JPH09289168A - Semiconductor thin film, its forming method, semiconductor device and its forming method - Google Patents
Semiconductor thin film, its forming method, semiconductor device and its forming methodInfo
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- JPH09289168A JPH09289168A JP8336341A JP33634196A JPH09289168A JP H09289168 A JPH09289168 A JP H09289168A JP 8336341 A JP8336341 A JP 8336341A JP 33634196 A JP33634196 A JP 33634196A JP H09289168 A JPH09289168 A JP H09289168A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
絶縁表面を有する基体上に形成された、実質的に単結晶
と見なせる領域(以下、モノドメイン領域と呼ぶ)を有
する半導体薄膜およびその半導体薄膜を活性層とする半
導体装置に関する。特に、結晶性珪素膜で活性層を構成
した薄膜トランジスタに関する。TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a semiconductor thin film having a region (hereinafter referred to as a monodomain region) formed on a substrate having an insulating surface and which can be regarded as a substantially single crystal, and a semiconductor device having the semiconductor thin film as an active layer. In particular, the present invention relates to a thin film transistor having an active layer made of a crystalline silicon film.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、絶縁表面を有する基体上に形成さ
れた薄膜珪素半導体膜(厚さ数百〜数千Å程度)を用い
て薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目さ
れている。薄膜トランジスタはICや液晶表示装置のよ
うな電子デバイスに広く応用されてきている。2. Description of the Related Art In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) by using a thin silicon semiconductor film (having a thickness of several hundreds to several thousands Å) formed on a substrate having an insulating surface has received attention. Thin film transistors have been widely applied to electronic devices such as ICs and liquid crystal display devices.
【0003】薄膜トランジスタの心臓部ともいうべき重
要な部分はチャネル形成領域およびチャネル形成領域と
ソース/ドレイン領域とを接合するジャンクション部分
である。即ち、活性層が最も薄膜トランジスタの性能に
影響を与えると言える。The important part which should be called the heart of the thin film transistor is a channel forming region and a junction part for joining the channel forming region and the source / drain regions. That is, it can be said that the active layer most affects the performance of the thin film transistor.
【0004】薄膜トランジスタの活性層を構成する半導
体薄膜としては、プラズマCVD法や減圧熱CVD法に
より形成される非晶質珪素膜(アモルファスシリコン
膜)が一般に利用されている。As a semiconductor thin film forming an active layer of a thin film transistor, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method is generally used.
【0005】現状においては、非晶質珪素膜を用いた薄
膜トランジスタが実用化されているが、より高速動作を
求められる場合には、結晶性を有した珪素薄膜(結晶性
珪素膜と呼ぶ)を利用した薄膜トランジスタが必要とさ
れる。At present, a thin film transistor using an amorphous silicon film has been put into practical use, but a silicon thin film having crystallinity (referred to as a crystalline silicon film) is used when higher speed operation is required. A thin film transistor utilized is needed.
【0006】例えば、アクティブマトリクス型の液晶表
示装置やパッシブ型の液晶表示装置の周辺回路には、画
素領域に配置された画素TFTを駆動するための駆動回
路や映像信号を取り扱ったり制御する回路、各種情報を
記憶する記憶回路等が必要とされる。For example, a peripheral circuit of an active matrix type liquid crystal display device or a passive type liquid crystal display device, a driving circuit for driving a pixel TFT arranged in a pixel region, a circuit for handling and controlling a video signal, A memory circuit or the like for storing various kinds of information is required.
【0007】さらに、これらの回路の中で、映像信号を
取り扱ったり制御する回路や各種情報を記憶する記憶回
路には、公知の単結晶ウエハーを用いた集積回路に匹敵
する性能が求められる。従って、基板上に形成される薄
膜半導体を用いてこれら回路を集積化しようとする場
合、単結晶に匹敵する結晶性を有した結晶性珪素膜を基
板上に形成する必要がある。Further, among these circuits, a circuit for handling and controlling a video signal and a memory circuit for storing various information are required to have performance comparable to an integrated circuit using a known single crystal wafer. Therefore, in order to integrate these circuits using a thin film semiconductor formed on a substrate, it is necessary to form a crystalline silicon film having crystallinity comparable to a single crystal on the substrate.
