で350℃、30分のアニー
ルを行い、TFT31,32を完成させる。
Subsequently, as shown in FIG. 5E, the thickness 6
A silicon oxide film having a thickness of 00 nm is formed as an interlayer insulating film 316 by a plasma CVD method, contact holes 316n and 316p are formed in the film, and a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode wiring 317. 318 and 319 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm to complete the TFTs 31 and 32.

【0115】以上の実施例にしたがって作製したCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度はNTFTで150〜180cm2/Vs、PTFT
で100〜120cm2/Vsと高く、閾値電圧はNT
FTで1.5〜2V、PTFTで−2〜−3Vと非常に
良好な特性を示す。
CMOs produced according to the above examples
In the S structure circuit, the field effect mobility of each TFT is 150 to 180 cm 2 / Vs for NTFT and PTFT.
Is as high as 100-120 cm 2 / Vs, and the threshold voltage is NT
FT has a very good characteristic of 1.5 to 2V and PTFT has a very good characteristic of -2 to -3V.

【0116】このような構成の第3の実施例において
も、上記第2の実施例と同様の効果がある。
The third embodiment having such a structure also has the same effect as that of the second embodiment.

【0117】以上、本発明に基づく実施例3例につき具
体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
Although the third embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. is there.

【0118】例えば、前述の3例の実施例においては、
ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表面を
ニッケル塩を溶かせたアルカリ性溶液に浸すことによ
り、ニッケル微量添加を行い、結晶成長を行わす方法を
採用した。しかし、非晶質ケイ素膜成膜前に、下地膜表
面をニッケル塩を溶かせたアルカリ性溶液に浸すことに
より、下層よりニッケルを拡散させ結晶成長を行わせる
方法でもよい。即ち、結晶成長は非晶質ケイ素膜の上面
側から行ってもよいし、下面側から行ってもよい。さら
に、結晶化を助長する不純物金属元素としては、ニッケ
ル以外にコバルト、パラジウム、白金、銅、銀、金、イ
ンジウム、スズ、アルミニウム、リン、ヒ素、アンチモ
ンを用いても同様の効果が得られる。
For example, in the above three examples,
As a method of introducing nickel, a method of immersing the surface of the amorphous silicon film in an alkaline solution in which a nickel salt is dissolved to add a small amount of nickel and perform crystal growth is adopted. However, before the amorphous silicon film is formed, the surface of the base film may be dipped in an alkaline solution in which a nickel salt is dissolved to allow nickel to diffuse from the lower layer for crystal growth. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film. Further, as an impurity metal element that promotes crystallization, cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold, indium, tin, aluminum, phosphorus, arsenic, or antimony can be used in addition to nickel, and the same effect can be obtained.

【0119】また、本実施例では結晶性ケイ素膜の結晶
性を助長する手段として、パルスレーザーであるエキシ
マレーザー照射による加熱法を用いたが、それ以外のレ
ーザー(例えば連続発振Arレーザーなど)でも同様の
処理が可能である。また、レーザー光の代わりに赤外
光、フラッシュランプからの出射光(いわゆる強光)を
使用して短時間に1000〜1200℃(シリコンモニ
ターの温度)まで上昇させ試料を加熱する、いわゆるR
TA(ラピッド・サーマル・アニール)、あるいはRT
P(ラピッド・サーマル・プロセス)とも言われる加熱
処理を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, as a means for promoting the crystallinity of the crystalline silicon film, the heating method by irradiation of excimer laser which is a pulse laser is used, but other lasers (for example, continuous wave Ar laser) are also used. Similar processing is possible. Further, infrared light or light emitted from a flash lamp (so-called strong light) is used instead of laser light to raise the temperature to 1000 to 1200 ° C. (temperature of silicon monitor) in a short time to heat the sample.
TA (Rapid Thermal Annealing) or RT
A heat treatment also called P (rapid thermal process) may be used.

