JPH0927453A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0927453A
JPH0927453A JP7262596A JP26259695A JPH0927453A JP H0927453 A JPH0927453 A JP H0927453A JP 7262596 A JP7262596 A JP 7262596A JP 26259695 A JP26259695 A JP 26259695A JP H0927453 A JPH0927453 A JP H0927453A
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amorphous silicon
silicon film
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crystal growth
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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直人 楠本
Satoshi Teramoto
聡 寺本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin film transistor having the same characteristics as transistors formed on a silicon wafer. SOLUTION: An amorphous silicon thin film is patterned into a shape shown by the number 102 in the figure, and crystal growth as shown by the number 103 is performed from the region 101 where nickel silicide has been formed. In this crystal growth it is possible to form a region regarded as a single crystal region as shown by the number 104 by heating the thin film and irradiating it with scanned laser light. The single crystal region 104 is patterned into a shape shown by the number 401 to form the active layer of a thin film transistor.

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、結晶
性を有する薄膜半導体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 semiconductor device using a thin film semiconductor having crystallinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラスや石英基板上に形成された
薄膜半導体を用いたトランジスタ(薄膜トランジスタや
TFTと称される)が注目されている。これは、ガラス
基板や石英基板の表面に数百〜数千Åの厚さに薄膜半導
体を形成し、この薄膜半導体を用いてトランジスタ(絶
縁ゲイト型電界効果トランジスタ)を形成する技術であ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, a transistor (referred to as a thin film transistor or a TFT) using a thin film semiconductor formed on a glass or quartz substrate has been receiving attention. This is a technology in which a thin film semiconductor is formed on the surface of a glass substrate or a quartz substrate to a thickness of several hundred to several thousand liters and a transistor (insulating gate type field effect transistor) is formed using this thin film semiconductor.

【0003】薄膜トランジスタの応用範囲としては、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置が知られている。
これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画素の
それぞれにスイッチング素子として薄膜トランジスタを
配置し、高い画質を有する表示を行わすものである。
As an application range of thin film transistors, an active matrix type liquid crystal display device is known.
In this, a thin film transistor is arranged as a switching element in each of hundreds of thousands or more of pixels arranged in a matrix to perform display with high image quality.

【0004】このようなアクティブマトリクス型の液晶
表示装置に利用される薄膜トランジスタとしては、非晶
質珪素(アモルファスシリコン)薄膜を用いたものが実
用化されている。
As a thin film transistor used in such an active matrix type liquid crystal display device, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film has been put into practical use.

【0005】しかしながら、非晶質珪素薄膜を用いた薄
膜トランジスタは、その特性が低いという問題がある。
例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の表示
機能としてより高い機能を求めようとする場合、非晶質
珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性が低す
ぎる。
However, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film has a problem that its characteristics are low.
For example, when a higher display function of an active matrix liquid crystal display device is desired, the characteristics of a thin film transistor using an amorphous silicon film are too low.

【0006】また、画素のスイッチングのみではなく、
周辺駆動回路をも薄膜トランジスタで構成することで、
一枚の基板の上に集積化した一体型の液晶表示システム
を構成することが提案されているが、非晶質珪素薄膜を
用いた薄膜トランジスタでは、その動作速度の低さから
周辺駆動回路を構成することができない。特に非晶質珪
素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、Pチャネル型を
実用化することが困難であるので(特性が低過ぎ実用に
ならない)CMOS回路が構成できないという基本的な
問題がある。
In addition to pixel switching,
By configuring the peripheral drive circuit also with thin film transistors,
Although it has been proposed to construct an integrated liquid crystal display system integrated on a single substrate, a thin film transistor using an amorphous silicon thin film constitutes a peripheral drive circuit due to its low operating speed. Can not do it. Particularly in a thin film transistor using an amorphous silicon thin film, it is difficult to put the P-channel type into practical use, and there is a fundamental problem that a CMOS circuit cannot be constructed (characteristics are too low to be put into practical use).

【0007】さらに、画像データ等を処理または記憶す
るための集積回路等をも画素領域や周辺駆動回路と同一
の基板上に集積化する技術も考えられているが、非晶質
珪素薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、その特性の低
さから画像データを処理できるような集積回路を構成す
ることができない。
Further, a technique of integrating an integrated circuit for processing or storing image data and the like on the same substrate as the pixel region and the peripheral drive circuit has been considered, but an amorphous silicon thin film is used. The thin film transistor cannot form an integrated circuit capable of processing image data because of its low characteristics.

【0008】一方、非晶質珪素薄膜を用いた薄膜トラン
ジスタを大きく上回る特性を有する薄膜トランジスタと
して、結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを構成す
る技術が知られている。この技術は、非晶質珪素膜の形
成後に加熱処理やレーザー光の照射を行うことにより、
非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成する現象を利用した
ものである。非晶質珪素膜を結晶化させることによって
得られる結晶性珪素膜は、一般に多結晶構造あるいは微
結晶構造を有している。
On the other hand, as a thin film transistor having characteristics far superior to those of a thin film transistor using an amorphous silicon thin film, a technique of forming a thin film transistor using a crystalline silicon film is known. This technique uses heat treatment and laser light irradiation after the amorphous silicon film is formed,
This utilizes a phenomenon in which an amorphous silicon film is transformed into a crystalline silicon film. A crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film generally has a polycrystalline structure or a microcrystalline structure.

【0009】結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを
構成した場合、非晶質珪素膜を用いた場合に比較して、
はるかに高い特性を得ることができる。例えば、薄膜ト
ランジスタの特性を評価する一つの指標である移動度で
見た場合、非晶質珪素膜を用いた薄膜トランジスタでは
移動度が0.5 〜1cm2 /Vs以下(Nチャネル型の場
合)であるが、結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ
では、Nチャネル型で100cm2 /Vs程度以上、P
チャネル型で50cm2 /Vs程度以上のものを得るこ
とができる。
When a thin film transistor is formed by using a crystalline silicon film, compared with the case where an amorphous silicon film is used,
Much higher characteristics can be obtained. For example, when viewed from the mobility which is one index for evaluating the characteristics of the thin film transistor, the thin film transistor using the amorphous silicon film has a mobility of 0.5 to 1 cm 2 / Vs or less (in the case of N channel type). In a thin film transistor using a crystalline silicon film, an N-channel type is about 100 cm 2 / Vs or more, P
It is possible to obtain a channel type device having a size of about 50 cm 2 / Vs or more.

【0010】[0010]

【発明が解決する課題】しかしながら、非晶質珪素膜を
結晶化することによって得られた結晶性珪素膜は、多結
晶構造を有しており、結晶粒界に起因する数々の問題が
ある。例えば、結晶粒界を経由して移動してしまうキャ
リアが存在するために、薄膜トランジスタの耐圧が大き
く制限されてしまうという問題である。また、高速動作
を行わす場合に特性の変化や劣化が起こりやすいという
問題がある。また、結晶粒界を経由して移動してしまう
キャリアが存在するために、薄膜トランジスタがOFF
時におけるオフ電流(漏れ電流)が多くなってしまうと
いう問題がある。
However, the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film has a polycrystalline structure and has various problems due to crystal grain boundaries. For example, there is a problem in that the withstand voltage of the thin film transistor is greatly limited because there are carriers that move through the crystal grain boundaries. In addition, there is a problem that characteristics change or deterioration is likely to occur when high speed operation is performed. In addition, since there are carriers that move through the grain boundaries, the thin film transistor is turned off.
There is a problem that the off-current (leakage current) at the time increases.

【0011】またアクティブマトリクス型の液晶表示装
置をより集積化した形で構成しようとする場合、画素領
域のみでなく、周辺回路をも1枚のガラス基板上に形成
してしまうことが望まれる。このような場合、マトリク
ス状に数十万個配置された画素トランジスタを駆動する
ために、周辺回路に配置された薄膜トランジスタには大
電流を扱えることが要求される。
Further, when the active matrix type liquid crystal display device is to be constructed in a more integrated form, it is desired to form not only the pixel region but also the peripheral circuit on one glass substrate. In such a case, in order to drive hundreds of thousands of pixel transistors arranged in a matrix, the thin film transistors arranged in the peripheral circuit are required to be able to handle a large current.

【0012】大電流を取り扱うことのできる薄膜トラン
ジスタを得るには、チャネル幅を大きくした構造を採用
する必要がある。しかしながら、結晶性珪素膜を用いた
薄膜トランジスタでは、そのチャネル幅を広くしても耐
圧の問題から周辺回路における使用には耐えないという
問題がある。またしきい値の変動等が大きく、実用的で
はないという問題もある。
In order to obtain a thin film transistor which can handle a large current, it is necessary to adopt a structure having a large channel width. However, a thin film transistor using a crystalline silicon film has a problem that it cannot withstand use in a peripheral circuit even if its channel width is widened because of a withstand voltage problem. In addition, there is a problem that the threshold value varies greatly and is not practical.

【0013】また画像データを処理するための集積回路
を結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタで構成しよう
としても、しきい値の変動や特性の経時変化の問題か
ら、実用的な集積回路(従来のICの代わりに用いるこ
とができるような)を得ることができない。
Even if an integrated circuit for processing image data is made up of a thin film transistor using a crystalline silicon film, a practical integrated circuit (conventional integrated circuit) cannot be used because of the problems of fluctuations in threshold value and changes in characteristics over time. Cannot be obtained instead of an IC).

【0014】このような非晶質珪素薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタと多結晶珪素薄膜や微結晶珪素薄膜を用いた
薄膜トランジスタにおける諸問題を解決する手段とし
て、単結晶と見なせる領域を非晶質珪素薄膜の特定の領
域に形成し、この領域を用いて薄膜トランジスタを形成
する技術が知られている。この技術を用いれば、単結晶
珪素ウエハー上に形成されたトランジスタ(MOS型ト
ランジスタ)に匹敵する特性を得ることができる。
As a means for solving various problems in a thin film transistor using such an amorphous silicon thin film and a thin film transistor using a polycrystalline silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film, a region that can be regarded as a single crystal is formed of an amorphous silicon thin film. A technique of forming a thin film transistor in a specific region and using this region is known. By using this technique, characteristics comparable to those of a transistor (MOS type transistor) formed on a single crystal silicon wafer can be obtained.

【0015】この技術としては、特開平2−14091
5号公報に記載されているものが公知である。この技術
は、図2(A)に示すように、種結晶となる領域201
を形成し、しかる後に加熱処理を加えることにより、種
結晶となる領域201から矢印203で示されるような
結晶成長を行わせ、202のような形状にパターニング
された非晶質珪素膜でなる領域を結晶化させるというも
のである。
This technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-14091.
The one described in Japanese Patent No. 5 is publicly known. In this technique, as shown in FIG. 2A, a region 201 to be a seed crystal is formed.
And then heat treatment is performed to cause crystal growth as indicated by an arrow 203 from the region 201 to be a seed crystal, and a region to be an amorphous silicon film patterned into a shape 202. Is to crystallize.