【0008】基体上に結晶性珪素膜を形成する方法とし
ては、本出願人による特開平6-232059号公報、特開平6-
244103号公報に記載された技術が公知である。この公報
に記載されている技術は、珪素の結晶化を助長する金属
元素を利用することにより、550℃、4時間程度の加
熱処理によって結晶性の優れた結晶性珪素膜を形成する
ものである。As a method for forming a crystalline silicon film on a substrate, Japanese Patent Laid-Open No. 6-232059 and Japanese Laid-Open Patent Application No.
The technique described in Japanese Patent No. 244103 is known. The technique described in this publication forms a crystalline silicon film having excellent crystallinity by heat treatment at 550 ° C. for about 4 hours by utilizing a metal element that promotes crystallization of silicon. .
【0009】しかし、上記技術を薄膜トランジスタの活
性層に活用したとしても各種演算回路やメモリー回路等
を構成するための薄膜トランジスタとしては役不足の感
がある。これは、その結晶性がいまだ不足しており、必
要とする特性が得られないからである。However, even if the above-mentioned technique is applied to the active layer of a thin film transistor, there is a feeling that the thin film transistor is not useful as a thin film transistor for forming various arithmetic circuits and memory circuits. This is because the crystallinity is still insufficient and the required properties cannot be obtained.
【0010】特に、単結晶に匹敵する結晶性を有した結
晶性珪素膜には実質的に結晶粒界が存在しないことが必
要条件となる。なぜならば、結晶粒界は結晶間を往来す
る電子の進行を妨害するエネルギー障壁となるからであ
る。In particular, it is a necessary condition that a crystalline silicon film having crystallinity comparable to that of a single crystal has substantially no crystal grain boundaries. This is because the crystal grain boundaries serve as energy barriers that hinder the progress of electrons traveling between crystals.
【0011】ここで本発明者らは上記技術を用いた場合
の結晶成長の過程を第1〜第4のステップに分類して捉
え、以下に示すようなモデルで考えた。説明は図10を
用いて行うこととする。Here, the inventors of the present invention classify the process of crystal growth using the above technique into the first to fourth steps, and consider the following model. The description will be given with reference to FIG.
【0012】図10(A)において11は基体表面にバ
ッファ層として成膜された酸化珪素膜である。その上に
は非晶質珪素膜13が成膜されている。この時、酸化珪
素膜上の凹または凸部12(図は凸部のみを記載する)
は酸化珪素膜の表面ラフネスやゴミにより形成されたも
のである。In FIG. 10A, reference numeral 11 is a silicon oxide film formed as a buffer layer on the surface of the substrate. An amorphous silicon film 13 is formed thereon. At this time, the concave or convex portion 12 on the silicon oxide film (only the convex portion is shown in the drawing)
Is formed by surface roughness and dust of the silicon oxide film.
【0013】そして、非晶質珪素膜13の表面に結晶化
を助長する金属元素を含む溶液を滴下し、スピンコート
法による塗布を行う。すると、図10(A)に示す様に
非晶質珪素膜13の表面にニッケル層14を保持した状
態を得る。Then, a solution containing a metal element that promotes crystallization is dropped on the surface of the amorphous silicon film 13, and coating is performed by spin coating. Then, as shown in FIG. 10A, a state in which the nickel layer 14 is held on the surface of the amorphous silicon film 13 is obtained.
【0014】この状態で500〜700℃の温度範囲に
おける加熱処理を施して非晶質珪素膜13の結晶化を行
う。In this state, heat treatment is performed in the temperature range of 500 to 700 ° C. to crystallize the amorphous silicon film 13.
【0015】すると、まず図10(B)中の矢印が示す
様に金属元素が非晶質珪素膜13中を等方的に内部拡散
して酸化珪素膜11との界面に到達する。これが、第1
のステップである。Then, first, as indicated by the arrow in FIG. 10B, the metal element isotropically internally diffuses in the amorphous silicon film 13 and reaches the interface with the silicon oxide film 11. This is the first
Is the step.
