JPH09171965A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH09171965A
JPH09171965A JP34966695A JP34966695A JPH09171965A JP H09171965 A JPH09171965 A JP H09171965A JP 34966695 A JP34966695 A JP 34966695A JP 34966695 A JP34966695 A JP 34966695A JP H09171965 A JPH09171965 A JP H09171965A
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silicon film
amorphous silicon
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semiconductor device
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Kouyuu Chiyou
宏勇 張
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聡 寺本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a thin film transistor of high reliability by using a crystalline silicon film which is obtained by a method utilizing a metal element promoting the crystallization of silicon. SOLUTION: A compound of metal elements (such as, nickel acetate solution) which promotes the crystallization of silicon in contact with the surface of an amorphous silicon film 103 is applied thereon. Then, the compound of metal elements is decomposed by irradiation with ultraviolet rays. In addition, heating is carried out by irradiation with infrared rays from a halogen lamp, and heating is carried out under such conditions that the amorphous silicon film 103 is not crystallized. In this heating process, the nickel element is diffused into the amorphous silicon film. Then, the amorphous silicon film 103 is crystallized by heating. Thus, a crystalline silicon film 105 having no local segregation of nickel element and having a uniform crystallinity can be obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、薄膜
トランジスタに代表される薄膜半導体装置の作製方法に
関する。特に、ガラス基板や石英基板上に形成された結
晶性を有する珪素薄膜(結晶性珪素膜)を用いた半導体
装置の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device represented by a thin film transistor. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline silicon thin film (crystalline silicon film) formed over a glass substrate or a quartz substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、珪素膜を用いた薄膜トランジ
スタが知られている。これは、ガラス基板や石英基板上
に形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを構成
する技術である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film transistor using a silicon film has been known. This is a technique of forming a thin film transistor by using a silicon film formed on a glass substrate or a quartz substrate.

【0003】ガラス基板や石英基板が利用されるのは、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置に上記薄膜トラ
ンジスタを利用するためである。従来は、非晶質珪素膜
を用いて薄膜トランジスタが形成されてきた。しかし、
より高性能を求めるために結晶性を有する珪素膜(結晶
性珪素膜という)を利用して薄膜トランジスタを作製す
ることが試みられている。
[0003] Glass substrates and quartz substrates are used for
This is because the thin film transistor is used in an active matrix type liquid crystal display device. Conventionally, a thin film transistor has been formed using an amorphous silicon film. But,
In order to obtain higher performance, it has been attempted to manufacture a thin film transistor using a crystalline silicon film (referred to as a crystalline silicon film).

【0004】結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ
は、非晶質珪素膜を用いたものに比較して、2桁以上の
高速動作を行わすことができる。従って、これまで外付
けのIC回路によって構成されていたアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の周辺駆動回路をガラス基板また
は石英基板上にアクティブマトリクス回路と同様に作り
込むことができる。
A thin film transistor using a crystalline silicon film can operate at a high speed of two digits or more as compared with a thin film transistor using an amorphous silicon film. Therefore, the peripheral drive circuit of the active matrix type liquid crystal display device, which has been constituted by the external IC circuit so far, can be formed on the glass substrate or the quartz substrate in the same manner as the active matrix circuit.

【0005】このような構成は、装置全体の小型化や作
製工程の簡略化に非常に有利なものとなる。また作製コ
ストの低減にもつながる構成となる。
Such a structure is very advantageous for downsizing the entire device and simplifying the manufacturing process. Further, the structure leads to a reduction in manufacturing cost.

【0006】一般に結晶性珪素膜は、非晶質珪素膜をプ
ラズマCVD法や減圧熱CVD法で成膜した後、加熱処
理、またはレーザー光の照射を行うことにより、結晶化
させることにより得ている。
Generally, a crystalline silicon film is obtained by crystallizing an amorphous silicon film by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method, followed by heat treatment or laser light irradiation. There is.

【0007】しかし、加熱処理の場合、結晶化にむらが
できたりし、なかなか必要とするような結晶性を広い面
積にわたって得ることが困難であるのが現状である。
However, in the case of heat treatment, the crystallization becomes uneven, and it is difficult to obtain the required crystallinity over a wide area at present.

【0008】また、レーザー光の照射による方法も部分
的には高い結晶性を得ることができるが、広い面積にわ
たり、良好なアニール効果を得ることが困難である。ま
た、良好な結晶性を得るような条件でのレーザー光の照
射は、不安定になりやすいという問題もある。
Although the method of irradiating laser light can partially obtain high crystallinity, it is difficult to obtain a good annealing effect over a wide area. Further, there is a problem that the irradiation of laser light under the condition of obtaining good crystallinity is likely to be unstable.

【0009】一方、良好な結晶性をより低温での加熱処
理で得る方法として、特開平6−232059号に記載
された技術が公知である。この技術は、非晶質珪素膜に
珪素の結晶化を助長する金属元素(例えばニッケル)を
導入し、従来よりもより低い温度での加熱処理で結晶性
珪素膜を得る技術である。
On the other hand, as a method for obtaining good crystallinity by heat treatment at a lower temperature, the technique described in JP-A-6-232059 is known. This technique is a technique in which a metal element (for example, nickel) that promotes crystallization of silicon is introduced into an amorphous silicon film, and a crystalline silicon film is obtained by heat treatment at a temperature lower than that of the conventional technique.

【0010】この方法を用いれば、従来の技術に比較し
てより広範囲において均一性に優れた結晶性珪素膜を得
ることができる。
By using this method, it is possible to obtain a crystalline silicon film which is superior in uniformity over a wider range as compared with the conventional technique.

【0011】しかし、実用性を考えた場合、より高い結
晶性の均一性、導入した金属元素の局所的な偏析の問題
(シリサイドが形成されてしまう)の解決といった改善
事項がある。
However, in consideration of practicality, there are improvements such as higher uniformity of crystallinity and a solution to the problem of local segregation of the introduced metal element (silicide is formed).

【0012】特に上記の方法を用いた場合、局所的に金
属元素が偏析してしまうという問題がある。この金属元
素が偏析した領域が金属シリサイド化しており、半導体
としての特性を大きく損なう要因となる。また、半導体
装置の信頼性を低下させる要因となる。具体的には、こ
の現象に起因して、得られる薄膜トランジスタの特性に
バラツキが生じやすく、また不良が発生しやすいものと
なる。
Especially when the above method is used, there is a problem that the metal element is locally segregated. The region where the metal element is segregated is converted into metal silicide, which is a factor that greatly deteriorates the characteristics as a semiconductor. Further, it becomes a factor of lowering the reliability of the semiconductor device. Specifically, due to this phenomenon, the characteristics of the obtained thin film transistor are likely to vary, and defects are likely to occur.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得ら
れた結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製において、
得られる半導体装置の特性のバラツキや信頼性を改善す
ることを課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention disclosed in the present specification relates to the production of a semiconductor device using a crystalline silicon film obtained by utilizing a metal element that promotes crystallization of silicon.
It is an object to improve variations in characteristics and reliability of obtained semiconductor devices.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本明細書に開示する発明
の代表的な構成の概略を以下に示す。(その他数々の構
成の変更や追加、また組み合わせがある)
The outline of a typical constitution of the invention disclosed in the present specification is shown below. (There are many other configuration changes, additions, and combinations)

【0015】まず、非晶質珪素膜上に珪素の結晶化を助
長する金属元素を含んだ溶液(金属元素の化合物)を塗
布する。そして、UV光の照射を行う。このUV光の照
射によって、当該金属元素の化合物が接して保持された
非晶質珪素膜の表面を処理する。この際、前記金属化合
物が紫外光のエネルギーによって分解される。
First, a solution (compound of a metal element) containing a metal element that promotes crystallization of silicon is applied onto the amorphous silicon film. Then, irradiation with UV light is performed. The UV light irradiation treats the surface of the amorphous silicon film held in contact with the compound of the metal element. At this time, the metal compound is decomposed by the energy of ultraviolet light.