【0016】しかしながら、従来例では、202で示す
パターンを種結晶となる領域201の領域から結晶成長
させようとしても、図2(B)に示すように、204で
示される領域からの結晶成長が同時に行われ、一様に結
晶成長させることができない。即ち、204で示される
領域にも結晶成長の種が形成されてしまい、複数のモー
ドで結晶成長が行われることになるので、内部に結晶粒
界が存在している多結晶状態が得られてしまう。また、
加熱処理による結晶化方法では、必要とする面積を結晶
成長させることができない。
However, in the conventional example, even if the pattern shown by 202 is to be grown from the region of the region 201 to be the seed crystal, as shown in FIG. It is carried out at the same time, and it is impossible to grow crystals uniformly. That is, seeds for crystal growth are also formed in the region indicated by 204, and crystal growth is performed in a plurality of modes, so that a polycrystalline state in which crystal grain boundaries exist is obtained. I will end up. Also,
With the crystallization method by heat treatment, the required area cannot be grown.

【0017】本発明の目的は、上述の問題点を解決し
て、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質珪素膜
を出発膜として、単結晶と見なせる領域を効率良く形成
する技術を提供することにある。また、結晶粒界の影響
を受けない薄膜トランジスタを提供することを他の目的
とする。また、耐圧が高く大電流を扱うことのできる薄
膜トランジスタを提供することを他の目的とする。ま
た、特性の劣化や変動の無い薄膜トランジスタを提供す
ることを他の目的とする。また、単結晶半導体を用いた
場合と同様な特性を有する薄膜トランジスタを提供する
ことを他の目的とする。
An object of the present invention is to solve the above problems and to efficiently form a region that can be regarded as a single crystal by using an amorphous silicon film formed on a substrate having an insulating surface as a starting film. To provide. Another object is to provide a thin film transistor that is not affected by crystal grain boundaries. Another object is to provide a thin film transistor having a high breakdown voltage and capable of handling a large current. Another object is to provide a thin film transistor without deterioration or fluctuation of characteristics. Another object is to provide a thin film transistor having characteristics similar to those of the case where a single crystal semiconductor is used.

【0018】[0018]

【課題を解決する手段】上述の問題点を解消するため
に、本明細書で開示する主要な発明は、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層を選
択的に形成する工程と、前記非晶質珪素膜に対してレー
ザー光を前記非晶質珪素膜の面積が漸次増大する方向に
移動させながら照射し単結晶と見なせる領域を形成する
工程と、を有し、前記レーザー光の照射は非晶質珪素膜
を加熱した状態で行われることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the main invention disclosed in the present specification is to provide a layer of a metal element which is in contact with the surface of an amorphous silicon film and promotes crystallization of silicon. A step of selectively forming, and a step of irradiating the amorphous silicon film with laser light while moving it in a direction in which the area of the amorphous silicon film gradually increases to form a region that can be regarded as a single crystal, And the irradiation of the laser beam is performed in a state where the amorphous silicon film is heated.

【0019】また他の発明は、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層を選択的に形
成する工程と、前記金属元素の層に接した領域から漸次
その面積が増大する形状に非晶質珪素膜をパターニング
する工程と、前記金属元素の層に接した領域からその面
積が漸次に増大する形状に非晶質珪素膜をパターニング
する工程と、前記非晶質珪素膜に対してレーザー光を前
記漸次面積が増大する方向に移動させながら照射し単結
晶と見なせる領域を形成する工程と、を有し、前記レー
ザー光の照射は非晶質珪素膜を加熱した状態で行われる
ことを特徴とする。
Another aspect of the invention is a step of selectively forming a layer of a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon, and a step of gradually forming a region in contact with the layer of the metal element. Patterning the amorphous silicon film into a shape in which the area increases, patterning the amorphous silicon film into a shape in which the area gradually increases from the region in contact with the layer of the metal element, And irradiating the crystalline silicon film with laser light while moving in the direction in which the area gradually increases to form a region that can be regarded as a single crystal. It is characterized in that it is performed in a heated state.

【0020】上記構成において、非晶質珪素膜は、ガラ
ス基板や石英基板等の絶縁表面を有する基板上に形成さ
れる。非晶質珪素膜は、プラズマCVD法や減圧熱CV
D法で形成される。
In the above structure, the amorphous silicon film is formed on a substrate having an insulating surface such as a glass substrate or a quartz substrate. The amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method or a reduced pressure heat CV.
It is formed by method D.

【0021】珪素の結晶化を助長する金属元素として
は、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Ptから選ばれた一種または複数種類のものを用い
ることができる。
The metal elements that promote the crystallization of silicon include Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os and I.
One or more kinds selected from r and Pt can be used.

【0022】金属元素の層を選択的に形成するには、非
晶質珪素膜の表面い金属元素の層を形成形成し、パター
ニングすればよい。また、金属元素の層(金属元素を含
む層ということもできる)を形成する方法としては、金
属元素を含む溶液を非晶質珪素膜の表面に塗布し、しか
る後に加熱処理加えることによって非晶質珪素膜の表面
にニッケルシリサイドの層を形成する方法が最も好まし
い。
To selectively form the metal element layer, the metal element layer may be formed on the surface of the amorphous silicon film and patterned. Further, as a method for forming a layer of a metal element (also referred to as a layer containing a metal element), a solution containing a metal element is applied to the surface of an amorphous silicon film, and then a heat treatment is applied to form an amorphous layer. The most preferable method is to form a nickel silicide layer on the surface of the silicon oxide film.

【0023】上記構成において、「金属元素の層に接し
た領域から漸次その面積が増大する形状に非晶質珪素膜
をパターニングする工程」というのは、図1(A)の1
02に示す形状にパターニングを施す工程を挙げること
ができる。図1(A)の102に示す形状は、金属元素
に接する層101が設けられた部分からθで示す角度で
その面積が漸次に増大する形状を有している。
In the above structure, "the step of patterning the amorphous silicon film from the region in contact with the layer of the metal element into a shape in which the area thereof gradually increases" means 1 in FIG.
There may be mentioned a step of patterning the shape indicated by 02. The shape 102 shown in FIG. 1A has a shape in which the area gradually increases from the portion where the layer 101 in contact with the metal element is provided at an angle θ.

【0024】上記構成において「前記非晶質珪素膜に対
してレーザー光を前記漸次面積が増大する方向に移動さ
せながら照射し単結晶と見なせる領域を形成する工程」
としては、図1(B)に示す工程を挙げることができ
る。図1(B)に示す工程においては、矢印で示す方向
にレーザー光を走査(移動またはスキャン)しながら照
射することで101の領域から(A)の矢印103で示
される方向に順次結晶成長を行わせ、単結晶と見なせる
領域104を形成する状態が示されている。レーザー光
としては、例えばエキシマレーザー光を用いることがで
きる。
In the above structure, "a step of forming a region which can be regarded as a single crystal by irradiating the amorphous silicon film with a laser beam while moving in a direction in which the area gradually increases"
Can include the step shown in FIG. In the step shown in FIG. 1B, laser light is irradiated while scanning (moving or scanning) in a direction indicated by an arrow so that crystal growth is sequentially performed from a region 101 in a direction indicated by an arrow 103 in FIG. The state is shown in which the region 104 that can be regarded as a single crystal is formed. As the laser light, for example, excimer laser light can be used.

【0025】単結晶と見なせる領域というのは、内部に
結晶粒界(線欠陥や面欠陥)が存在いない領域のことを
いう。この単結晶と見なせる領域は、モノドメイン領域
ということができる。この単結晶と見なせる領域(モノ
ドメイン領域)には、点欠陥が存在しているので、中和
用の水素またはハロゲン元素1×1017cm-3〜5×1
19cm-3の濃度で含まれている。
The region that can be regarded as a single crystal is a region in which no crystal grain boundary (line defect or plane defect) exists. The region that can be regarded as a single crystal can be called a monodomain region. Since there are point defects in the region that can be regarded as a single crystal (monodomain region), hydrogen or halogen element for neutralization 1 × 10 17 cm −3 to 5 × 1
It is contained at a concentration of 0 19 cm -3 .

【0026】また単結晶と見なせる領域には、珪素の結
晶化を助長する金属元素が1×1014〜1×1019原子
cm-3の濃度で含まれている。これらの濃度は、SIM
S(2次イオン分析方法)によって得られるデータに基
づく最小値として定義される。
In the region which can be regarded as a single crystal, a metal element which promotes crystallization of silicon is contained at a concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 19 atoms cm -3 . These concentrations are SIM
It is defined as the minimum value based on the data obtained by S (secondary ion analysis method).

【0027】なお、SIMSによって、金属元素の濃度
を1×1016原子cm-3以下の濃度で計測することは、
現状では困難である。しかし、当該金属元素を導入する
際に利用する溶液中での当該金属元素の濃度から、単結
晶と見なしせる領域中の金属元素の濃度概算することが
可能である。即ち、溶液中の金属元素の濃度と、SIM
Sで計測される珪素膜中に最終的に残留する金属元素濃
度との関係に基づいて、SIMSで計測されない濃度を
概算することができる。
The measurement of the metal element concentration by SIMS at a concentration of 1 × 10 16 atom cm −3 or less is
It is difficult at present. However, it is possible to roughly estimate the concentration of the metal element in the region that can be regarded as a single crystal, from the concentration of the metal element in the solution used when introducing the metal element. That is, the concentration of the metal element in the solution and the SIM
The concentration not measured by SIMS can be roughly estimated based on the relationship with the concentration of the metal element finally remaining in the silicon film measured by S.

【0028】更に、この単結晶と見なせる領域中には、
炭素および窒素の原子が1×1016原子cm-3〜5×1
18原子cm-3の濃度で含まれており、かつ酸素の原子
が1×1017原子cm-3〜5×1019原子cm-3の濃度
で含まれている。これは、出発膜としてCVD法で形成
された非晶質珪素膜を利用したことに起因する。
Further, in the region which can be regarded as this single crystal,
Carbon and nitrogen atoms are 1 × 10 16 atoms cm −3 to 5 × 1
It is contained at a concentration of 0 18 atoms cm −3 and oxygen atoms are contained at a concentration of 1 × 10 17 atoms cm −3 to 5 × 10 19 atoms cm −3 . This is because the amorphous silicon film formed by the CVD method was used as the starting film.

【0029】他の発明の構成は、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層を選択的に
形成する工程と、加熱処理を加え前記金属元素に接した
領域から膜の面方向に結晶成長を行わす工程と、前記結
晶成長が行われた領域を、前記結晶成長の方向に面積が
漸次に増大するパターンに形成する工程と、前記面積が
漸次に増大する方向に移動させながらレーザー光を照射
し単結晶とみなせる領域を形成する工程と、を有し、前
記レーザー光の照射は、珪素膜を400℃〜600℃の
温度で加熱した状態で行うことを特徴とする。
According to another aspect of the invention, a step of selectively forming a layer of a metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote the crystallization of silicon and a heat treatment are performed to contact the metal element. Crystal growth from the region in the surface direction of the film; forming the crystal growth region in a pattern in which the area gradually increases in the crystal growth direction; and increasing the area gradually. Forming a region which can be regarded as a single crystal by irradiating laser light while moving in a direction of moving the laser light, and irradiating the laser light is performed while heating the silicon film at a temperature of 400 ° C to 600 ° C. Is characterized by.