【0120】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系EL(Electroluminescence)素子等を発光
素子としたドライバー内蔵型の光書き込み素子や表示素
子、三次元IC等が考えられる。ここで、有機系EL素
子は、有機材料を発光素材とした電界発光素子である。
そして本発明を用いることで、これらの素子の高速、高
解像度化等の高性能化が実現できる。
Further, as an application of the present invention, in addition to the active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, an organic EL (Electroluminescence) element or the like is used as a light emitting element. A driver-incorporated optical writing element, a display element, a three-dimensional IC, or the like can be considered. Here, the organic EL element is an electroluminescent element using an organic material as a light emitting material.
Further, by using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements can be realized.

【0121】またさらに本発明は、上述の実施例で説明
したMOS型トランジスタに限らず、結晶性半導体を素
子材としたバイポーラトランジスタや静電誘導トランジ
スタをはじめとする素子の半導体プロセス全般に幅広く
応用することができる。
Furthermore, the present invention is not limited to the MOS type transistors described in the above embodiments, but is widely applied to all semiconductor processes of devices including bipolar transistors and static induction transistors using crystalline semiconductors as element materials. can do.

【0122】[0122]

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る半導体装置
によれば、基板の絶縁性表面に形成された活性領域を、
非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化を助長する触媒元素
を含む構造としたので、非晶質ケイ素膜の結晶化により
得られる、上記活性領域を構成する結晶性ケイ素膜を、
通常の固相成長法で得られる結晶性よりさらに高い結晶
性を有するものとできる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the active region formed on the insulating surface of the substrate is
Since it has a structure containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by heating, the crystalline silicon film constituting the active region obtained by crystallization of the amorphous silicon film,
The crystallinity can be higher than that obtained by an ordinary solid phase growth method.

【0123】また、非晶質ケイ素膜の加熱による結晶化
は、触媒元素により助長されるため、高品質な結晶性ケ
イ素膜を生産性よく形成できる。しかもこの際、結晶化
に要する加熱温度が600℃以下に抑えられるため、安
価なガラス基板を使用可能となる。
Further, the crystallization of the amorphous silicon film by heating is promoted by the catalytic element, so that a high quality crystalline silicon film can be formed with high productivity. Moreover, at this time, since the heating temperature required for crystallization can be suppressed to 600 ° C. or lower, an inexpensive glass substrate can be used.

【0124】また、上記活性領域における触媒元素の膜
中濃度を、1×1015atoms/cm3〜1×1019
atoms/cm3としているため、非晶質ケイ素膜の
結晶化の際、この触媒元素を効果的に機能させることが
できる。
Further, the concentration of the catalytic element in the film in the active region is set to 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19.
Since it is set to atoms / cm 3 , this catalytic element can effectively function when the amorphous silicon film is crystallized.

【0125】この発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を含
むアルカリ性溶媒に、非晶質ケイ素膜あるいはその下地
膜を晒して、上記触媒元素を非晶質ケイ素膜に導入する
ので、基板面内での触媒元素の添加量のばらつきを小さ
くすることができ、また、触媒元素の添加量を少ない量
に制御できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the amorphous silicon film or the underlying film thereof is exposed to an alkaline solvent containing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and Since the element is introduced into the amorphous silicon film, it is possible to reduce variations in the addition amount of the catalyst element within the surface of the substrate and to control the addition amount of the catalyst element to a small amount.