【0016】そして結晶化が発生しない範囲の条件で加
熱処理を行う。この加熱処理はハロゲンランプからの光
の照射によって行う。または、波長が380nm以下の
紫外線レーザーを照射することによって行う。
Then, heat treatment is carried out under the condition that crystallization does not occur. This heat treatment is performed by irradiation with light from a halogen lamp. Alternatively, irradiation is performed with an ultraviolet laser having a wavelength of 380 nm or less.

【0017】この工程は、非晶質珪素膜を結晶化させる
前の当該金属元素を非晶質珪素膜中に拡散させる予備工
程に相当する。
This step corresponds to a preliminary step of diffusing the metal element before crystallizing the amorphous silicon film into the amorphous silicon film.

【0018】上記のハロゲンランプまたは紫外線レーザ
ーを用いた処理は、自動化処理によって行うことが好ま
しい。
The treatment using the above halogen lamp or ultraviolet laser is preferably performed by an automated treatment.

【0019】そして、加熱処理を行うことにより、結晶
性珪素膜を得る。この時、前述の拡散した珪素の結晶化
を助長する金属元素の作用により、均一性の高い結晶性
珪素膜を得ることができる。
Then, heat treatment is performed to obtain a crystalline silicon film. At this time, a highly uniform crystalline silicon film can be obtained by the action of the metal element that promotes the crystallization of the diffused silicon.

【0020】本明細書で開示する発明の一つは、絶縁表
面を有する基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前
記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長する
金属元素の化合物を保持させる工程と、前記非晶質珪素
膜の表面に紫外光を照射する工程と、赤外光または紫外
線レーザーを照射し前記非晶質珪素膜中に前記金属元素
を拡散させる工程と、加熱処理により前記非晶質珪素膜
を結晶化させる工程と、を有することを特徴とする。
One of the inventions disclosed in this specification is a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and promoting crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film. Holding the compound of the metal element, irradiating the surface of the amorphous silicon film with ultraviolet light, and irradiating infrared light or ultraviolet laser to diffuse the metal element into the amorphous silicon film. And a step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.

【0021】上記構成において、珪素の結晶化を助長す
る金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種ま
たは複数種類から選ばれた元素が利用される。特にNi
を用いることがその効果や再現性の点から好ましい。
In the above structure, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, and P are used as metal elements that promote crystallization of silicon.
An element selected from one or more selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, and Au is used. Especially Ni
Is preferable from the viewpoint of its effect and reproducibility.

【0022】上記構成において、金属元素が化合物とし
て導入される。そして、紫外光の照射によって金属元素
の化合物が分解され、非晶質珪素膜中に拡散し易い状態
となる。
In the above structure, the metal element is introduced as a compound. Then, the compound of the metal element is decomposed by the irradiation of the ultraviolet light, so that the compound easily diffuses into the amorphous silicon film.

【0023】また上記構成において、赤外光または紫外
線レーザーの照射による工程は、非晶質珪素膜の非晶質
性を維持した状態で行われることが重要である。即ち、
非晶質珪素膜の結晶化が進行しない条件で行われるこを
が重要である。
Further, in the above structure, it is important that the step of irradiating infrared light or ultraviolet laser is carried out while maintaining the amorphous property of the amorphous silicon film. That is,
It is important that it is performed under the condition that crystallization of the amorphous silicon film does not proceed.

【0024】これは、この工程においては、非晶質珪素
膜中に当該金属元素を拡散させることがその目的である
からである。
This is because the purpose of this step is to diffuse the metal element into the amorphous silicon film.

【0025】また利用される紫外線レーザーの波長は3
80nm以下であることが必要である。また、使用され
る赤外線としては、ハロゲンランプからのものを用いる
ことができる。
The wavelength of the ultraviolet laser used is 3
It needs to be 80 nm or less. Further, as the infrared rays used, those from a halogen lamp can be used.

【0026】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜
の表面に接して珪素の結晶化を助長する金属元素の化合
物を保持させる工程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態
を維持した状態で前記金属元素の化合物を分解させる工
程と、前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で
前記金属元素を前記非晶質珪素膜中に拡散させる工程
と、加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工
程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方
法。
According to another aspect of the invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a compound of a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon And a step of decomposing the compound of the metal element while maintaining the amorphous state of the amorphous silicon film, and a step of maintaining the amorphous state of the amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of diffusing a metal element into the amorphous silicon film; and a step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.

【0027】上記構成において、金属元素の化合物の分
解は紫外光の照射によって行うことを特徴とする。
In the above structure, the decomposition of the compound of the metal element is performed by irradiation with ultraviolet light.

【0028】上記構成において、金属元素を非晶質珪素
膜中に拡散させる工程は、赤外光または紫外線レーザー
の照射によって行われることを特徴とする。
In the above structure, the step of diffusing the metal element into the amorphous silicon film is performed by irradiation of infrared light or ultraviolet laser.

【0029】上記構成において、紫外線レーザーの波長
は380nm以下であることを特徴とする。
In the above structure, the wavelength of the ultraviolet laser is 380 nm or less.

【0030】上記構成において、赤外線の照射はハロゲ
ンランプを利用することを特徴とする。
In the above structure, a halogen lamp is used for the irradiation of infrared rays.

【0031】[0031]

【作用】非晶質珪素膜に接して珪素の結晶化を助長する
金属元素の化合物を接して保持させた状態において、紫
外光の照射による処理を行うことで、前記金属元素の化
合物を分解することができ、金属元素の作用を最大限利
用することができる。また、金属元素を分散させて非晶
質珪素膜中に導入することができるようになるのえ、後
に局所的に金属元素が偏析してしまうことを防ぐことが
できる。
[Function] The compound of the metal element is decomposed by performing a treatment by irradiation with ultraviolet light in a state where the compound of the metal element that promotes crystallization of silicon is held in contact with the amorphous silicon film. It is possible to maximize the action of the metal element. Further, since the metal element can be dispersed and introduced into the amorphous silicon film, it is possible to prevent the metal element from being locally segregated later.

【0032】またハロゲンランプからの光の照射、また
は紫外線レーザーの照射による結晶化予備工程を行うこ
とで、予め珪素の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪
素膜中に拡散させておくことができる。このようにする
ことで、局所的に当該金属元素が集中してしまうことを
抑制することができる。なおこの際、非晶質珪素膜が結
晶化しない条件とすることが重要となる。これは、結晶
化が進行すると、当該金属元素が膜中で局所的に集中し
てしまうからである。
By performing a preliminary crystallization process by irradiation with light from a halogen lamp or irradiation with an ultraviolet laser, a metal element that promotes crystallization of silicon should be diffused in the amorphous silicon film in advance. You can By doing so, it is possible to suppress local concentration of the metal element. At this time, it is important to set the condition that the amorphous silicon film is not crystallized. This is because the metal element is locally concentrated in the film as crystallization progresses.

【0033】そしてその後に加熱処理を行い、結晶性珪
素膜を得ることで、高い結晶性を有し、かつ高い均一性
を有し、かつ局所的に当該金属元素が集中して存在しな
い結晶性珪素膜を得ることができる。
After that, heat treatment is performed to obtain a crystalline silicon film, which has high crystallinity and high uniformity, and the crystallinity in which the metal element is not locally concentrated. A silicon film can be obtained.