【0030】上記構成において、「加熱処理を加え前記
金属元素に接した領域から膜の面方向に結晶成長を行わ
す工程」というのは、図5(B)に示す構成を挙げるこ
とができる。この工程では、結晶の種となる金属元素の
層が形成された領域502から非晶質珪素膜501が5
03で示されるように膜の面方向(膜が形成された基板
に平行な方向)に結晶成長が行われる状態が示されてい
る。
In the above-mentioned constitution, "the step of performing heat treatment to perform crystal growth in the plane direction of the film from the region in contact with the metal element" can be exemplified by the constitution shown in FIG. 5 (B). In this step, the amorphous silicon film 501 is removed from the region 502 where the layer of the metal element serving as a seed of the crystal is formed.
As indicated by 03, a state is shown in which crystal growth is performed in the plane direction of the film (direction parallel to the substrate on which the film is formed).

【0031】上記構成において、「前記結晶成長が行わ
れた領域を、前記結晶成長の方向に漸次面積が増大する
形状に形成する工程」としては、図6(A)に示す工程
を挙げることができる。図6(A)には、矢印503で
示される加熱による結晶成長が行われた方向に505で
示されるように漸次その面積が増加する形状を有するパ
ターンを形成する状態が示されている。
In the above structure, as the "step of forming the region where the crystal growth is performed in a shape in which the area gradually increases in the crystal growth direction", there is a step shown in FIG. it can. FIG. 6A shows a state in which a pattern having a shape in which the area thereof gradually increases as shown by 505 in the direction in which the crystal growth by heating shown by arrow 503 is performed is shown.

【0032】上記構成において、「前記漸次面積が増大
する方向に移動させながらレーザー光を照射し単結晶と
みなせる領域を形成する工程」として、図6(B)に示
す工程を挙げることができる。この工程は、505で示
されるパターンの面積が漸次に増加する方向に、レーザ
ー光を走査させながら照射する工程である。
In the above structure, as a "step of forming a region which can be regarded as a single crystal by irradiating with laser light while moving in the direction in which the area is gradually increased", a step shown in FIG. 6B can be mentioned. This step is a step of irradiating with a laser beam while scanning it in a direction in which the area of the pattern indicated by 505 gradually increases.

【0033】結晶化を助長するための金属元素を用いる
方法において、このような金属元素を導入する方法に
は、大別して2つの方法がある。その一つは、金属元素
を、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等の「物理的形成方
法」を用いて、極薄い膜として非晶質珪素膜の表面(ま
たは非晶質珪素膜の下地膜の表面に)に成膜する方法で
ある。これらの方法は、非晶質珪素膜に接して、当該金
属元素の膜を形成することによって、非晶質珪素膜中に
当該金属元素を導入するものである。
In the method using a metal element for promoting crystallization, there are roughly two methods for introducing such a metal element. One of them is to use a metal element as a very thin film by using a "physical forming method" such as a sputtering method or an electron beam evaporation method to form the surface of the amorphous silicon film (or the base film of the amorphous silicon film). It is a method of forming a film on the surface). In these methods, the metal element is introduced into the amorphous silicon film by forming a film of the metal element in contact with the amorphous silicon film.

【0034】この方法を用いた場合、膜中に導入される
当該金属元素の濃度を精密に制御することが困難である
という問題がある。
When this method is used, there is a problem that it is difficult to precisely control the concentration of the metal element introduced into the film.

【0035】また、導入量を制限するために、その膜厚
を数十Å程度以下の極薄い薄膜として形成する場合、完
全な膜状として形成することが困難であり、金属元素の
膜が島状に被形成面上に形成されることとなる。すなわ
ち、金属元素の不均質層(discontinuous layer)が形成
されることとなる。
Further, in order to limit the introduction amount, when forming the film as an extremely thin thin film having a thickness of several tens of liters or less, it is difficult to form a perfect film, and the film of the metal element is an island. Will be formed on the surface to be formed. That is, a discontinuous layer of metal elements is formed.

【0036】金属元素の不均一層を使用して、非晶質珪
素膜を結晶化した場合には、不均一層を構成する島状の
領域それぞれが結晶化の種(または核)(nuclious) と
なり結晶化が進行する。このような状況からの結晶化が
進行した結晶性珪素膜は、非晶質成分が非常に多く残っ
てしまう。このことは、光学顕微鏡や電子顕微鏡写真で
の観察、さらにはラマン分光法による計測によって確認
することができる。また、結晶性珪素膜には金属成分が
部分的に凝集して存在していることも確認されている。
When the amorphous silicon film is crystallized by using the nonuniform layer of the metal element, the island-shaped regions forming the nonuniform layer are crystallized by seeds (or nuclei). And crystallization progresses. In the crystalline silicon film which has been crystallized under such a condition, a large amount of amorphous component remains. This can be confirmed by observation with an optical microscope or an electron micrograph, and measurement by Raman spectroscopy. It has also been confirmed that the metal component is present in the crystalline silicon film in a partially aggregated state.

【0037】結晶性珪素膜は最終的には半導体領域とな
る。しかし、結晶性珪素膜の金属成分が部分的に凝集し
て存在している領域は、半導体領域中では電子およびホ
ールの再結合中心として働く。このような再結合中心
は、例えば薄膜トランジスタのリーク電流の増加とい
う、極めて悪質な特性の低下の要因となる。
The crystalline silicon film finally becomes a semiconductor region. However, the region where the metal component of the crystalline silicon film is present in a partially aggregated state serves as a recombination center of electrons and holes in the semiconductor region. Such recombination centers cause a very bad characteristic such as an increase in leak current of the thin film transistor.

【0038】不均一層を形成ないようにするために
は、、例えば分子エピタキシー法(MBE法)等を用い
ることにより、解決することができる。しかし、それは
限られた面積において実現されるに過ぎないのが現状で
ある。
In order to prevent the formation of the non-uniform layer, it is possible to solve it by using, for example, a molecular epitaxy method (MBE method) or the like. However, at present, it is only realized in a limited area.

【0039】上述したように、金属元素の導入方法する
方法として、金属元素の薄膜を形成する、所謂「物理的
な形成方法」な方法は好ましくない。「物理的な形成方
法」に対して、珪素の結晶化を助長する金属元素を含む
溶液を用いる「化学的な形成方法」がある。この方法
は、溶液中に当該金属元素を含ませ、その溶液を非晶質
珪素膜の表面や非晶質珪素膜が形成される酸化膜の表面
にスピンコート法等により、塗布するものである。
As described above, the so-called "physical forming method" of forming a thin film of a metal element is not preferable as the method of introducing the metal element. In contrast to the "physical forming method", there is a "chemical forming method" in which a solution containing a metal element that promotes crystallization of silicon is used. In this method, the metal element is included in a solution, and the solution is applied to the surface of an amorphous silicon film or the surface of an oxide film on which the amorphous silicon film is formed by spin coating or the like. .

【0040】溶液中に金属元素を含ませると、溶液中に
十分にそれぞれの分子を分散させることができる。そし
てこの溶液を当該金属元素が添加される被形成面上に滴
下し、50〜500回転/分(RPM)の回転速度で回
転させてスピンコートすると、この当該金属元素を被形
成面全体に分散させて存在させる。即ち、その表面上
に、金属粒子による島状の領域を作らずに、均一な層
(continuous layer) を形成させることができる。
When the solution contains a metal element, each molecule can be sufficiently dispersed in the solution. Then, this solution is dropped on the formation surface to which the metal element is added and spin-coated by rotating at a rotation speed of 50 to 500 rotations / minute (RPM) to disperse the metal element on the entire formation surface. Let it exist. That is, it is possible to form a uniform layer (continuous layer) on the surface without forming island-shaped regions by metal particles.

【0041】この状態で、加熱やレーザー光の照射をす
ると、珪素の結晶化を助長する金属元素を酸化膜を通じ
て半導体中へ原子状に拡散させることができるため、結
晶の種を積極的に作らずに拡散させ、全体を均一に結晶
化をさせることができる。この結果、部分的に金属元素
が集中したり、非晶質成分が多く残存したりすることを
抑制することができ、一様で緻密な結晶成長を行うこと
ができる。
When heating or laser light irradiation is performed in this state, the metal element that promotes crystallization of silicon can be atomically diffused into the semiconductor through the oxide film, so that crystal seeds are positively created. Instead, it can be diffused to uniformly crystallize the whole. As a result, it is possible to prevent metal elements from being partially concentrated and to leave a large amount of amorphous components, and uniform and dense crystal growth can be performed.

【0042】なお、溶液をスピンコートする際に、低速
回転でスピンコートすると、その表面に存在する溶液中
の金属成分は、固相成長にとって必要以上の量が半導体
膜上に供給されやすい。このため、この低速回転100
0〜10000回転/分で基板を回転した後に、回転速
度を速くして、代表的には2000〜5000回転/分
で基板を回転させる。すると、過剰な金属成分はすべて
基板表面の外に吹き飛ばされ、適性な量の金属成分を供
給することができる。
When the solution is spin-coated at low speed, the metal components in the solution existing on the surface are likely to be supplied on the semiconductor film in an amount more than necessary for solid phase growth. Therefore, this low speed rotation 100
After rotating the substrate at 0 to 10000 revolutions / minute, the rotation speed is increased and typically the substrate is rotated at 2000 to 5000 revolutions / minute. Then, all excess metal components are blown out of the surface of the substrate, and an appropriate amount of metal components can be supplied.

【0043】また、導入される金属成分の量を制御する
には、溶液中の金属元素の濃度を制御すればよい。この
方法は、最終的に珪素膜中に導入される当該金属元素の
濃度を正確に制御できるので、非常に有用である。
In order to control the amount of metal component introduced, the concentration of the metal element in the solution may be controlled. This method is very useful because the concentration of the metal element finally introduced into the silicon film can be accurately controlled.

【0044】使用できる溶液としては、用いる金属元素
によって、幾つかの種類のものを用いることができる。
代表的には、溶液の形態を有する金属化合物を用いるこ
とができる。以下に、この溶液を用いる方法に利用でき
る金属化合物の例を示す。
As the usable solution, several kinds of solutions can be used depending on the metal element used.
Typically, a metal compound having a solution form can be used. Below, the example of the metal compound which can be utilized for the method using this solution is shown.

【0045】(1)金属元素としてNiを利用する場合 ニッケル化合物として、臭化ニッケル、酢酸ニッケル、
蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッ
ケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、蟻酸ニッケル、酸
化ニッケル、水酸化ニッケル、ニッケルアセチルアセト
ネート、4−シクロへキシル酪酸ニッケル、2−エチル
ヘキサン酸ニッケルから選ばれた、少なくとも1種類の
材料を用いることができる。
(1) When Ni is used as a metal element As a nickel compound, nickel bromide, nickel acetate,
Nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel oxide, nickel hydroxide, nickel acetylacetonate, 4-cyclohexyl butyrate nickel, 2-ethylhexanoate nickel At least one type of material can be used.

【0046】また、Niを、無極性溶媒である、ベンゼ
ン、トルエンキシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エ
ーテル、トリクロロエチレン、フロンから選ばれた少な
くとも1つと、混合したものを用いてもよい。
It is also possible to use a mixture of Ni and at least one selected from benzene, toluene xylene, carbon tetrachloride, chloroform, ether, trichloroethylene and freon which are nonpolar solvents.