【0126】この発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、加熱処理により、触媒元素を含むアルカリ性溶液
に非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜を選択的に晒し
て、触媒元素を選択的に非晶質ケイ素膜に拡散させると
ともに、該非晶質ケイ素を選択的に結晶化させ、続く加
熱処理により、この結晶化した部分から基板表面に対し
ほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケイ素膜
中に横方向結晶成長領域を形成するので、触媒元素を導
入した領域に比べると格段に結晶性が良好な結晶化領域
を得ることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the amorphous silicon film or the underlying film thereof is selectively exposed to the alkaline solution containing the catalytic element by heat treatment to selectively remove the catalytic element. Amorphous silicon is selectively crystallized while being diffused into a crystalline silicon film, and by subsequent heat treatment, crystal growth is performed in a direction substantially parallel to the substrate surface from the crystallized portion to obtain the amorphous silicon. Since the lateral crystal growth region is formed in the silicon film, it is possible to obtain a crystallized region having significantly better crystallinity than the region into which the catalytic element is introduced.

【0127】このように、本発明を用いることにより、
大面積基板にわたって均一で安定した特性の高性能薄膜
トランジスタを有する半導体装置が、簡便な製造プロセ
スにて得られる。特に液晶表示装置においては、アクテ
ィブマトリクス基板に要求される画素スイッチングTF
Tの特性の均一化、周辺駆動回路部を構成するTFTに
要求される高性能化を同時に満足し、同一基板上にアク
ティブマトリクス部と周辺駆動回路部を有するドライバ
モノリシック型アクティブマトリクス基板を実現でき、
モジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化を図
ることができる効果がある。
Thus, by using the present invention,
A semiconductor device having a high-performance thin film transistor having uniform and stable characteristics over a large-area substrate can be obtained by a simple manufacturing process. Especially in a liquid crystal display device, pixel switching TF required for an active matrix substrate
It is possible to realize a driver monolithic type active matrix substrate having an active matrix portion and a peripheral driving circuit portion on the same substrate while simultaneously satisfying the uniformity of the characteristics of T and the high performance required for the TFT constituting the peripheral driving circuit portion. ,
This has the effect of making the module compact, improving the performance, and reducing the cost.

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

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

【図2】本発明の第2の実施例による半導体装置及びそ
の製造方法を説明するための平面図である。
FIG. 2 is a plan view illustrating a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention.

【図3】上記第2の実施例の半導体装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment in the order of steps.

【図4】本発明の第3の実施例による半導体装置及びそ
の製造方法を説明するための平面図である。
FIG. 4 is a plan view illustrating a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.

【図5】上記第3の実施例の半導体装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the third embodiment in the order of steps.

【図6】触媒元素を溶かせる溶媒のpH値に対する触媒
元素の非晶質ケイ素膜への添加量の相関関係を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a correlation of the amount of a catalyst element added to an amorphous silicon film with respect to the pH value of a solvent in which the catalyst element is dissolved.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20、31 N型TFT 30 CMOS回路 32 P型TFT 100、200、300 半導体装置 200a、300a ニッケル微量添加領域 101、201、301 ガラス基板 102、202、302 下地絶縁膜 103,203、303 非晶質ケイ素膜 103a,203a、303a 結晶性ケイ素膜 103i,203i、303n、303p 活性領域 105、205、305 アルカリ性溶液 206、306 結晶成長方向 107、207、307 ゲート絶縁膜 108、208、308、309 ゲート電極 109 陽極酸化層 110、210、310、311 チャネル領域 111、112、211、212、312、313、3
14、315 ソース,ドレイン領域 113、213、316 層間絶縁物 113a、213a、316n、316p コンタクト
ホール 114、115、214、215、317、318、3
19 電極配線 203b,303b 横方向結晶成長領域 204,304 マスク
10, 20, 31 N-type TFT 30 CMOS circuit 32 P-type TFT 100, 200, 300 Semiconductor device 200a, 300a Nickel trace addition region 101, 201, 301 Glass substrate 102, 202, 302 Base insulating film 103, 203, 303 Non Crystalline silicon film 103a, 203a, 303a Crystalline silicon film 103i, 203i, 303n, 303p Active region 105, 205, 305 Alkaline solution 206, 306 Crystal growth direction 107, 207, 307 Gate insulating film 108, 208, 308, 309 Gate electrode 109 Anodized layer 110, 210, 310, 311 Channel region 111, 112, 211, 212, 312, 313, 3
14, 315 Source / drain regions 113, 213, 316 Interlayer insulators 113a, 213a, 316n, 316p Contact holes 114, 115, 214, 215, 317, 318, 3
19 electrode wiring 203b, 303b lateral crystal growth region 204, 304 mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/786 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/786 21/336