【0034】[0034]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕ここでは、ガラス基板上に本明細書に開示
する発明を利用して結晶性を有した珪素膜を形成する構
成を説明する。図1に本実施例の作製工程を示す。
[Embodiment 1] Here, a structure in which a crystalline silicon film is formed over a glass substrate by utilizing the invention disclosed in this specification will be described. FIG. 1 shows a manufacturing process of this embodiment.

【0035】まずガラス基板(コーニング7059ガラ
スまたコーニング1737ガラス基板)101上に下地
膜102として酸化珪素膜を成膜する。ここでは、シラ
ンとTEOSガスを用いたプラズマCVD法でもって酸
化珪素膜を成膜する。下地膜の膜厚は3000Åとす
る。
First, a silicon oxide film is formed as a base film 102 on a glass substrate (Corning 7059 glass or Corning 1737 glass substrate) 101. Here, a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using silane and TEOS gas. The thickness of the base film is 3000 Å.

【0036】この下地膜102としては、シランとN2
Oガスとを混合したガスを用いたプラズマCVD法で成
膜される膜を用いてもよい。
As the underlayer film 102, silane and N 2 are used.
A film formed by a plasma CVD method using a gas mixed with O 2 gas may be used.

【0037】次にプラズマCVD法による非晶質珪素膜
(アモルファスシリコン膜)103を成膜する。非晶質
珪素膜103の膜厚は500Åとする。この非晶質珪素
膜103が、後に形成される結晶性珪素膜の出発膜とな
る。
Next, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) 103 is formed by the plasma CVD method. The film thickness of the amorphous silicon film 103 is 500 Å. This amorphous silicon film 103 serves as a starting film for a crystalline silicon film to be formed later.

【0038】次に珪素の結晶化を助長する金属元素であ
るニッケルを含んだニッケル化合物(溶液)を塗布す
る。本実施例においては、10ppmのニッケル濃度
(重量%)を有したニッケル酢酸塩溶液を用いてニッケ
ル元素の導入を行う。
Next, a nickel compound (solution) containing nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon, is applied. In this embodiment, the nickel element is introduced using a nickel acetate solution having a nickel concentration (wt%) of 10 ppm.

【0039】この場合、溶液中のニッケル元素の含有量
を制御することで、非晶質珪素膜中に導入されるニッケ
ル元素の量を制御することができる。
In this case, the amount of nickel element introduced into the amorphous silicon film can be controlled by controlling the content of nickel element in the solution.

【0040】非晶質珪素膜103の表面に接してニッケ
ル酢酸塩溶液を塗布した後、スピンコーターを用いてス
ピンドライを行うことによって、104で示されるよう
にニッケル化合物が非晶質珪素膜103の表面に接して
保持された状態を実現する。
After the nickel acetate solution is applied in contact with the surface of the amorphous silicon film 103, spin drying is performed using a spin coater so that the nickel compound is converted into the amorphous silicon film 103 as indicated by 104. Realizes a state of being held in contact with the surface of.

【0041】こうして図1(A)に示す状態を得る。こ
の状態において、非晶質珪素膜の表面い対して紫外光の
照射を行う。すると、非晶質珪素膜の表面に接して保持
されているニッケル化合物が紫外光のエネルギーにより
分解される。(図1(B))
Thus, the state shown in FIG. 1A is obtained. In this state, the surface of the amorphous silicon film is irradiated with ultraviolet light. Then, the nickel compound held in contact with the surface of the amorphous silicon film is decomposed by the energy of the ultraviolet light. (Fig. 1 (B))

【0042】紫外光の照射は、水銀ランプ等の公知の紫
外光発生手段を用いて行う。
Irradiation of ultraviolet light is carried out by using a known ultraviolet light generating means such as a mercury lamp.

【0043】そしてハロゲンランプから赤外光の照射を
行い、非晶質珪素膜103を加熱する。この際、非晶質
珪素膜が結晶化しない条件とすることが重要である。即
ち、予め予備実験を行い、非晶質珪素膜が結晶化しない
条件を割り出しておき、その条件でこの加熱処理を行う
ことが重要である。(図1(C))
Then, infrared light is irradiated from the halogen lamp to heat the amorphous silicon film 103. At this time, it is important to set the condition that the amorphous silicon film is not crystallized. That is, it is important to carry out a preliminary experiment in advance to determine the conditions under which the amorphous silicon film is not crystallized, and to perform this heat treatment under the conditions. (Fig. 1 (C))

【0044】この図1(C)に示す工程において、非晶
質珪素膜の表面に接して存在していたニッケル元素が膜
中に拡散する。
In the step shown in FIG. 1C, the nickel element existing in contact with the surface of the amorphous silicon film diffuses into the film.

【0045】このニッケル元素を拡散させるための加熱
処理の加熱温度は、非晶質珪素膜の表面温度が200〜
450℃、好ましくは350℃〜400℃となるように
して行う。なお、このような温度でも加熱時間が長すぎ
ると結晶化が進行する場合があるので注意が必要であ
る。
The heating temperature of the heat treatment for diffusing the nickel element is such that the surface temperature of the amorphous silicon film is 200-200.
It is performed at 450 ° C., preferably 350 ° C. to 400 ° C. It should be noted that even at such a temperature, crystallization may proceed if the heating time is too long.

【0046】次に非晶質珪素膜103を結晶化させるた
めの加熱処理を行う。この加熱処理により、非晶質珪素
膜103を結晶化させ、結晶性珪素膜105を得る。加
熱処理は500℃〜650℃の温度範囲内で行えばよ
い。この加熱温度はなるべく高い温度とすることが好ま
しい。しかしこの加熱温度は、一般に使用するガラス基
板の歪点以下の温度とすることが重要となる。これは、
ガラス基板の変形を抑制するためである。
Next, a heat treatment for crystallizing the amorphous silicon film 103 is performed. By this heat treatment, the amorphous silicon film 103 is crystallized and the crystalline silicon film 105 is obtained. The heat treatment may be performed within a temperature range of 500 ° C to 650 ° C. It is preferable that the heating temperature is as high as possible. However, it is important to set the heating temperature to a temperature below the strain point of the glass substrate that is generally used. this is,
This is for suppressing the deformation of the glass substrate.

【0047】ここでは、窒素雰囲気中において、550
℃、4時間の加熱処理を行うことにより、非晶質珪素膜
103を結晶性珪素膜105に変成する。この加熱処理
は、500℃〜ガラス基板の歪点以下で行うことができ
る。なお、コーニング7059ガラス基板の歪点は59
3℃であり、コーニング1737ガラス基板の歪点は6
67℃である。
Here, in a nitrogen atmosphere, 550
By performing heat treatment at 4 ° C. for 4 hours, the amorphous silicon film 103 is transformed into the crystalline silicon film 105. This heat treatment can be performed at 500 ° C. to the strain point of the glass substrate or lower. The strain point of Corning 7059 glass substrate is 59
It was 3 ° C and the strain point of Corning 1737 glass substrate was 6
67 ° C.

【0048】また石英基板を用いた場合には、この加熱
温度を800℃〜1100℃とすることができる。この
ような高温での加熱処理は、より高い結晶性を得るため
に非常に有効なものとなる。
When a quartz substrate is used, the heating temperature can be 800 ° C to 1100 ° C. The heat treatment at such a high temperature is very effective for obtaining higher crystallinity.