【0047】(2)触媒元素としてFe(鉄)を用いる
場合 鉄塩として知られている材料、例えば臭化第1鉄(Fe
Br2 6H2 O)、臭化第2鉄(FeBr3 6H2
O)、酢酸第2鉄(Fe(C232)3xH2 O)、塩
化第1鉄(FeCl2 4H2 O)、塩化第2鉄(FeC
3 6H2 O)、フッ化第2鉄(FeF3 3H2 O)、
硝酸第2鉄(Fe(NO3)3 9H2 O)、リン酸第1鉄
(Fe3 (PO4)2 8H2 O)、リン酸第2鉄(FeP
4 2H2 O)から選ばれた少なくとも一種類のものを
用いることができる。
(2) When Fe (iron) is used as a catalytic element A material known as an iron salt, for example, ferrous bromide (Fe)
Br 2 6H 2 O), ferric bromide (FeBr 3 6H 2
O), ferric acetate (Fe (C 2 H 3 O 2 ) 3 xH 2 O), ferrous chloride (FeCl 2 4H 2 O), ferric chloride (FeC
l 3 6H 2 O), ferric fluoride (FeF 3 3H 2 O),
Ferric nitrate (Fe (NO 3 ) 3 9H 2 O), ferrous phosphate (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O), ferric phosphate (FeP
At least one selected from O 4 2H 2 O) can be used.

【0048】(3)触媒元素としてCo(コバルト)を
用いる場合 その化合物としてコバルト塩として知られている材料、
例えば臭化コバルト(CoBr6H2 O)、酢酸コバル
ト(Co(C232)2 4H2 O)、塩化コバルト
(CoCl2 6H2 O)、フッ化コバルト(CoF2 x
2 O)、硝酸コバルト(Co(No3)2 6H2 O)か
ら選ばれたものを用いることができる。
(3) When Co (cobalt) is used as a catalyst element A material known as a cobalt salt as its compound,
For example cobalt bromide (CoBr6H 2 O), cobalt acetate (Co (C 2 H 3 O 2) 2 4H 2 O), cobalt chloride (CoCl 2 6H 2 O), cobalt fluoride (CoF 2 x
H 2 O) and cobalt nitrate (Co (No 3 ) 2 6H 2 O) may be used.

【0049】(4)触媒元素としてRu(ルテニウム)
を用いる場合 その化合物としてルテニウム塩として知られている材
料、例えば塩化ルテニウム(RuCl32 O)を用い
ることができる。
(4) Ru (ruthenium) as a catalytic element
In the case of using, a material known as a ruthenium salt, for example, ruthenium chloride (RuCl 3 H 2 O) can be used as the compound.

【0050】(5)触媒元素してRh(ロジウム)を用
いる場合 その化合物としてロジウム塩として知られている材料、
例えば塩化ロジウム(RhCl3 3H2 O)を用いるこ
とができる。
(5) When Rh (rhodium) is used as a catalytic element A material known as a rhodium salt as its compound,
For example, rhodium chloride (RhCl 3 3H 2 O) can be used.

【0051】(6)触媒元素としてPd(パラジウム)
を用いる場合 その化合物としてパラジウム塩として知られている材
料、例えば塩化パラジウム(PdCl2 2H2 O)を用
いることができる。
(6) Pd (palladium) as a catalytic element
In the case of using, a material known as a palladium salt such as palladium chloride (PdCl 2 2H 2 O) can be used as the compound.

【0052】(7)触媒元素としてOs(オスニウム)
を用いる場合 その化合物としてオスニウム塩として知られている材
料、例えば塩化オスニウム(OsCl3 )を用いること
ができる。
(7) Os (osmium) as a catalytic element
In the case of using, a material known as an osnium salt, for example, osnium chloride (OsCl 3 ) can be used as the compound.

【0053】(8)触媒元素としてIr(イリジウム)
を用いる場合 その化合物としてイリジウム塩として知られている材
料、例えば三塩化イリジウム(IrCl3 3H2 O)、
四塩化イリジウム(IrCl4 )から選ばれた材料を用
いることができる。
(8) Ir (iridium) as catalyst element
In the case of using a material known as an iridium salt as its compound, for example, iridium trichloride (IrCl 3 3H 2 O),
A material selected from iridium tetrachloride (IrCl 4 ) can be used.

【0054】(9)触媒元素としてPt(白金)を用い
る場合 その化合物として白金塩として知られている材料、例え
ば塩化第二白金(PtCl4 5H2 O)を用いることが
できる。
(9) When Pt (platinum) is used as the catalyst element As the compound, a material known as a platinum salt, for example, platinum chloride (PtCl 4 5H 2 O) can be used.

【0055】(10)触媒元素としてCu(銅)を用い
る場合 その化合物として酢酸第二銅(Cu(CH3 COO)
2 )、塩化第二銅(CuCl2 2H2 O)、硝酸第二銅
(Cu(NO3)2 3H2 O)から選ばれた材料を用いる
ことができる。
(10) When Cu (copper) is used as the catalyst element: The compound is cupric acetate (Cu (CH 3 COO))
2 ), cupric chloride (CuCl 2 2H 2 O), cupric nitrate (Cu (NO 3 ) 2 3H 2 O) can be used.

【0056】(11)触媒元素として金を用いる場合 その化合物として三塩化金(AuCl3 xH2 O)、塩
化金塩(AuHCl44H2 O)、から選ばれた材料を
用いることができる。
(11) When gold is used as the catalytic element As the compound, a material selected from gold trichloride (AuCl 3 xH 2 O) and gold chloride salt (AuHCl 4 4H 2 O) can be used.

【0057】また、この溶液を用いた方法は、被形成面
上に当該金属元素を含んだ有機金属化合物を膜を形成す
る方法ということもできる。
The method using this solution can also be referred to as a method of forming a film of an organometallic compound containing the metal element on the surface to be formed.

【0058】なお、有機金属化合物を均一にコートし
て、それに対し、オゾン(酸素中での紫外線(UV)の
照射による)処理を施してもよい。この場合には、金属
の酸化膜が形成され、この金属酸化膜から結晶化が進行
することなる。この場合、有機物は酸化して、炭酸ガス
として気化除去できるため都合がよい。
It should be noted that the organometallic compound may be uniformly coated and then subjected to ozone treatment (by irradiation with ultraviolet rays (UV) in oxygen). In this case, a metal oxide film is formed, and crystallization proceeds from this metal oxide film. In this case, the organic matter is convenient because it can be oxidized and vaporized and removed as carbon dioxide gas.

【0059】ここでは、溶液を用いる例を示したが、溶
液を用いる場合と同様な効果を得ることができる方法と
して、金属化合物、特に有機金属化合物の気体をCVD
法で被形成面上に形成する方法もある。しかし、この方
法は溶液を用いる方法ほど簡便でないという難点があ
る。
Here, an example of using a solution is shown, but as a method capable of obtaining the same effect as in the case of using a solution, a gas of a metal compound, particularly an organometallic compound is CVD.
There is also a method of forming on the surface to be formed by a method. However, this method has a drawback that it is not as simple as the method using a solution.

【0060】前述のスパッタ法等による「物理的形成方
法」により得られた金属元素の層を利用する結晶化工程
は、珪素の結晶化を助長する金属元素を用いた不均一な
「非等方結晶成長方法」ということができる。他方、溶
液を用いる「化学的形成方法」により得られた金属元素
の層を利用する結晶化工程は、は「等方性成長」という
ことができる。
The crystallization step using the layer of the metal element obtained by the "physical forming method" such as the sputtering method described above is performed by a non-uniform "anisotropic method" using the metal element that promotes crystallization of silicon. It can be said that it is a “crystal growth method”. On the other hand, the crystallization step using the layer of the metal element obtained by the “chemical formation method” using the solution can be referred to as “isotropic growth”.

【0061】[0061]

【作用】上述の構成を有する半導体の作製方法において
は、結晶成長の種が形成された領域からその面積が漸次
増加するような方向にレーザー光を照射していくこと
で、結晶成長を均一なものとすることができ、単結晶と
見なせる領域を得ることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor having the above structure, the crystal growth is made uniform by irradiating the laser light in the direction in which the area of the crystal growth seed is gradually increased. And a region that can be regarded as a single crystal can be obtained.

【0062】また、結晶成長の種が形成された領域から
その面積が漸次増加するような形状にパターニングされ
た非単結晶珪素膜に対して、加熱しつつその面積が漸次
増加する方向に走査させてレーザー光を照射していくこ
とで、結晶成長を均一なものとすることができ、単結晶
と見なせる領域を得ることができる。
Further, the non-single-crystal silicon film patterned in such a shape that the area thereof gradually increases from the region where the crystal growth seeds are formed is heated and scanned in a direction in which the area gradually increases. By irradiating the laser beam with laser light, crystal growth can be made uniform, and a region which can be regarded as a single crystal can be obtained.

【0063】また、基板に平行な方向に結晶成長した珪
素膜を、その面積が漸次増加するような形状にパターニ
ングし、さらに基板を加熱しながら、その面積が漸次増
加する方向に走査させてレーザー光を照射するようにし
たため、単一なモードで結晶成長を行わすことができ、
単結晶と見なせる領域を得ることができる。
Further, the silicon film crystal-grown in the direction parallel to the substrate is patterned into a shape such that the area thereof gradually increases. Further, while heating the substrate, the silicon film is scanned in the direction of gradually increasing the area of the laser beam. Since the light is irradiated, the crystal can be grown in a single mode,
A region that can be regarded as a single crystal can be obtained.

【0064】[0064]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に非晶質珪素膜
を形成し、この非晶質珪素膜を基に単結晶と見なせる領
域を形成する例を示す。図1と図3に本実施例の作製工
程の概略を示す。
[Embodiment 1] In this embodiment, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and a region which can be regarded as a single crystal is formed based on the amorphous silicon film. 1 and 3 schematically show the manufacturing process of this embodiment.