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケイ素膜を加
熱処理により結晶化してなる活性領域とを備え、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒
元素を含むものであり、 該活性領域に含まれる触媒元素は、該非晶質ケイ素膜あ
るいはその下地膜を、該触媒元素を含むアルカリ性溶媒
に晒して、該非晶質ケイ素膜に導入したものである半導
体装置。
1. A substrate having an insulating surface, and an active region formed on the insulating surface of the substrate by crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment, wherein the active region is amorphous. A catalyst element which promotes crystallization of the silicon oxide film, and the catalyst element contained in the active region is exposed to an alkaline solvent containing the catalyst element to expose the amorphous silicon film or the underlying film A semiconductor device introduced into a crystalline silicon film.
【請求項2】 絶縁性表面を有する基板と、 該基板の絶縁性表面上に形成され、非晶質ケイ素膜を加
熱処理により結晶化してなる活性領域とを備え、 該活性領域は、加熱処理により、その近傍の結晶化領域
から基板表面に対して平行な方向に結晶成長が進んで形
成された、その結晶粒がほぼ単結晶状態である横方向結
晶成長領域の一部であり、 該結晶化領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触
媒元素を含むものであり、 該活性領域に含まれる触媒元素は、該非晶質ケイ素膜あ
るいはその下地膜を、該触媒元素を含むアルカリ性溶媒
に部分的に晒して、該非晶質ケイ素膜に選択的に導入し
たものである半導体装置。
2. A substrate having an insulative surface, and an active region formed on the insulative surface of the substrate by crystallizing an amorphous silicon film by heat treatment, the active region being heat treated. The crystal grains are part of the lateral crystal growth region in which the crystal grains are in a substantially single crystal state and are formed by the crystal growth progressing in the direction parallel to the substrate surface from the crystallization region in the vicinity thereof. The activated region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and the catalytic element contained in the active region contains the amorphous silicon film or the underlying film thereof in an alkaline state containing the catalytic element. A semiconductor device, which is partially exposed to a solvent and selectively introduced into the amorphous silicon film.
【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記活性領域は、前記非晶質ケイ素膜の加熱処理により
得られた結晶化領域に、レーザー光あるいは強光の照射
処理を施してその結晶を処理したものである半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the active region, a crystallized region obtained by heat treatment of the amorphous silicon film is irradiated with laser light or intense light. A semiconductor device in which the crystal is processed.
【請求項4】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素は、イ
オン状態で該非晶質ケイ素膜に表面吸着されるものであ
る半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is surface-adsorbed on the amorphous silicon film in an ionic state. apparatus.
【請求項5】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記触媒元素を溶かすアルカリ性溶媒は、8〜14の範
囲内のpH値を有するものである半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the alkaline solvent that dissolves the catalyst element has a pH value within a range of 8 to 14.
【請求項6】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記触媒元素を溶かすアルカリ性溶媒は、9〜12の範
囲内のpH値を有するものである半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the alkaline solvent that dissolves the catalytic element has a pH value within a range of 9 to 12.
【請求項7】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記触媒元素を溶かせるアルカリ性溶媒は、アンモニア
水を主成分とするものである半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the alkaline solvent in which the catalytic element is dissolved has ammonia water as a main component.
【請求項8】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記触媒元素を溶かせるアルカリ性溶媒は、アンモニア
水と過酸化水素水の混合液である半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the alkaline solvent in which the catalyst element is dissolved is a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water.
【請求項9】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記触媒元素として、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、