【0049】こうして得られた結晶性珪素膜の結晶性を
ラマン分光法で計測したところ以下のデータを得た。ま
ず、ラマンシフトのピークは、518〜517cm-1
あった。また半値幅が単結晶珪素ウエハーが示す値の1.
2 〜1.5 倍であった。また、ラマンシフトの強度は、単
結晶珪素ウエハーと同等であった。
The crystallinity of the crystalline silicon film thus obtained was measured by Raman spectroscopy, and the following data were obtained. First, the peak of Raman shift was 518 to 517 cm -1 . Also, the half width is 1.
It was 2 to 1.5 times. Moreover, the intensity of Raman shift was equivalent to that of the single crystal silicon wafer.

【0050】上記の値は、この結晶性珪素膜105が高
い結晶性を有していることを示している。また、高い均
一性を有しており、局所的にニッケル元素が集中してし
まう現象も大きく抑制されたものが得られた。
The above values show that the crystalline silicon film 105 has high crystallinity. Further, it has high uniformity, and the phenomenon in which the nickel element is locally concentrated is largely suppressed.

【0051】一方、比較のため図1(B)と(C)に工
程を省いて、非晶質珪素膜103の表面にニッケル化合
物が接して存在している状態で加熱処理を施し、結晶化
をさせた試料を作製した。この場合、得られる結晶性珪
素膜には、非晶質成分が散見され、また局所的にニッケ
ルシリサイド成分が存在していることが観察された
On the other hand, for comparison, the steps are omitted from FIGS. 1B and 1C, and the amorphous silicon film 103 is crystallized by heat treatment while the nickel compound is present in contact with the surface of the amorphous silicon film 103. A sample was prepared. In this case, it was observed that the obtained crystalline silicon film had an amorphous component scattered therein and that a nickel silicide component was locally present.

【0052】本実施例で示す工程で作製される結晶性珪
素膜はこのようなこともなく、非常に高い結晶性と均一
性とを有したものであった。
The crystalline silicon film produced in the process shown in this embodiment had such a high degree of crystallinity and uniformity as described above.

【0053】また本実施例で示す工程に従って得られた
結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製したとこ
ろ、Nチャネル型の薄膜トランジスタで150cm2
Vs、Pチャネル型の薄膜トランジスタで80cm2
Vsの移動度を得ることができた。
A thin film transistor was manufactured using the crystalline silicon film obtained according to the process shown in this embodiment. As a result, it was 150 cm 2 / N for an N channel type thin film transistor.
Vs, P-channel type thin film transistor 80 cm 2 /
The mobility of Vs could be obtained.

【0054】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
工程のハロゲンランプからの赤外光の照射の代わりに、
紫外線レーザーによる方法を採用した例を示す。
Example 2 In this example, instead of the irradiation of infrared light from the halogen lamp in the process shown in Example 1,
An example in which a method using an ultraviolet laser is adopted is shown.

【0055】この方法は、紫外線レーザーの照射によっ
て、非晶質珪素膜の表面が瞬間的に加熱される現象を利
用した方法である。この方法においても非晶質珪素膜が
結晶化しない条件で紫外線レーザーを照射することが重
要である。
This method utilizes the phenomenon that the surface of the amorphous silicon film is instantaneously heated by the irradiation of the ultraviolet laser. Also in this method, it is important to irradiate the ultraviolet laser under the condition that the amorphous silicon film is not crystallized.

【0056】具体的には、レーザー照射密度を120〜
220mJ/cm2 とし、非晶質珪素膜が結晶化しない
条件で行うことが重要である。
Specifically, the laser irradiation density is 120 to
It is important to carry out the treatment at 220 mJ / cm 2 under the condition that the amorphous silicon film is not crystallized.

【0057】レーザー光源としては、エキシマタイプの
ものを利用するとがその出力やコストの点から好まし
い。ここでは紫外線レーザーとして、KrFエキシマレ
ーザー(波長248nm)を用いる。またこの紫外線レ
ーザーの波長は380nm以下であることが好ましい。
As the laser light source, it is preferable to use an excimer type laser light source in terms of its output and cost. Here, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) is used as the ultraviolet laser. The wavelength of this ultraviolet laser is preferably 380 nm or less.

【0058】なお現実問題として紫外線レーザーの波長
の下限は、使用するガスの種類によって限定される。ま
たコストや実用性によっても制限される。低波長のエキ
シマレーザーとしては、Ar2 エキシマレーザー(波長
126nm)、Kr2 エキシマレーザー(波長146n
m)、ArClエキシシマレーザー(波長175n
m)、ArFエキシマレーザー(193nm)が知られ
ている。
As a practical matter, the lower limit of the wavelength of the ultraviolet laser is limited by the type of gas used. It is also limited by cost and practicality. As the low wavelength excimer laser, Ar 2 excimer laser (wavelength 126 nm), Kr 2 excimer laser (wavelength 146 n
m), ArCl excimer laser (wavelength 175n
m), ArF excimer laser (193 nm) is known.

【0059】〔実施例3〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素を拡散させる工程に利用されるハロゲ
ンランプによる照射装置の例を示す。図2に本実施例に
示す装置の構成の概要を示す。
[Embodiment 3] This embodiment shows an example of an irradiation apparatus using a halogen lamp used in the step of diffusing a metal element that promotes crystallization of silicon. FIG. 2 shows an outline of the configuration of the apparatus shown in this embodiment.

【0060】図2に示す構成においては、予備室214
内に配置されたカセット215内に複数枚が配置された
試料(基板)が、搬送室211内のロボットアーム21
2によって、ゲイトバルブ213を介して引き出され、
さらにゲイトバルブ205を介して、処理室202内に
移送される。
In the configuration shown in FIG. 2, the auxiliary chamber 214
A plurality of samples (substrates) arranged in the cassette 215 arranged inside the robot arm 21 in the transfer chamber 211
2 is pulled out through the gate valve 213,
Further, it is transferred into the processing chamber 202 via the gate valve 205.

【0061】そして、処理室201においてハロゲンラ
ンプからの赤外光が試料(基板)210に照射される。
試料210は石英でなる密閉容器202内に配置され
る。また試料210は保持手段203によって保持され
る。
Then, in the processing chamber 201, the sample (substrate) 210 is irradiated with infrared light from a halogen lamp.
The sample 210 is placed in a closed container 202 made of quartz. The sample 210 is held by the holding means 203.

【0062】なお、図2(A)のA−A’で切った断面
を図2(B)に示す。
A cross section taken along the line AA 'in FIG. 2A is shown in FIG. 2B.

【0063】204がハロゲンランプであり、ハロゲン
ランプが存在する空間内には、ランプを冷却するために
適当な不活性ガス(例えば窒素)がガス導入系207が
導入される。そして不要なガスは排気系209から排気
される。
Reference numeral 204 is a halogen lamp, and an appropriate inert gas (for example, nitrogen) for cooling the lamp is introduced into the gas introduction system 207 in the space where the halogen lamp exists. Then, unnecessary gas is exhausted from the exhaust system 209.

【0064】試料210が配置される空間にも適当な不
活性ガスが導入系206から導入される。また不要とな
ったガスは排気系208から排気される。また必要に応
じて試料210の配置された空間は減圧状態とすること
ができる。
A suitable inert gas is also introduced into the space in which the sample 210 is placed from the introduction system 206. The unnecessary gas is exhausted from the exhaust system 208. If necessary, the space in which the sample 210 is placed can be depressurized.

【0065】処理の終わった試料210はゲイトバルブ
205を介して、搬送室211に配置されたロボットア
ーム212によって移送される。そしてさらにゲイトバ
ルブ213から予備室214のカセット215へと移送
される。
The processed sample 210 is transferred by the robot arm 212 arranged in the transfer chamber 211 via the gate valve 205. Then, it is further transferred from the gate valve 213 to the cassette 215 in the preliminary chamber 214.