【0065】図3に示すように、ガラス基板301上に
下地膜として酸化珪素膜302を3000Åの厚さにス
パッタ法またはプラズマCVD法によって形成する。次
にプラズマCVD法または減圧熱CVD法により非晶質
珪素膜303を500Åの厚さに成膜する。(図3
(A))
As shown in FIG. 3, a silicon oxide film 302 is formed as a base film on a glass substrate 301 to a thickness of 3000 Å by a sputtering method or a plasma CVD method. Next, an amorphous silicon film 303 is formed to a thickness of 500Å by plasma CVD method or low pressure thermal CVD method. (Fig. 3
(A))

【0066】次に珪素の結晶化を助長する金属元素であ
るニッケルを含有した溶液(酢酸ニッケル塩溶液)をス
ピンコート法によって塗布して、さらに300〜500
℃の温度で、ここでは400℃で、1時間の加熱処理を
施すことにより、ニッケルシリサイドの層304を形成
する。(図3(B))
Next, a solution (nickel acetate salt solution) containing nickel, which is a metal element that promotes crystallization of silicon, is applied by spin coating, and further 300 to 500 is applied.
A nickel silicide layer 304 is formed by heat treatment at a temperature of 400 ° C., here, at 400 ° C. for one hour. (FIG. 3 (B))

【0067】次にニッケルシリサイドの層304をパタ
ーニングする。フッ系のエッチャント(例えばバッファ
フッ酸)を用いることで、ニッケルシリサイドの層30
4を選択的にパターニングすることができ、島状のニッ
ケルシリサイド層101が形成される。さらに非晶質珪
素膜303をパターニングする。このパターニングの結
果、図1(A)に示すような状態を得る。図1(A)の
A−A’で切った断面が図3(C)に相当する。なお図
1(A)の100で示される角度θは90度以下である
ことが好ましい。
Next, the nickel silicide layer 304 is patterned. By using a fluorine-based etchant (for example, buffer hydrofluoric acid), the nickel silicide layer 30 is formed.
4 can be selectively patterned to form an island-shaped nickel silicide layer 101. Further, the amorphous silicon film 303 is patterned. As a result of this patterning, the state shown in FIG. The cross section taken along the line AA ′ in FIG. 1A corresponds to FIG. The angle θ shown by 100 in FIG. 1A is preferably 90 degrees or less.

【0068】パターニングされた非晶質珪素膜303
は、図1(A)の102で示されるような形状になる。
そしてその一端には、島状のニッケルシリサイドの層1
01が形成されている。
Patterned amorphous silicon film 303
Has a shape as shown by 102 in FIG.
And, at one end thereof, an island-shaped nickel silicide layer 1 is formed.
01 is formed.

【0069】次に、図3(D)に示すように、KrFエ
キシマレーザー光を305の方向に移動させながら照射
する。レーザー光は走査方向に垂直な方向に長手方向を
有する線状のビームに加工されている。また、試料は4
00℃〜600℃の温度に加熱されている。レーザー光
の照射によって、ニッケルシリサイドの層101が形成
された領域から矢印103で示されるような方向に結晶
成長が行われ、図3(E)に示すような単結晶と見なせ
る領域(モノドメイン領域)104が形成される。な
お、図3(E)は、図1(B)をB−B’で切った断面
に相当する。
Next, as shown in FIG. 3D, KrF excimer laser light is irradiated while moving in the direction of 305. The laser light is processed into a linear beam having a longitudinal direction perpendicular to the scanning direction. Also, the sample is 4
It is heated to a temperature of 00 ° C to 600 ° C. By irradiation with laser light, crystal growth is performed in a direction shown by an arrow 103 from a region where the nickel silicide layer 101 is formed, and a region which can be regarded as a single crystal as shown in FIG. ) 104 is formed. Note that FIG. 3E corresponds to a cross section taken along line BB ′ in FIG.

【0070】〔実施例2〕本実施例は、図3に示す単結
晶と見なせる領域を用いて薄膜トランジスタを構成する
例である。図4に本実施例で示す薄膜トランジスタの作
製工程を示す。まず図1(C)と図4(A)に示すよう
に、単結晶と見なせる領域をパターニングして、薄膜ト
ランジスタの活性層401を形成する。図1(C)のC
−C’で切った断面が図4(A)に相当する。
[Embodiment 2] This embodiment is an example of forming a thin film transistor using the region which can be regarded as a single crystal shown in FIG. FIG. 4 shows a manufacturing process of the thin film transistor shown in this embodiment. First, as shown in FIGS. 1C and 4A, a region which can be regarded as a single crystal is patterned to form an active layer 401 of a thin film transistor. C in FIG. 1 (C)
The cross section cut along -C 'corresponds to FIG.

【0071】次に、活性層401を覆ってゲイト絶縁膜
として機能する酸化珪素膜402を1000Åの厚さに
成膜する。さらにスカンジウムを含有したアルミニウム
を主成分とする膜を7000Åの厚さに電子ビーム蒸着
法で成膜し、パターニングを施すことにより、ゲイト電
極403を形成する。次に、ゲイト電極403を陽極と
した陽極酸化を電解溶液中で行い、酸化物層404を形
成する。(図4(B))
Next, a silicon oxide film 402 which functions as a gate insulating film is formed to cover the active layer 401 to a thickness of 1000 Å. Further, a film containing scandium and containing aluminum as a main component is formed to a thickness of 7,000 Å by an electron beam evaporation method, and patterned to form the gate electrode 403. Next, anodic oxidation using the gate electrode 403 as an anode is performed in an electrolytic solution to form an oxide layer 404. (FIG. 4 (B))

【0072】次に不純物イオンをドーピングして、不純
物領域を形成する。ここでは、リンイオンをドーピング
する。この際、ゲイト電極403とその周囲の酸化物層
404がマスクとなり、405と408の領域にリンイ
オンが注入されることとなる。この405と408の領
域がソース領域とドレイン領域となる。そしてこの工程
で、チャネル形成領域407とオフセットゲイト領域4
06とが自己整合的に形成されることとなる。(図4
(C))
Next, impurity ions are doped to form impurity regions. Here, phosphorus ions are doped. At this time, the gate electrode 403 and the surrounding oxide layer 404 serve as a mask, and phosphorus ions are implanted into the regions 405 and 408. The regions 405 and 408 become the source region and the drain region. Then, in this step, the channel formation region 407 and the offset gate region 4 are formed.
06 will be formed in a self-aligned manner. (FIG. 4
(C))

【0073】次に層間絶縁膜409として、酸化珪素膜
を6000Åの厚さにプラズマCVD法を用いて成膜
し、さらにコンタクトホールの形成を行った後、アルミ
ニウムにより、ソース電極410とドレイン電極411
とを形成する。最後に350℃の水素雰囲気中で熱処理
を加えることにより、水素化を行い、図4(D)に示す
薄膜トランジスタを完成させる。
Next, as the interlayer insulating film 409, a silicon oxide film having a thickness of 6000 Å is formed by the plasma CVD method, contact holes are further formed, and then the source electrode 410 and the drain electrode 411 are made of aluminum.
And are formed. Finally, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to perform hydrogenation, so that the thin film transistor illustrated in FIG. 4D is completed.

【0074】〔実施例3〕本実施例は、珪素の結晶化を
助長する金属元素の作用によって、加熱により結晶成長
を行わせ、さらにその領域に対してレーザー光の照射を
行い、単結晶と見なせる領域(モノドメイン領域)を形
成する構成に関する。
[Embodiment 3] In this embodiment, a crystal is grown by heating by the action of a metal element that promotes crystallization of silicon, and a laser beam is irradiated to the region to obtain a single crystal. The present invention relates to a structure for forming a region that can be regarded (mono domain region).

【0075】図5、図6に本実施例の構成を示す。まず
図示しない非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧
熱CVD法で500Åの厚さに成膜する。なお図示しな
いが、基板は酸化珪素膜をその表面に形成したガラス基
板を用いる。
5 and 6 show the configuration of this embodiment. First, an amorphous silicon film (not shown) is formed to a thickness of 500 Å by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Although not shown, a glass substrate having a silicon oxide film formed on its surface is used as the substrate.

【0076】ニッケル酢酸塩溶液を非晶質膜の表面に塗
布し、ニッケルの層またはニッケルを含有した層を形成
する。パターニングを施すことにより、502で示され
る領域に3μm角を有する矩形状に形成する。そして、
550℃で、4時間の加熱処理を加えることにより、5
02で示される領域は、その表面に形成されているニッ
ケル層からニッケルが拡散して、結晶化されて、結晶成
長の種となる。502で示される領域は、小さな領域で
あるので、この工程で、領域502を単結晶と見なせる
領域に変成することができる。
A nickel acetate solution is applied to the surface of the amorphous film to form a nickel layer or a nickel-containing layer. By patterning, a region indicated by 502 is formed into a rectangular shape having a 3 μm square. And
By adding heat treatment at 550 ° C. for 4 hours, 5
In the region indicated by 02, nickel diffuses from the nickel layer formed on the surface of the region and is crystallized to be a seed for crystal growth. Since the region indicated by 502 is a small region, the region 502 can be transformed into a region which can be regarded as a single crystal in this step.

【0077】次に502で示される領域を覆って非晶質
珪素膜501を成膜する。この状態で、非晶質珪素膜5
01の一部分に接して、珪素の結晶化を助長する金属元
素(本実施例ではニッケル)を含む層502が形成され
た状態が実現される。
Next, an amorphous silicon film 501 is formed so as to cover the area indicated by 502. In this state, the amorphous silicon film 5
A state in which a layer 502 containing a metal element (nickel in this embodiment) that promotes crystallization of silicon is formed in contact with a part of 01 is realized.

【0078】次に400℃〜600℃、ここでは550
℃の温度で4時間の加熱処理を行う。この工程で結晶成
長の種となる領域502を起点として四方に結晶成長が
進行する。この結晶成長は、基板に平行な方向に2次元
的に進行するので、微視的には、針状あるいは柱状に結
晶が成長して、504に示される結晶性珪素膜が得られ
る。503で示される結晶成長は100μm以上に渡っ
て進行することができ、かつ成長に必要な加熱温度が6
00℃以下であるので、歪点の低い安価なガラス基板を
使用できるという利点がある。
Next, 400 ° C. to 600 ° C., here 550
Heat treatment is performed at a temperature of ℃ for 4 hours. In this step, the crystal growth proceeds in all directions starting from the region 502 which becomes the seed of crystal growth. This crystal growth progresses two-dimensionally in a direction parallel to the substrate, so that microscopically, the crystal grows in a needle shape or a column shape, and the crystalline silicon film 504 is obtained. The crystal growth indicated by 503 can proceed over 100 μm and the heating temperature required for the growth is 6
Since the temperature is 00 ° C. or lower, there is an advantage that an inexpensive glass substrate having a low strain point can be used.

【0079】図5(B)に示す結晶成長を行った後、図
6(A)の505に示されるような形状に結晶性珪素膜
504をパターニングする。図6(A)の505で示さ
れるパターンを拡大したものを図6(B)に示す。
After the crystal growth shown in FIG. 5B, the crystalline silicon film 504 is patterned into a shape as shown by 505 in FIG. 6A. An enlarged version of the pattern indicated by 505 in FIG. 6A is shown in FIG. 6B.

【0080】更に、加熱による結晶化の後に、レーザー
光を照射する。矢印507で示される方向に沿って走査
させながら線状のレーザー光を照射することで、508
で示されるような結晶成長が進行する。このレーザー光
の照射の際、試料は550℃の温度に加熱する。なおレ
ーザー光としては、KrFエキシマレーザー光を用い
る。また、レーザー光は、その走査方向に対して垂直な
方向に線状な形状を有するものを用いる。線状のレーザ
ー光とは、レーザー光の移動方向に直角な方向に長手方
向を有する幅数mm、長さ数十cmの形状のレーザー光
ビームである。
Further, laser light is irradiated after crystallization by heating. By irradiating a linear laser beam while scanning along the direction indicated by arrow 507, 508
Crystal growth progresses as shown by. During the irradiation with the laser light, the sample is heated to a temperature of 550 ° C. As the laser light, KrF excimer laser light is used. In addition, laser light having a linear shape in a direction perpendicular to the scanning direction is used. The linear laser light is a laser light beam having a width of several millimeters and a length of several tens of centimeters and having a longitudinal direction perpendicular to the moving direction of the laser light.