Ag、Au、In、Sn、Al、P、As、Sbから選
ばれた一種または複数種類の元素が用いられている半導
体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the catalyst element is Ni, Co, Pd, Pt, Cu,
A semiconductor device using one or a plurality of kinds of elements selected from Ag, Au, In, Sn, Al, P, As, and Sb.
【請求項10】 請求項1または2に記載の半導体装置
において、 前記活性領域中における触媒元素の濃度が、1×1015
atoms/cm3〜1×1019atoms/cm3であ
る半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the catalyst element in the active region is 1 × 10 15.
A semiconductor device having atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 .
【請求項11】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工
程と、 該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を溶解あ
るいは分散させたアルカリ性溶液に、該非晶質ケイ素膜
あるいはその下地膜を晒す工程と、 加熱処理により、該触媒元素を該非晶質ケイ素膜に導入
するとともに、該非晶質ケイ素膜の結晶化を行う工程と
を含む半導体装置の製造方法。
11. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and the step of forming the amorphous silicon film or a lower layer thereof in an alkaline solution in which a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing a ground film; and a step of introducing the catalyst element into the amorphous silicon film by heat treatment and crystallizing the amorphous silicon film.
【請求項12】 基板上に非晶質ケイ素膜を形成する工
程と、 該非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を溶解あ
るいは分散させたアルカリ性溶液に、該非晶質ケイ素膜
あるいはその下地膜を部分的に晒す工程と、 加熱処理により、該非晶質ケイ素膜あるいはその下地膜
の、アルカリ性溶液に晒された領域から該非晶質ケイ素
膜に該触媒元素を選択的に導入して、該非晶質ケイ素膜
を選択的に結晶化させる工程と、 続く加熱処理により、この結晶化した部分から基板表面
に対しほぼ平行な方向へ結晶成長を行って、該非晶質ケ
イ素膜中に横方向結晶成長領域を形成する工程とを含む
半導体装置の製造方法。
12. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate, and the step of forming the amorphous silicon film or a lower layer thereof in an alkaline solution in which a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is dissolved or dispersed. The catalytic element is selectively introduced into the amorphous silicon film from the region of the amorphous silicon film or the underlying film exposed to the alkaline solution by the step of partially exposing the underlying film and the heat treatment, and By the step of selectively crystallizing the crystalline silicon film and the subsequent heat treatment, crystal growth is carried out in a direction substantially parallel to the substrate surface from this crystallized portion, and lateral crystal is grown in the amorphous silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device, the method including the step of forming a growth region.
【請求項13】 請求項11または12に記載の半導体
装置の製造方法において、 加熱処理により前記非晶質ケイ素膜を結晶化させた後、
該非晶質ケイ素膜にレーザー光あるいは強光を照射し
て、その結晶を処理する工程を含む半導体装置の製造方
法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein after the amorphous silicon film is crystallized by heat treatment,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of irradiating the amorphous silicon film with laser light or strong light to process the crystal.
【請求項14】 請求項11または12に記載の半導体
装置の製造方法において、 前記アルカリ性溶液に該非晶質ケイ素膜を晒す処理は、 その表面に該非晶質ケイ素膜を形成した基板を該アルカ
リ性溶液中に浸して行う半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the step of exposing the amorphous silicon film to the alkaline solution is performed by subjecting the substrate having the amorphous silicon film formed on the surface thereof to the alkaline solution. A method of manufacturing a semiconductor device by immersing the semiconductor device in the substrate.
【請求項15】 請求項11または12に記載の半導体
装置において、 前記アルカリ性溶液に該非晶質ケイ素膜を晒した後、該
非晶質ケイ素膜の、アルカリ性溶液に晒された部分を、
純水により洗浄する工程を有する半導体装置の製造方
法。
15. The semiconductor device according to claim 11, wherein after exposing the amorphous silicon film to the alkaline solution, a portion of the amorphous silicon film exposed to the alkaline solution is
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of cleaning with pure water.
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