【0066】以上の動作を繰り返すことにより、連続的
に試料の処理が行われる。
By repeating the above operation, the sample is continuously processed.

【0067】〔実施例4〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素を拡散させる工程に利用される紫外線
レーザーの照射装置の例を示す。
[Embodiment 4] This embodiment shows an example of an ultraviolet laser irradiation apparatus used in the step of diffusing a metal element that promotes crystallization of silicon.

【0068】図3に装置の概要を示す。図3(A)にB
−B’で切った断面が図3(B)である。図3に示す構
成において、図2び示すものと同じものは前述したもの
と同様である。
FIG. 3 shows an outline of the apparatus. B in FIG. 3 (A)
A cross section taken along line -B 'is shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 2 are the same as those described above.

【0069】図3に示す構成は、移動する台302に配
置された試料210に対してレーザー光を照射するもの
である。レーザー光は、レーザー発振器306から発振
され、さらに光学系307とミラー308、さらに石英
の窓309を介して試料210に照射される。
The structure shown in FIG. 3 irradiates the sample 210 placed on the moving table 302 with laser light. The laser light is oscillated from the laser oscillator 306, and is irradiated on the sample 210 through the optical system 307, the mirror 308, and the quartz window 309.

【0070】レーザー光の照射は、台302がレール3
04上を移動することにより、走査して行われる。レー
ザー光の照射は、気密性を有するチャンバー301内で
行われる。なお必要に応じて、各種ガスをガス導入系3
10から導入することができる。また排気系311によ
って、必要とする減圧状態とすることができる。
For irradiation of laser light, the table 302 is on the rail 3
It is performed by scanning by moving on 04. Irradiation with laser light is performed in an airtight chamber 301. If necessary, various gases may be introduced into the gas introduction system 3
It can be introduced from 10. Further, the exhaust system 311 makes it possible to achieve a required reduced pressure state.

【0071】図3に示す装置においても、予備室214
内のカセット215内に配置された複数の試料が連続的
に処理される。
Also in the apparatus shown in FIG.
A plurality of samples placed in the cassette 215 therein are successively processed.

【0072】〔実施例5〕本実施例はガラス基板上に薄
膜トランジスタでもってCMOS構造を形成する例であ
る。図4〜図6に本実施例の作製工程を示す。
[Embodiment 5] This embodiment is an example of forming a CMOS structure with thin film transistors on a glass substrate. 4 to 6 show the manufacturing process of this embodiment.

【0073】まず実施例1または実施例2に示す構成に
従って、ガラス基板401上に結晶性珪素膜を得る。そ
してそれをパターニングすることによりNチャネル型の
薄膜トランジスタの活性層404とPチャネル型の薄膜
トランジスタの活性層405を得る。なお、402は下
地膜である。
First, a crystalline silicon film is obtained on the glass substrate 401 according to the structure shown in the first or second embodiment. Then, by patterning it, an active layer 404 of an N-channel type thin film transistor and an active layer 405 of a P-channel type thin film transistor are obtained. Reference numeral 402 is a base film.

【0074】活性層404と405を形成したら、ゲイ
ト絶縁膜として機能する酸化珪素膜403をプラズマC
VD法で成膜する。厚さは1000Åとする。
After forming the active layers 404 and 405, the silicon oxide film 403 functioning as a gate insulating film is plasma C
The film is formed by the VD method. The thickness is 1000Å.

【0075】こうして図4(A)に示す状態を得る。こ
こでは説明を簡単にするために一組のNチャネル型の薄
膜トランジスタとPチャネル型の薄膜トランジスタとを
形成する例を示す。一般的には同一ガラス基板上に数百
以上の単位でNチャネル型の薄膜トランジスタとPチャ
ネル型の薄膜トランジスタとが形成される。
Thus, the state shown in FIG. 4A is obtained. Here, an example in which a pair of N-channel thin film transistors and P-channel thin film transistors is formed is shown for simplicity of description. Generally, an N-channel type thin film transistor and a P-channel type thin film transistor are formed in units of several hundreds or more on the same glass substrate.

【0076】図4(A)に示す状態を得たら、図4
(B)に示すように後にゲイト電極を構成することにな
るアルミニウム膜406を成膜する。
When the state shown in FIG.
As shown in (B), an aluminum film 406 which will later form a gate electrode is formed.

【0077】このアルミニウム膜はヒロックやウィスカ
ーの発生を抑制するためにスカンジウムを0.2 wt重量
%含有させる。アルミニウム膜の成膜方法はスパッタ法
や電子ビーム蒸着法を用いて行う。
This aluminum film contains scandium in an amount of 0.2 wt% in order to suppress the generation of hillocks and whiskers. The aluminum film is formed by a sputtering method or an electron beam evaporation method.

【0078】ヒロックやウィスカーというのは、アルミ
ニウムの異常成長に起因する刺状あるいは針状の突起物
のことである。ヒロックやウィスカーの存在は、隣合う
配線間や上限間に離間した配線間においてショートやク
ロスクトークが発生する原因となる。
Hillocks and whiskers are spine-like or needle-like protrusions caused by abnormal growth of aluminum. The presence of hillocks or whiskers causes short circuits or crosstalk between adjacent wirings or between wirings separated by an upper limit.

【0079】アルミニウム膜以外の材料としてはタンタ
ル等の陽極酸化可能な金属を利用することができる。
As a material other than the aluminum film, anodizable metal such as tantalum can be used.

【0080】アルミニウム膜406を成膜したら、電解
溶液中においてアルミニウム膜406を陽極とした陽極
酸化を行い薄く緻密な陽極酸化膜407を成膜する。
After forming the aluminum film 406, anodization is performed in the electrolytic solution using the aluminum film 406 as an anode to form a thin and dense anodic oxide film 407.

【0081】ここでは、3%の酒石酸を含んだエチレン
グルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液
として用いる。この陽極酸化方法を用いると緻密な膜質
を有した陽極酸化膜を得ることができる。またその膜厚
は印加電圧によって制御することができる。
Here, an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with ammonia is used as an electrolytic solution. By using this anodizing method, an anodized film having a dense film quality can be obtained. The film thickness can be controlled by the applied voltage.

【0082】ここでは陽極酸化膜407の厚さを100
Å程度とする。この陽極酸化膜407は、後に形成され
るレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有して
いる。このようにして図4(B)に示す状態を得る。
Here, the thickness of the anodic oxide film 407 is set to 100.
Å The anodic oxide film 407 has a role of improving the adhesiveness with a resist mask formed later. Thus, the state shown in FIG. 4B is obtained.

【0083】次にレジストマスク108と109を形成
する。そしてこのレジストマスク408と409を利用
してアルミニウム膜106とその表面の陽極酸化膜40
7をパターニングする。このようにして図1(C)に示
す状態を得る。
Next, resist masks 108 and 109 are formed. Then, using the resist masks 408 and 409, the aluminum film 106 and the anodic oxide film 40 on its surface are formed.
7 is patterned. Thus, the state shown in FIG. 1C is obtained.

【0084】次に3%のシュウ酸水溶液を電解溶液とし
て、この溶液中で残存したアルミニウム膜でなるパター
ン410と411を陽極とした陽極酸化を行う。
Next, using 3% oxalic acid aqueous solution as an electrolytic solution, anodic oxidation is carried out with the patterns 410 and 411 made of the aluminum film remaining in this solution as anodes.