【0081】この508で示される結晶成長は複数箇所
で同時に進行せずに、図5(B)で示す結晶成長と同じ
方向に、順次に行われるので、単一なモードのものとす
ることができる。また、結晶性珪素膜505はその結晶
成長の方向に面積が漸次増加していくようなパターンに
形成されているので、結晶成長を一様なものとすること
ができ、大きな一つのドメイン(結晶粒)として成長さ
せることができる。これは、509で示される辺が50
8で示す結晶成長方向に概略沿った方向になるようにし
て、509で示されるパターンの縁が結晶成長の出発点
となって、結晶成長が進行してしまうことを抑制してい
ることも大きく寄与している。以上のようにして、比較
的容易に505で示されるパターンを単結晶と見なせる
領域とすることができる。
Since the crystal growth indicated by 508 does not proceed at a plurality of positions at the same time but is sequentially performed in the same direction as the crystal growth shown in FIG. 5B, a single mode may be adopted. it can. Further, since the crystalline silicon film 505 is formed in a pattern in which the area gradually increases in the crystal growth direction, the crystal growth can be made uniform and one large domain (crystal Grain). This is because the side indicated by 509 is 50
It is also largely suppressed that the edge of the pattern shown by 509 becomes a starting point of the crystal growth and the progress of the crystal growth is made so as to be a direction substantially along the crystal growth direction shown by 8. Have contributed. As described above, the pattern indicated by 505 can be made a region which can be regarded as a single crystal relatively easily.

【0082】本実施例に示す構成では、まず珪素の結晶
化を助長する金属元素の作用によって、加熱による結晶
化を行い、さらにこの結晶化の進行した方向に円滑に結
晶成長が進行するように、前記加熱により結晶化した珪
素膜をパターニングし、さらに、加熱しながら、レーザ
ー光を結晶成長させようとする方向に沿って照射するよ
うにして、前記パターニングした非晶質領域を単結晶と
見なせる領域とすることを特徴とする。
In the structure shown in the present embodiment, first, crystallization by heating is performed by the action of the metal element that promotes crystallization of silicon, and further the crystal growth proceeds smoothly in the direction in which the crystallization progresses. The patterned amorphous region can be regarded as a single crystal by patterning the silicon film crystallized by the heating and further irradiating the laser beam along the direction of crystal growth while heating. It is characterized by being an area.

【0083】〔実施例4〕本実施例は、図1の102や
図6の505で示される単結晶と見なせる領域(モノド
メイン領域)のパターンの形状に関するものである。図
1の102や図6の505で示される領域のパターンの
形状の特徴は、結晶成長を行わす方向に向かってその漸
次に面積が増加した形状を有していることが特徴であ
る。
[Embodiment 4] This embodiment relates to the shape of the pattern of the region (monodomain region) shown as 102 in FIG. 1 and 505 in FIG. 6 that can be regarded as a single crystal. The characteristic of the shape of the pattern of the region shown by 102 in FIG. 1 and 505 in FIG. 6 is that the area gradually increases in the direction of crystal growth.

【0084】これは、結晶成長の途中で複数の領域から
結晶成長が進行し、これら複数の領域からの結晶成長が
ぶつかり合うことによって、結晶粒界が形成されてしま
うことを防ぐためである。即ち、単一の始点からの結晶
成長を漸次広げていくことによって、一様な結晶成長、
即ち単一モードの結晶成長を行わせ、単結晶と見なせる
領域の形成を促すためである。
This is to prevent crystal grain boundaries from being formed due to the crystal growth progressing from a plurality of regions during the crystal growth and the crystal growth from the plurality of regions colliding with each other. That is, by gradually expanding the crystal growth from a single starting point, uniform crystal growth,
In other words, this is to promote single-mode crystal growth to promote the formation of a region that can be regarded as a single crystal.

【0085】このように一様な結晶成長を行わすために
は、結晶成長の始点から結晶成長が行われる領域が漸次
増大するようにすればよい。図1や図6に示すパターン
においては、結晶成長の始点から一定の距離間では、そ
の面積が漸次増大して、ある場所からその面積が変化し
ないパターンとしている。
In order to carry out uniform crystal growth as described above, the region where crystal growth is performed may be gradually increased from the starting point of crystal growth. In the patterns shown in FIG. 1 and FIG. 6, the area gradually increases from the starting point of crystal growth to a certain distance, and the area does not change from a certain place.

【0086】しかし、図7(A)や図7(B)に示すよ
うなパターンに形成された非晶質珪素膜や結晶性珪素膜
を用いて単結晶と見なせる領域を形成してもよい。例え
ば図7(A)に示す形状に非晶質珪素膜をパターニング
した場合、704に示す領域にニッケル等の珪素の結晶
化を助長する金属元素の層、またはこの金属元素を含む
層を接して設け、レーザー光を705で示される方向に
走査しながら照射することによって、704に示す領域
から矢印700で示される方向に結晶成長を行わすこと
ができる。なお、レーザー光として、走査方向に垂直な
方向に線状なビーム形状を有するものを用いることが好
ましい。
However, an amorphous silicon film or a crystalline silicon film formed in a pattern as shown in FIGS. 7A and 7B may be used to form a region that can be regarded as a single crystal. For example, when an amorphous silicon film is patterned into the shape shown in FIG. 7A, a region 704 is contacted with a layer of a metal element that promotes crystallization of silicon such as nickel or a layer containing this metal element. By providing and irradiating laser light while scanning in the direction indicated by 705, crystal growth can be performed from the region indicated by 704 in the direction indicated by arrow 700. As the laser light, it is preferable to use one having a linear beam shape in a direction perpendicular to the scanning direction.

【0087】また、704に示される領域から珪素の結
晶化を助長する金属元素の作用により、加熱によって7
00で示される方向に結晶成長を行わせ、さらに701
で示されるような形状にパターニングする。さらに、加
熱しながら、705で示される方向に走査しながらレー
ザー光の照射すると、再度700で示される方向に結晶
成長を行わせ、701で示される領域を単結晶と見なせ
る領域とすることもできる。
Further, due to the action of the metal element that promotes the crystallization of silicon from the region indicated by 704, the temperature is increased to 7 by heating.
Crystal growth in the direction indicated by 00, and 701
Then, patterning is performed into a shape as shown by. Further, when the laser beam is irradiated while scanning in the direction indicated by 705 while heating, crystal growth is performed again in the direction indicated by 700, and the region indicated by 701 can be regarded as a single crystal. .

【0088】なお、加熱処理により700で示される方
向に行われる結晶成長は、針状あるいは柱状のもので、
単結晶と見なせる領域を形成するものではない。即ち、
結晶粒界が存在する結晶成長である。しかし、705で
示される方向に移動させながら行われるレーザー光の照
射による結晶成長は、704を始点とした一様な結晶成
長(単一モードの結晶成長)であり、モノドメイン領
域、即ち単結晶と見なせる領域を形成するものである。
The crystal growth carried out in the direction indicated by 700 by the heat treatment is needle-like or columnar,
It does not form a region that can be regarded as a single crystal. That is,
It is a crystal growth in which a grain boundary exists. However, the crystal growth by the irradiation of the laser beam while moving in the direction indicated by 705 is uniform crystal growth starting from 704 (single-mode crystal growth) and is a monodomain region, that is, a single crystal. To form a region that can be regarded as

【0089】そして、パターニングを行い702で示さ
れる領域を形成することで、例えば薄膜トランジスタの
活性層を構成する領域を得ることができる。
Then, patterning is performed to form a region 702, whereby a region forming an active layer of a thin film transistor can be obtained, for example.

【0090】また図7(B)に示すようなパターンを採
用した場合も、図7(A)の場合と同様な方法で結晶成
長を行わすことができる。即ち、図7(B)において、
706のような形状に非晶質珪素膜をパターニングし、
708の部分に珪素の結晶化を助長する金属元素が接し
ている状態にする。この状態で、レーザー光を709で
示される方向に移動させながら照射することで、708
で示される領域を結晶成長の始点として、710で示さ
れる方向に一様な結晶成長を行わすことができ、706
で示す領域を単結晶と見なせる領域とすることができ
る。そして、パターニングを行い707で示される領域
を形成することで、例えば薄膜トランジスタの活性層を
構成する領域を得ることができる。
Even when the pattern as shown in FIG. 7B is adopted, crystal growth can be performed in the same manner as in the case of FIG. 7A. That is, in FIG. 7 (B),
Patterning the amorphous silicon film into a shape like 706,
The metal element accelerating crystallization of silicon is in contact with the portion 708. In this state, by irradiating the laser light while moving it in the direction indicated by 709, 708
With the region indicated by (7) as the starting point of crystal growth, uniform crystal growth can be performed in the direction indicated by 710.
The region indicated by can be a region which can be regarded as a single crystal. Then, patterning is performed to form a region 707, so that a region forming an active layer of a thin film transistor can be obtained, for example.

【0091】なお、703や711で示される角度は9
0度以下とすることが望ましい。これは、この角度が9
0度よりも大きいと、701や706で示されるパター
ンの縁からの結晶成長が顕在化し、複数のモードで結晶
成長が行われてしまうからである。(複数のモードで結
晶成長が行われる結果、複数のドメインが形成されてし
まい、モノドメインとはならない)
The angles indicated by 703 and 711 are 9
It is desirable to set it to 0 degrees or less. This is because this angle is 9
This is because if it is larger than 0 degrees, crystal growth from the edges of the patterns shown by 701 and 706 becomes apparent, and crystal growth is performed in a plurality of modes. (As a result of crystal growth in multiple modes, multiple domains are formed and do not become monodomains.)

【0092】〔実施例5〕本実施例に示すのは、非晶質
珪素膜に対してプラズマ処理を行うことによって、非晶
質珪素膜中からの脱水素化(水素の離脱)を促進させ、
そのことにより、非晶質珪素膜の結晶化を促進させるこ
とを特徴とする。
[Embodiment 5] In this embodiment, plasma treatment is performed on an amorphous silicon film to promote dehydrogenation (desorption of hydrogen) from the amorphous silicon film. ,
This is characterized by promoting crystallization of the amorphous silicon film.

【0093】ここでは、図3(A)の工程において、水
素またはヘリウムのプラズマによるプラズマ処理を非晶
質珪素膜に対して行うものである。このプラズマは、E
CR条件を利用することによって、減圧状態における水
素ガスまたはヘリウムガスをプラズマ化させ、この水素
プラズマに非晶質珪素膜を曝すことによって行う。
Here, in the step of FIG. 3A, plasma treatment with hydrogen or helium plasma is performed on the amorphous silicon film. This plasma is
By utilizing the CR condition, hydrogen gas or helium gas in a reduced pressure is turned into plasma, and the amorphous silicon film is exposed to this hydrogen plasma.