【0085】この陽極酸化工程においては、陽極酸化が
残存したアルミニウム膜410と411の側面において
選択的に進行する。これは、アルミニウム膜410と4
11の上面に緻密な陽極酸化膜とレジストマスク408
と409が残存しているからである。(図4(D))
In this anodizing step, the anodizing selectively proceeds on the side surfaces of the aluminum films 410 and 411 where the anodization remains. This is aluminum film 410 and 4
11. A dense anodic oxide film and a resist mask 408 on the upper surface of 11.
And 409 remain. (FIG. 4 (D))

【0086】またこの陽極酸化においては、多孔質状
(ポーラス状)の膜質を有した陽極酸化膜が形成され
る。またこの多孔質状の陽極酸化膜は数μm程度まで成
長させるさせることができる。(前述の緻密な陽極酸化
膜の最大成長距離は3000Å程度である)
In this anodic oxidation, an anodic oxide film having a porous (porous) film quality is formed. Further, this porous anodic oxide film can be grown up to about several μm. (The maximum growth distance of the dense anodic oxide film is about 3000Å)

【0087】この陽極酸化工程の結果、陽極酸化膜(膜
というより陽極酸化物)412と413が形成される。
ここでは、この陽極酸化の進行距離、即ち膜厚は700
0Åとする。この陽極酸化の進行距離によって、後に低
濃度不純物領域の長さが決まる。経験的にこの多孔質状
の陽極酸化膜の成長距離は6000Å〜8000Åとす
ることが望ましい。こうして図4(D)に示す状態を得
る。
As a result of this anodic oxidation step, anodic oxide films (anodic oxide rather than films) 412 and 413 are formed.
Here, the progress distance of this anodic oxidation, that is, the film thickness is 700
0 °. The length of the low-concentration impurity region will be determined later by the progress distance of this anodic oxidation. Empirically, it is desirable that the growth distance of this porous anodic oxide film is 6000Å to 8000Å. Thus, the state shown in FIG. 4D is obtained.

【0088】この状態においてゲイト電極11と12が
画定する。図4(D)に示す状態を得たら、レジストマ
スク408と409を取り除く。
In this state, the gate electrodes 11 and 12 are defined. After obtaining the state shown in FIG. 4D, the resist masks 408 and 409 are removed.

【0089】次に再び3%の酒石酸を含んだエチレング
ルコール溶液をアンモニアで中和したものを電解溶液と
して用いた陽極酸化を行う。この工程においては、電解
溶液が多孔質状の陽極酸化膜412と413の中に侵入
する。この結果、図4(E)の414と415で示され
る緻密な陽極酸化膜が形成される。
Next, anodic oxidation is performed again by using an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with ammonia as an electrolytic solution. In this step, the electrolytic solution penetrates into the porous anodic oxide films 412 and 413. As a result, dense anodic oxide films 414 and 415 shown in FIG. 4E are formed.

【0090】この緻密な陽極酸化膜414と415の厚
さは600Åとする。なお、先に形成した緻密な陽極酸
化膜407の残存部分はこの陽極酸化膜414と415
と一体化してしまう。
The thickness of the dense anodic oxide films 414 and 415 is 600 Å. The remaining portion of the dense anodic oxide film 407 previously formed is formed by the anodic oxide films 414 and 415.
Will be integrated with.

【0091】図4(E)に示す状態においてN型を付与
する不純物としてP(リン)イオンを全面にドーピング
する。
In the state shown in FIG. 4E, the entire surface is doped with P (phosphorus) ions as an impurity imparting N type.

【0092】このドーピングは、0.2 〜5×1015/c
2 、好ましくは1〜2×1015/cm2 という高いド
ーズ量で行う。ドーピング方法としてはプラズマドーピ
ング法を用いる。
This doping is 0.2-5 × 10 15 / c
The dose is as high as m 2 , preferably 1 to 2 × 10 15 / cm 2 . A plasma doping method is used as the doping method.

【0093】この図4(E)に示す工程の結果、高濃度
にPイオンが注入された領域416、417、418、
419が形成される。
As a result of the step shown in FIG. 4E, regions 416, 417, 418 in which P ions are implanted at a high concentration,
419 is formed.

【0094】次に酢酸と硝酸とリンとを混合した混酸を
用いて多孔質状の陽極酸化膜412と413を除去す
る。こうして図5(A)に状態を得る。
Next, the porous anodic oxide films 412 and 413 are removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid and phosphorus. In this way, the state is obtained as shown in FIG.

【0095】図5(A)に示す状態を得たら、図5
(B)に示すように再びPイオンの注入を行う。このP
イオンの注入は、ドーズ量を0.1 〜5×1014/cm
2 、好ましくは0.3 〜1×1014/cm2 という低い値
とする。このドーピングにおいては、Pの表面濃度が2
×1019/cm3 以下となるようにする。
After obtaining the state shown in FIG.
As shown in (B), P ions are implanted again. This P
The dose of ion implantation is 0.1 to 5 × 10 14 / cm 3.
2 , preferably a low value of 0.3 to 1 × 10 14 / cm 2 . In this doping, the surface concentration of P is 2
It is set to be not more than × 10 19 / cm 3 .

【0096】即ち、図5(B)で示す工程で行われるP
イオンの注入はそのドーズ量を図4(E)に示す工程に
おいて行われたドーズ量に比較して低いものとする。
That is, P performed in the step shown in FIG.
The dose of the ion implantation is set lower than the dose performed in the step shown in FIG.

【0097】この工程の結果、421と423の領域、
さらに426と427の領域がライトドープされた低濃
度不純物領域となる。また、420と424の領域、さ
らに425と428の領域は、より高濃度にPイオンが
注入された高濃度不純物領域となる。
As a result of this step, the regions 421 and 423 are
Further, the regions 426 and 427 are lightly doped low concentration impurity regions. Further, the regions 420 and 424, and further the regions 425 and 428 are high-concentration impurity regions in which P ions are implanted at a higher concentration.

【0098】この工程において、420の領域がNチャ
ネル型の薄膜トランジスタのソース領域となる。そして
421と423が低濃度不純物領域となる。また424
がドレイン領域となる。また、423で示される領域が
一般にLDD(ライトドープドレイン)領域と称される
領域となる。
In this step, the region 420 serves as the source region of the N-channel type thin film transistor. And 421 and 423 become a low concentration impurity region. Again 424
Becomes the drain region. Further, the region indicated by 423 is a region generally called an LDD (lightly doped drain) region.

【0099】次に図5(C)に示すようにNチャネル型
の薄膜トランジスタを覆うレジストマスク429を配置
する。
Next, as shown in FIG. 5C, a resist mask 429 which covers the N-channel thin film transistor is arranged.

【0100】図5(C)に示す状態においてB(ボロ
ン)イオンの注入を行う。ここでは、Bイオンのドーズ
量を0.2 〜10×1015/cm2 、好ましくは1〜2×
1015/cm2 程度とする。このドーズ量は図4(E)
に示す工程におけるドーズ量と同程度とすることができ
る。
In the state shown in FIG. 5C, B (boron) ion implantation is performed. Here, the dose amount of B ions is 0.2 to 10 × 10 15 / cm 2 , preferably 1 to 2 ×.
It is about 10 15 / cm 2 . This dose is shown in Fig. 4 (E).
The dose can be set to be approximately the same as that in the step shown in FIG.

【0101】この工程において、425と426、さら
に427と428の領域の導電型がN型からP型に反転
する。
In this step, the conductivity types of the regions 425 and 426, and 427 and 428 are inverted from N type to P type.

【0102】こうしてPチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース領域430とドレイン領域432が形成され
る。また431の領域は特に不純物が注入されずにチャ
ネル形成領域となる。(図5(C))
Thus, the source region 430 and the drain region 432 of the P-channel type thin film transistor are formed. Further, the region 431 is a channel forming region without any impurities being implanted. (FIG. 5 (C))

【0103】ここで、Bイオンを注入する前において
は、図5(B)の426と427の領域はPイオンが低
濃度に注入されたN- 型の低濃度不純物領域である。従
って、Bイオンの注入によって、容易にその導電型が反
転する。
Before implanting B ions, regions 426 and 427 in FIG. 5B are N -type low-concentration impurity regions in which P ions are implanted at a low concentration. Therefore, the conductivity type is easily reversed by the implantation of B ions.

【0104】特に、チャネル形成領域431との接合が
NI接合からPI接合へと容易に反転する。即ち、必要
とするジャンクションの形成を容易に行うことができ
る。
In particular, the junction with the channel forming region 431 is easily inverted from the NI junction to the PI junction. That is, the required junction can be easily formed.

【0105】従って、図4(E)の工程におけるPイオ
ンの注入工程と同程度のドーズ量でもって426と42
7の領域の導電型を反転させ、P型を有する不純物領域
430と432とを形成することができる。
Therefore, 426 and 42 with the same dose amount as the P ion implantation step in the step of FIG.
The conductivity type of the region 7 can be reversed to form P-type impurity regions 430 and 432.

【0106】また普通導電型を反転させる場合に比較し
て、ドーズ量を少なくすることができるので、不純物イ
オンの注入によってレジストマスクが変質してしまうこ
とを抑制することができる。
Since the dose amount can be reduced as compared with the case of reversing the normal conductivity type, it is possible to prevent the resist mask from being deteriorated by the implantation of the impurity ions.

【0107】図5(C)に示す工程の終了後、レジスト
マスク429を取り除き、図5(D)に示す状態を得
る。この状態で注入された不純物の活性化と不純物イオ
ンが注入された領域のアニールを行うためにレーザー光
の照射を行う。
After the step shown in FIG. 5C is completed, the resist mask 429 is removed to obtain the state shown in FIG. In this state, laser light irradiation is performed to activate the implanted impurities and anneal the regions where the impurity ions are implanted.

【0108】この時、Nチャネル型の薄膜トランジスタ
のソース/ドレイン領域である420と424の組で示
される領域と、Pチャネル型の薄膜トランジスタのソー
ス/ドレイン領域である430と432の組で示される
領域との結晶性の違いがそれ程大きくない状態でレーザ
ー光の照射を行うことができる。
At this time, a region shown by a pair of source / drain regions 420 and 424 of the N-channel type thin film transistor and a region shown by a set of source / drain regions 430 and 432 of the P-channel type thin film transistor. Irradiation with laser light can be performed in a state in which the difference in crystallinity between and is not so large.

【0109】上記結晶性の違いがそれ程大きくないの
は、図5(C)に示す工程において極端なヘビードーピ
ングを行わないからである。
The difference in crystallinity is not so large because extreme heavy doping is not performed in the step shown in FIG. 5 (C).

【0110】従って、図5(D)に示す状態においてレ
ーザー光の照射を行い、2つの薄膜トランジスタのソー
ス/ドレイン領域のアニールを行う場合、そのアニール
効果違いを是正することができる。
Therefore, when laser light irradiation is performed in the state shown in FIG. 5D to anneal the source / drain regions of the two thin film transistors, the difference in annealing effect can be corrected.

【0111】このことにより、得られるNおよびPチャ
ネル型の薄膜トランジスタの特性の違いを是正すること
ができる。
As a result, the difference in the characteristics of the obtained N-type and P-channel type thin film transistors can be corrected.

【0112】図5(D)に示す状態を得たら、図6
(A)に示すように層間絶縁膜133を成膜する。層間
絶縁膜133は4000Å厚の窒化珪素膜で構成する。
この窒化珪素膜の成膜方法は、プラズマCVD法を用い
る。
After obtaining the state shown in FIG.
An interlayer insulating film 133 is formed as shown in FIG. The interlayer insulating film 133 is composed of a 4000-Å thick silicon nitride film.
A plasma CVD method is used as a method for forming the silicon nitride film.

【0113】次にコンタクトホールの形成を行い、Nチ
ャネル型の薄膜トランジスタ(NTFT)のソース電極
434とドレイン電極435を形成する。同時にPチャ
ネル型の薄膜トランジスタ(PTFT)のソース電極4
37とドレイン電極436を形成する。(図6(B))
Next, contact holes are formed to form a source electrode 434 and a drain electrode 435 of an N-channel type thin film transistor (NTFT). At the same time, the source electrode 4 of the P-channel type thin film transistor (PTFT)
37 and the drain electrode 436 are formed. (Fig. 6 (B))

【0114】ここでNチャネル型の薄膜トランジスタの
ドレイン電極435とPチャネル型の薄膜トランジスタ
のドレイン電極436とを接続するようにパターニング
を行い、さらに2つのTFTのゲイト電極同士を接続す
ればCMOS構造が実現される。
Here, patterning is performed so as to connect the drain electrode 435 of the N-channel type thin film transistor and the drain electrode 436 of the P-channel type thin film transistor, and the gate electrodes of the two TFTs are connected to each other to realize a CMOS structure. To be done.

【0115】図6(B)に示すCMOS構造を有する構
成は、Nチャネル型の薄膜トランジスタの方に低濃度不
純物領域421と423が配置されている。
In the structure having the CMOS structure shown in FIG. 6B, the low-concentration impurity regions 421 and 423 are arranged toward the N-channel type thin film transistor.

【0116】421と423で示される低濃度不純物領
域は、 ・OFF電流を低減させる。 ・ホットキャリアーによるTFTの劣化の防止する。 ・ソース/ドレイン間の抵抗を増加させNTFTの移動
度を低下させる。 といった作用を有している。
The low-concentration impurity regions 421 and 423 reduce the OFF current. -Prevent deterioration of TFT due to hot carriers. -Increases the resistance between the source / drain and reduces the mobility of the NTFT. It has such an action.

【0117】一般に図6(B)に示すようなCMOS構
造とする場合、Nチャネル型の薄膜トランジスタとPチ
ャネル型の薄膜トランジスタとの特性の違いが問題とな
る。
Generally, when a CMOS structure as shown in FIG. 6B is used, a difference in characteristics between the N-channel type thin film transistor and the P-channel type thin film transistor becomes a problem.

【0118】例えば本実施例のような結晶性珪素膜を用
いた場合において、Nチャネル型の薄膜トランジスタの
移動度は100〜150Vs/cm2 程度得られるが、
Pチャネル型の薄膜トランジスタの移動度は30〜80
Vs/cm2 程度しか得られない。
For example, when the crystalline silicon film as in this embodiment is used, the mobility of the N-channel type thin film transistor is about 100 to 150 Vs / cm 2 .
The mobility of a P-channel thin film transistor is 30 to 80.
Only Vs / cm 2 can be obtained.

【0119】また、Nチャネル型の薄膜トランジスタに
は、ホットキャリアによる劣化という問題がある。この
問題はPチャネル型の薄膜トランジスタでは特に問題と
ならない。
Further, the N-channel type thin film transistor has a problem of deterioration due to hot carriers. This problem does not occur particularly in the P-channel type thin film transistor.

【0120】また一般にCMOS回路では低OFF電流
特性は特に要求されない。
In general, a CMOS circuit does not require a low OFF current characteristic.