【0094】また、このプラズマ処理の最中において、
非晶質珪素膜をその結晶化温度以下の温度で加熱するこ
とは重要である。非晶質珪素膜の結晶化温度は、非晶質
珪素膜の成膜法や成膜条件によって異なるが、一般的に
は、600℃〜650℃の範囲と見なすのが妥当であ
る。またその下限は、400℃程度である。従って、こ
の加熱の温度範囲は、400〜600℃とすることが好
ましい。
During the plasma treatment,
It is important to heat the amorphous silicon film at a temperature below its crystallization temperature. The crystallization temperature of the amorphous silicon film varies depending on the film forming method and film forming conditions of the amorphous silicon film, but it is generally appropriate to consider it to be in the range of 600 ° C to 650 ° C. The lower limit is about 400 ° C. Therefore, the heating temperature range is preferably 400 to 600 ° C.

【0095】また、この加熱の温度の上限を決める目安
として、用いるガラス基板の歪点を用いることも有用で
ある。即ち、用いるガラス基板の歪点を上限として、可
能な限りの高い温度で加熱を行うのである。この方法を
採用すれば、ガラス基板の変形や収縮の影響を抑制し
て、所定の効果を得ることができる。
It is also useful to use the strain point of the glass substrate used as a standard for determining the upper limit of the heating temperature. That is, heating is performed at the highest possible temperature, with the strain point of the glass substrate used as the upper limit. By adopting this method, it is possible to suppress the influence of deformation and contraction of the glass substrate and obtain a predetermined effect.

【0096】水素のプラズマによる処理を行うと、非晶
質珪素膜中の水素がプラズマ中の水素イオンと結合し
て、水素ガスとなり、結果として膜中からの水素の離脱
が促進される。また、ヘリウムによるプラズマ処理を行
うと、非晶質珪素膜中の水素と珪素の結合が、ヘリウム
イオンの衝突により分離される。そして、珪素原子同士
の結合が促進され、原子の配列の秩序性が高くなる状態
とすることができる。この状態は、準結晶状態ともいえ
るもので、極めて結晶化し易い状態となる。
When the plasma treatment of hydrogen is carried out, hydrogen in the amorphous silicon film is combined with hydrogen ions in the plasma to form hydrogen gas, and as a result, desorption of hydrogen from the film is promoted. Further, when plasma treatment with helium is performed, the bond between hydrogen and silicon in the amorphous silicon film is separated by collision of helium ions. Then, the bond between silicon atoms is promoted, and the order of the arrangement of atoms can be increased. This state can be said to be a quasi-crystalline state, and is a state in which it is extremely easy to crystallize.

【0097】このプラズマ処理を施した状態において、
加熱やレーザー光の照射によるエネルギーを与えること
によって、非晶質珪素膜の結晶化を行うことができる。
この結晶化は、非晶質珪素膜がプラズマ処理の効果によ
り非常に結晶化し易い状態となっているので、非常に再
現性よく行うことができ、しかもその結晶性を極めて高
いものとすることができる。 〔実施例6〕本実施例は、ガラス基板上に形成された非
晶質珪素膜の一隅に、結晶成長の種となる部分を形成
し、その部分からレーザー光を走査して照射することに
より、非晶質珪素膜の前面を結晶化させる構成に関す
る。
In this plasma-treated state,
The amorphous silicon film can be crystallized by applying energy by heating or laser light irradiation.
This crystallization can be performed with extremely high reproducibility because the amorphous silicon film is in a state of being easily crystallized by the effect of the plasma treatment, and the crystallinity can be extremely high. it can. [Embodiment 6] In this embodiment, a portion which becomes a seed for crystal growth is formed at one corner of an amorphous silicon film formed on a glass substrate, and a laser beam is scanned and irradiated from that portion. , A structure for crystallizing the front surface of the amorphous silicon film.

【0098】図8に本実施例に示す結晶化の工程の概要
を示す。図8において、801はガラス基板802を配
置するためのステージであり、矢印809で示される方
向と反対の方向に移動自在に構成されている。即ち、ス
テージ801を移動することにより、レーザー光が矢印
809で示される方向に相対的に走査されて、ガラス基
板802に照射されるようになっている。またステージ
801内にはヒーターが内蔵されており、ステージ上に
配置されるガラス基板802を任意の温度の加熱するこ
とができる。803はニッケル元素を利用することによ
って形成された結晶成長の種となる部分である。この結
晶成長の種となる部分802の形成方法は後述する。
FIG. 8 shows an outline of the crystallization process shown in this embodiment. In FIG. 8, reference numeral 801 denotes a stage for disposing the glass substrate 802, which is configured to be movable in the direction opposite to the direction indicated by the arrow 809. That is, by moving the stage 801, the laser light is relatively scanned in the direction indicated by the arrow 809 and is irradiated onto the glass substrate 802. A heater is built in the stage 801, and the glass substrate 802 placed on the stage can be heated to an arbitrary temperature. Reference numeral 803 denotes a portion which becomes a seed for crystal growth formed by utilizing the nickel element. A method of forming the portion 802 which becomes the seed of crystal growth will be described later.

【0099】804は前記の結晶成長の種となる部分8
03を覆って形成された非晶質珪素膜である。図8にお
いては、この非晶質珪素膜804に対して、808で示
される線状のレーザー光を矢印809で示される方向に
相対的に走査して照射する状態が示されている。
Numeral 804 is a portion 8 which becomes a seed of the above-mentioned crystal growth.
Is an amorphous silicon film formed so as to cover 03. FIG. 8 shows a state in which this amorphous silicon film 804 is relatively scanned and irradiated with a linear laser beam indicated by 808 in the direction indicated by arrow 809.

【0100】レーザー光を照射する際には、図示しない
レーザー照射手段から出射した線状のレーザー光806
はミラー807で反射されて、ステージ801に略垂直
な方向に屈曲されたレーザービーム808として、非晶
質珪素膜804に照射される。レーザービーム808を
照射しながら、ステージ801を矢印809の反対方向
に移動させることにより、レーザービーム808は相対
的に矢印809の方向に走査するようにする。なおレー
ザー光の照射は、ステージ801内のヒーターにより、
ガラス基板802を400〜600℃に、例えば500
℃の温度に加熱した状態で行う。
When irradiating the laser beam, a linear laser beam 806 emitted from a laser irradiating means (not shown).
Is reflected by a mirror 807 and is irradiated onto the amorphous silicon film 804 as a laser beam 808 which is bent in a direction substantially perpendicular to the stage 801. By moving the stage 801 in the direction opposite to the arrow 809 while irradiating the laser beam 808, the laser beam 808 relatively scans in the direction of the arrow 809. Note that the laser light irradiation is performed by a heater in the stage 801.
The glass substrate 802 is heated to 400 to 600 ° C., for example 500.
The heating is performed at a temperature of ℃.

【0101】図8に示すような状態でレーザー光を照射
すると、結晶成長の種が形成された部分803上の非晶
質珪素膜の805で示される部分から結晶化が進行して
いくことになる。また、レーザービーム808の走査方
向をガラス基板802の概略対角線に平行にしたため、
結晶成長は徐々に非晶質珪素膜804の面積が漸次大き
くなる方向に進行していく。こうして、非晶質珪素膜8
04全体をモノドメイン領域と見なせる構造とすること
ができる。
When laser light is irradiated in the state as shown in FIG. 8, crystallization proceeds from the portion 805 of the amorphous silicon film on the portion 803 where the crystal growth seed is formed. Become. Further, since the scanning direction of the laser beam 808 is set to be substantially parallel to the diagonal line of the glass substrate 802,
Crystal growth gradually progresses in a direction in which the area of the amorphous silicon film 804 gradually increases. Thus, the amorphous silicon film 8
The whole 04 can be regarded as a monodomain region.

【0102】結晶成長の種となる部分803の形成方法
について以下に説明する。まず非晶質珪素膜804をプ
ラジマCVD法や減圧熱CVD法で成膜する。そして、
この非晶質珪素膜804をパターニングすることによっ
て、結晶成長の核となるパターン(図では803で示さ
れる)を形成する。次にスピンコート法によってニッケ
ル元素をその表面に接して保持させた状態とする。そし
て加熱処理を加えることによって、結晶化をさせ、結晶
成長の種となる部分803を形成する。そして、結晶成
長の種となる部分803を覆って非晶質珪素膜804を
成膜し、図8に示すような試料の状態を得る。
A method of forming the portion 803 which becomes a seed for crystal growth will be described below. First, an amorphous silicon film 804 is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. And
By patterning this amorphous silicon film 804, a pattern (indicated by 803 in the drawing) which becomes a nucleus of crystal growth is formed. Then, the nickel element is brought into contact with and retained on the surface by spin coating. Then, by heat treatment, crystallization is performed and a portion 803 which becomes a seed for crystal growth is formed. Then, an amorphous silicon film 804 is formed so as to cover the portion 803 that becomes a seed for crystal growth, and a sample state as shown in FIG. 8 is obtained.

【0103】〔実施例7〕本実施例は、TFTを構成す
る活性層の形成後に、この活性層の角の部分から結晶成
長を行わせ、活性層を単結晶と見なせる領域とする構成
に関する。図9に非晶質珪素膜をパターニングすること
によって得られた島状の領域(活性層)をレーザー光の
照射によって結晶化させる状態を示す。
[Embodiment 7] This embodiment relates to a structure in which after formation of an active layer constituting a TFT, crystal growth is performed from the corner portion of the active layer, and the active layer is regarded as a single crystal region. FIG. 9 shows a state in which an island-shaped region (active layer) obtained by patterning an amorphous silicon film is crystallized by irradiation with laser light.

【0104】図9において、901が非晶質珪素膜に照
射される線状のレーザー光であり、902が島状にパタ
ーニングされた非晶質珪素膜であり、903が結晶成長
の種となる部分である。結晶成長の種となる部分903
の形成方法は他の実施例に示した方法を採用すればよ
い。
In FIG. 9, 901 is a linear laser beam with which the amorphous silicon film is irradiated, 902 is an island-shaped patterned amorphous silicon film, and 903 is a seed for crystal growth. It is a part. 903, which is the seed for crystal growth
The method described in the other embodiments may be adopted as the forming method.

【0105】図9に示されているのは、レーザー光が矢
印905の方向に相対的に走査されて照射されることに
よって、島状の領域902の角の部分から結晶成長が進
行し、単結晶と見なせる領域でなるTFTの活性層を形
成する様子が示されている。図において、904が単結
晶と見なせる領域に変成された活性層である。
FIG. 9 shows that laser light is relatively scanned in the direction of arrow 905 and irradiated, whereby crystal growth progresses from the corners of the island-shaped region 902, It is shown that an active layer of the TFT is formed in a region that can be regarded as a crystal. In the figure, 904 is an active layer transformed into a region that can be regarded as a single crystal.