【0121】このような状況において、N型の薄膜トラ
ンジスタ側に421や423で示される低濃度不純物領
域を配置する構成とすることで以下の有意性を得ること
ができる。
In such a situation, the following significance can be obtained by arranging the low concentration impurity regions 421 and 423 on the N-type thin film transistor side.

【0122】即ち、CMOS構造において、N型の薄膜
トランジスタの移動度を低下させ、さらにその劣化を防
止することによって、Pチャネル型の薄膜トランジスタ
との総合的な特性のバランスを採り、CMOS回路とし
ての特性を向上させることができる。
That is, in the CMOS structure, by lowering the mobility of the N-type thin film transistor and preventing its deterioration, the overall characteristic balance with the P-channel type thin film transistor is taken, and the characteristic as a CMOS circuit is obtained. Can be improved.

【0123】また本実施例に示す工程において、図4
(E)、図5(B)、図5(C)に示す不純物イオンの
注入工程の際に、活性層がゲイト絶縁膜を構成する酸化
珪素膜403で覆われていることは重要である。
In the process shown in this embodiment, the process shown in FIG.
It is important that the active layer is covered with the silicon oxide film 403 forming the gate insulating film in the step of implanting the impurity ions shown in (E), FIG. 5 (B) and FIG. 5 (C).

【0124】このような状態で不純物イオンの注入を行
うと、活性層表面の荒れや汚染を抑制することができ
る。このことは、歩留りや得られる装置の信頼性を高め
ることに大きな寄与を果たす。
By implanting impurity ions in such a state, it is possible to suppress the surface of the active layer from being roughened or contaminated. This greatly contributes to improving the yield and the reliability of the obtained device.

【0125】本実施例に示すCMOS型の薄膜回路は、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマ
トリクス型のEL表示装置に利用することができる。
The CMOS type thin film circuit shown in this embodiment is
It can be used for an active matrix type liquid crystal display device and an active matrix type EL display device.

【0126】〔実施例6〕本実施例は、実施例1に示す
工程で得られた結晶性珪素膜に対してさらにレーザー光
を照射して、その結晶性を助長する場合の例を示す。
[Embodiment 6] This embodiment shows an example in which the crystalline silicon film obtained in the process of Embodiment 1 is further irradiated with laser light to promote its crystallinity.

【0127】実施例1に示す工程において加熱処理によ
り結晶化させた結晶性珪素膜に対して、さらにレーザー
光の照射を行うと、その結晶性を助長させることができ
る。そしてさらに高い結晶性を有した結晶性珪素膜を得
ることができる。
When the crystalline silicon film crystallized by the heat treatment in the process shown in Example 1 is further irradiated with laser light, its crystallinity can be promoted. Then, a crystalline silicon film having higher crystallinity can be obtained.

【0128】この場合のレーザー光としては、紫外領域
を有するエキシマレーザーを用いることが好ましい。
As the laser light in this case, it is preferable to use an excimer laser having an ultraviolet region.

【0129】[0129]

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
で、高い信頼性を有する薄膜半導体装置を得ることがで
きる。特に、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用し
て得られた結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製にお
いて、得られる半導体装置の特性のバラツキや信頼性を
改善することができる。
By utilizing the invention disclosed in this specification, a thin film semiconductor device having high reliability can be obtained. In particular, in the manufacture of a semiconductor device using a crystalline silicon film obtained by utilizing a metal element that promotes crystallization of silicon, it is possible to improve variations in the characteristics of the obtained semiconductor device and reliability.

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

【図1】 結晶性珪素膜の作製工程を示す。1A to 1C show steps of manufacturing a crystalline silicon film.

【図2】 ハロゲンランプを用いた処理装置の概要を示
す。
FIG. 2 shows an outline of a processing apparatus using a halogen lamp.

【図3】 紫外線レーザーを用いた処理装置の概要を示
す。
FIG. 3 shows an outline of a processing apparatus using an ultraviolet laser.

【図4】 相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
工程を示す。
FIG. 4 shows a manufacturing process of a complementary thin film transistor.

【図5】 相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
工程を示す。
FIG. 5 shows a manufacturing process of a thin film transistor configured to be complementary.

【図6】 相補型に構成された薄膜トランジスタの作製
工程を示す。
FIG. 6 shows a manufacturing process of a complementary thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 非晶質珪素膜 104 ニッケル化合物 105 結晶性珪素膜 101 glass substrate 102 base film (silicon oxide film) 103 amorphous silicon film 104 nickel compound 105 crystalline silicon film

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication location H01L 21/336

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素の化合物を保持させる工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に紫外光を照射する工程と、 赤外光または紫外線レーザーを照射し前記非晶質珪素膜
中に前記金属元素を拡散させる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程
と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of holding a compound of a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon. Irradiating the surface of the amorphous silicon film with ultraviolet light; irradiating infrared light or ultraviolet laser to diffuse the metal element into the amorphous silicon film; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of crystallizing a high quality silicon film;
【請求項2】請求項1において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類の元素が利用される
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 1, wherein Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more elements selected from u are used.
【請求項3】請求項1において、紫外光の照射によって
金属元素の化合物が分解されることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the compound of the metal element is decomposed by irradiation with ultraviolet light.
【請求項4】請求項1において、 赤外光または紫外線レーザーの照射による工程は、非晶
質珪素膜の非晶質性を維持した状態で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of irradiating with an infrared light or an ultraviolet laser is performed in a state in which the amorphousness of the amorphous silicon film is maintained.
【請求項5】請求項1において、 赤外光または紫外線レーザーの照射は非晶質珪素膜の非
晶質性を維持した状態で行われ、 かつ赤外光または紫外線レーザーの照射によって非晶質
珪素膜中に当該金属元素が拡散することを特徴とするこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. The infrared light or ultraviolet laser irradiation according to claim 1, wherein the amorphous silicon film is maintained in an amorphous state, and the infrared light or ultraviolet laser irradiation causes the amorphous silicon film to be amorphous. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal element is diffused in a silicon film.
【請求項6】請求項1において、紫外線レーザーの波長
は380nm以下であることを特徴とする半導体装置の
作製方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wavelength of the ultraviolet laser is 380 nm or less.
【請求項7】請求項1において、赤外線の照射はハロゲ
ンランプを利用することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a halogen lamp is used for the irradiation of infrared rays.
【請求項8】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の表面に接して珪素の結晶化を助長す
る金属元素の化合物を保持させる工程と、 前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で前記金
属元素の化合物を分解させる工程と、 前記非晶質珪素膜の非晶質状態を維持した状態で前記金
属元素を前記非晶質珪素膜中に拡散させる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程
と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of holding a compound of a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon. A step of decomposing the compound of the metal element while maintaining the amorphous state of the amorphous silicon film; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of diffusing into a crystalline silicon film; and a step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項9】請求項8において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類から選ばれた元素が
利用されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. The metal element according to claim 8, wherein Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an element selected from one or more selected from u is used.
【請求項10】請求項8において、金属元素の化合物の
分解は紫外光の照射によって行うことを特徴とする半導
体装置の作製方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the decomposition of the compound of the metal element is performed by irradiation with ultraviolet light.
【請求項11】請求項8において、 金属元素を非晶質珪素膜中に拡散させる工程は、 赤外光または紫外線レーザーの照射によって行われるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the step of diffusing the metal element into the amorphous silicon film is performed by irradiation with infrared light or ultraviolet laser.
【請求項12】請求項8において、紫外線レーザーの波
長は380nm以下であることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the wavelength of the ultraviolet laser is 380 nm or less.
【請求項13】請求項8において、赤外線の照射はハロ
ゲンランプを利用することを特徴とする半導体装置の作
製方法。
13. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a halogen lamp is used for irradiation of infrared rays.
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