【0106】レーザー光を照射する際には、矩形状に形
成された活性層の角の部分に、予め、結晶成長の種とな
る部分903を形成し、レーザー光901がこの部分9
03から概略対角線の方向に走査されるようにする。こ
のようにすると、結晶成長の種となる部分903を起点
とし、結晶成長を徐々にその面積が増えていく方向に進
行することができ、活性層の全体を単結晶と見なせる領
域に変成することができる。なお、結晶化の終了後は、
結晶成長の種の部分903をエッチングによって除去す
ることが好ましい。
When irradiating with laser light, a portion 903 to be a seed for crystal growth is formed in advance at a corner portion of the rectangular active layer, and the laser light 901 is used to form this portion 9.
From 03, scan in the direction of a substantially diagonal line. By doing so, the crystal growth can proceed from the portion 903 which becomes a seed of crystal growth as a starting point, and the area of the active layer can be regarded as a single crystal. You can After the crystallization,
The crystal growth seed portion 903 is preferably removed by etching.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明に係る半導体の作製方法は、珪素
膜に対してレーザー光を照射して、単結晶と見なせる領
域を形成する方法において、単結晶と見なせる領域を形
状を工夫して、結晶成長の開始点から漸次その面積が大
きくなるようなパターンに形成して、結晶成長をするよ
うにしたため、単結晶と見なせる領域を得る際に障害と
なる複数の領域からの結晶成長を防ぐことができる。ま
た、パターンの形状を工夫するのみで、容易に単結晶と
見なせる領域、所謂モノドメイン領域を得ることができ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor according to the present invention, in a method of irradiating a silicon film with a laser beam to form a region which can be regarded as a single crystal, the region which can be regarded as a single crystal is devised, Since the crystal growth is performed by forming a pattern in which the area gradually increases from the starting point of crystal growth, it is possible to prevent crystal growth from multiple regions, which becomes an obstacle when obtaining a region that can be regarded as a single crystal. You can Further, a so-called mono-domain region that can be easily regarded as a single crystal can be obtained only by devising a pattern shape.

【0108】このモノドメイン領域を利用して薄膜トラ
ンジスタを構成することで、結晶粒界の影響を受けな
い、単結晶半導体を用いた場合と同様な特性を有する薄
膜トランジスタを得ることができる。したがって、耐圧
が高く、大電流を扱うことができ、また、特性の劣化や
変動の無い薄膜トランジスタを得ることができる。
By constructing a thin film transistor using this monodomain region, it is possible to obtain a thin film transistor which is not affected by crystal grain boundaries and has characteristics similar to those of the case of using a single crystal semiconductor. Therefore, it is possible to obtain a thin film transistor which has a high breakdown voltage, can handle a large current, and has no deterioration or fluctuation in characteristics.

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

【図1】 単結晶と見なせる領域の形成方法を示す。FIG. 1 shows a method for forming a region which can be regarded as a single crystal.

【図2】 従来の結晶領域の形成方法を示す。FIG. 2 shows a conventional method of forming a crystal region.

【図3】 単結晶と見なせる領域の形成方法を示す。FIG. 3 shows a method for forming a region which can be regarded as a single crystal.

【図4】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 4 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図5】 珪素膜の結晶成長工程を示す。FIG. 5 shows a crystal growth process of a silicon film.

【図6】 単結晶と見なせる領域の形成工程を示す。FIG. 6 shows a process of forming a region which can be regarded as a single crystal.

【図7】 単結晶と見なせる領域の形成工程を示す。FIG. 7 shows a process of forming a region that can be regarded as a single crystal.

【図8】 レーザー照射工程を示す。FIG. 8 shows a laser irradiation process.

【図9】 レーザー照射工程を示す。FIG. 9 shows a laser irradiation process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ニッケルシリサイド層 103、203 結晶成長方向 102、202 パターニングされた非晶質珪素膜 104 単結晶と見なせる領域 201 結晶成長の種 203 結晶成長方向 204 結晶成長の進行が始まる部分 301 ガラス基板 302 下地膜(酸化珪素膜) 303 非晶質珪素膜 304 ニッケルシリサイド層 305 レーザー光の走査方向 401 モノドメイン領域で構成された活性
層 402 ゲイト絶縁膜 403 ゲイト電極 404 酸化物層 405 ソース領域 406 オフセットゲイト領域 407 チャネル形成領域 408 ドレイン領域 409 層間絶縁膜 410 ソース電極 411 ドレイン電極 501 非晶質珪素膜 502 ニッケルの含んだ結晶成長の種 503 結晶成長方向 504 結晶性珪素膜 505 パターニング形状 507 レーザー光の走査方向 508 結晶成長方向 509 パターンの縁
101 nickel silicide layer 103, 203 crystal growth direction 102, 202 patterned amorphous silicon film 104 region regarded as a single crystal 201 crystal growth seed 203 crystal growth direction 204 part where crystal growth starts 301 glass substrate 302 base film (Silicon oxide film) 303 Amorphous silicon film 304 Nickel silicide layer 305 Scanning direction of laser light 401 Active layer composed of monodomain region 402 Gate insulating film 403 Gate electrode 404 Oxide layer 405 Source region 406 Offset gate region 407 Channel forming region 408 Drain region 409 Interlayer insulating film 410 Source electrode 411 Drain electrode 501 Amorphous silicon film 502 Nickel-containing crystal growth seed 503 Crystal growth direction 504 Crystalline silicon film 505 Patterning type Shape 507 laser beam scanning direction 508 crystal growth direction 509 pattern edge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺本 聡 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Satoshi Teramoto 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside Semiconductor Energy Research Institute Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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層または前記金属元素を含む層
を選択的に形成する工程と、 前記非晶質珪素膜に対してレーザー光を前記非晶質珪素
膜の面積が漸次増大する方向に移動させながら照射し単
結晶と見なせる領域を形成する工程と、 を有し、 前記レーザー光の照射は前記非晶質珪素膜を加熱した状
態で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
1. A step of selectively forming a layer of a metal element or a layer containing the metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon; Irradiating the laser light while moving it in a direction in which the area of the amorphous silicon film gradually increases to form a region that can be regarded as a single crystal. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the method is performed in a state of heating.
【請求項2】 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層または前記金属元素を含む層
を選択的に形成する工程と、 前記金属元素の層に接した領域から漸次その面積が増大
する形状に非晶質珪素膜をパターニングする工程と、 前記非晶質珪素膜に対してレーザー光をその面積が漸次
増大する方向に移動させながら照射し単結晶と見なせる
領域を形成する工程と、 を有し、 前記レーザー光の照射は非晶質珪素膜を加熱した状態で
行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A step of selectively forming a layer of a metal element or a layer containing the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film, and contacting the layer of the metal element Patterning the amorphous silicon film into a shape in which the area gradually increases from the region; and irradiating the amorphous silicon film with laser light while moving in the direction in which the area gradually increases, which can be regarded as a single crystal. And a step of forming a region, wherein the laser light irradiation is performed in a state where the amorphous silicon film is heated.
【請求項3】 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層または前記金属元素を含む層
を選択的に形成する工程と、 前記非晶質珪素膜に加熱処理を加えて、前記金属元素に
接した領域から膜の面方向に結晶成長を行わす工程と、 前記結晶成長が行われた領域を、前記結晶成長の方向に
漸次面積が増大するパターンに形成する工程と、 前記漸次面積が増大する方向に移動させながらレーザー
光を照射し単結晶とみなせる領域を形成する工程と、 を有し、 前記レーザー光の照射は、前記珪素膜を400℃〜60
0℃の温度で加熱した状態で行うことを特徴とする半導
体装置の作製方法。
3. A step of selectively forming a layer of a metal element or a layer containing the metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon, and heating the amorphous silicon film. A step of performing a crystal growth in a plane direction of the film from a region in contact with the metal element by applying a treatment, and forming the crystal growth region in a pattern in which the area gradually increases in the crystal growth direction. And a step of irradiating with a laser beam while moving in a direction in which the area gradually increases to form a region that can be regarded as a single crystal.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed at a temperature of 0 ° C. while being heated.
【請求項4】 非晶質珪素膜をプラズマに曝す工程と、 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
属元素の層または前記金属元素を含む層を選択的に形成
する工程と、 前記金属元素の層に接した領域から漸次その面積が増大
する形状に非晶質珪素膜をパターニングする工程と、 前記非晶質珪素膜に対してレーザー光を前記漸次面積が
増大する方向に移動させながら照射し単結晶と見なせる
領域を形成する工程と、 を有し、 前記レーザー光の照射は非晶質珪素膜を加熱した状態で
行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. A step of exposing the amorphous silicon film to plasma, and selectively forming a layer of a metal element or a layer containing the metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon. And a step of patterning the amorphous silicon film in a shape in which the area of the amorphous silicon film gradually increases from the region in contact with the layer of the metal element, and the laser light is gradually increased in the area of the amorphous silicon film. Forming a region that can be regarded as a single crystal by irradiating the amorphous silicon film while moving it in a direction in which the laser beam is irradiated while the amorphous silicon film is heated. Method.
【請求項5】 非晶質珪素膜をプラズマに曝す工程と、 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
属元素の層または前記金属元素を含む層を選択的に形成
する工程と、 加熱処理を加え前記金属元素に接した領域から膜の面方
向に結晶成長を行わす工程と、 前記結晶成長が行われた領域を、前記結晶成長の方向に
漸次面積が増大するパターンに形成する工程と、 前記漸次面積が増大する方向に移動させながらレーザー
光を照射し単結晶とみなせる領域を形成する工程と、 を有し、 前記レーザー光の照射は、珪素膜を400℃〜600℃
の温度で加熱した状態で行うことを特徴とする半導体装
置の作製方法。
5. A step of exposing the amorphous silicon film to plasma, and selectively forming a layer of a metal element or a layer containing the metal element in contact with the surface of the amorphous silicon film to promote crystallization of silicon. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a plane direction of the film from a region in contact with the metal element, and a region where the crystal growth is performed gradually increases in area in the crystal growth direction. A step of forming a pattern, and a step of irradiating with a laser beam while moving in a direction in which the area gradually increases to form a region that can be regarded as a single crystal. ~ 600 ℃
A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed in a state of being heated at the temperature of.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5において、金属元
素としてFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、
Ir、Ptから選ばれた一種または複数種類の元素が用
いられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. The metal element according to claim 1, wherein Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein one or more kinds of elements selected from Ir and Pt are used.
【請求項7】 請求項1乃至請求項5において、単結晶
と見なせる領域中における金属元素の濃度は、1×10
16cm-3〜5×1019cm-3であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。
7. The concentration of a metal element in a region which can be regarded as a single crystal according to any one of claims 1 to 5, is 1 × 10 5.
16 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 , a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項8】 請求項1乃至請求項5において、単結晶
と見なせる領域中には水素またはハロゲン元素が1×1
17cm-3〜5×1019cm-3の濃度で含まれているこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. In any one of claims 1 to 5, 1 × 1 hydrogen or halogen element is contained in a region which can be regarded as a single crystal.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is contained at a concentration of 0 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 .
【請求項9】 請求項1乃至請求項5において、単結晶
と見なせる領域中には炭素および窒素の原子が1×10
16原子cm-3〜5×1018原子cm-3の濃度で含まれて
おり、かつ酸素の原子が1×1017原子cm-3〜5×1
19原子cm-3の濃度で含まれていることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
9. The carbon and nitrogen atoms in a region which can be regarded as a single crystal according to any one of claims 1 to 5.
It is contained at a concentration of 16 atom cm −3 to 5 × 10 18 atom cm −3 , and contains oxygen atoms of 1 × 10 17 atom cm −3 to 5 × 1.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is contained at a concentration of 0 19 atoms cm −3 .
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