【0016】すると、金属元素は酸化珪素膜11と非晶
質珪素膜13との界面をマイグレーションして凹または
凸部12へと偏析する。これが第2のステップである。
これは、金属元素がエネルギー的に安定なサイトを求め
るからであり、この場合、凹または凸部12が偏析サイ
トとなったわけである。(図10(C))Then, the metal element migrates at the interface between the silicon oxide film 11 and the amorphous silicon film 13 and segregates into the concave or convex portion 12. This is the second step.
This is because the metal element seeks an energy-stable site, and in this case, the concave or convex portion 12 became a segregation site. (Figure 10 (C))
【0017】この時、偏析サイトとなった凹または凸部
12は金属元素が高濃度に存在するためここに結晶核が
発生する。本発明者らの研究では金属元素がニッケルの
場合、その濃度が1×1020atoms/cm3 以上となると結
晶核となりうる。At this time, since the metal element is present at a high concentration in the concave or convex portion 12 which has become the segregation site, crystal nuclei are generated there. According to the research conducted by the present inventors, when the metal element is nickel, a crystal nucleus can be formed when the concentration thereof is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more.
【0018】そして、この結晶核を起点として結晶成長
が始まるのであるが、まず最初に珪素膜面に対して概略
垂直な方向に結晶化が進行する。これが第3のステップ
である。(図10(D))Crystal growth starts from the crystal nuclei, but first, crystallization proceeds in a direction substantially perpendicular to the silicon film surface. This is the third step. (Figure 10 (D))
【0019】この珪素膜面に対して概略垂直な方向に結
晶化が進行した領域(以下、縦成長領域と呼ぶ)15は
高濃度に濃縮された金属元素を押し上げつつ結晶化が進
行するため、凹または凸部12の上方に位置する非晶質
珪素膜13の表面にも高濃度の金属元素が濃縮される。
その結果、縦成長領域15は他の領域と比較して金属元
素の濃度が高い領域となる。A region 15 in which crystallization has proceeded in a direction substantially perpendicular to the surface of the silicon film (hereinafter referred to as a vertical growth region) 15 promotes crystallization while pushing up the metal element concentrated to a high concentration. The high-concentration metal element is also concentrated on the surface of the amorphous silicon film 13 located above the concave or convex portion 12.
As a result, the vertical growth region 15 becomes a region having a higher metal element concentration than other regions.
【0020】次に、非晶質珪素膜13が縦成長領域15
と接した界面16を起点に基体と概略平行な方向(図1
0(E)において矢印で示す方向)に結晶成長が始ま
る。これが第4のステップである。この結晶17は結晶
幅が非晶質珪素膜13の膜厚にほぼ等しい柱状または針
状の結晶である。(図10(E))Then, the amorphous silicon film 13 is grown vertically on the region 15.
A direction substantially parallel to the substrate with the interface 16 in contact with
Crystal growth starts in 0 (E) (direction indicated by an arrow). This is the fourth step. The crystal 17 is a columnar or acicular crystal whose crystal width is almost equal to the film thickness of the amorphous silicon film 13. (FIG. 10E)
【0021】この結晶17は基体と概略平行な方向に進
むため、やがて向かい合う別の結晶とぶつかり合って成
長が止まる。すると、図10(F)に示す様にぶつかり
合った境界が結晶粒界18となる。また、こうして形成
される結晶領域(以下、横成長領域と呼ぶ)19は比較
的結晶性の揃った領域となる。Since this crystal 17 travels in a direction substantially parallel to the substrate, it eventually collides with another crystal facing each other and stops growing. Then, as shown in FIG. 10 (F), the bumped boundaries become the crystal grain boundaries 18. Further, the crystal region (hereinafter, referred to as a lateral growth region) 19 formed in this way has a relatively uniform crystallinity.
【0022】この様に、従来の結晶化形態では偏析サイ
トが不規則に、かつ、無数に形成されてしまうため、結
晶核の密度が高く、個々の結晶粒が互いの成長を阻害し
合ってしまう。従って、結晶粒径は小さいものとならざ
るを得ない。As described above, in the conventional crystallization form, segregation sites are formed irregularly and innumerably, so that the density of crystal nuclei is high and the individual crystal grains interfere with each other's growth. I will end up. Therefore, the crystal grain size must be small.
【0023】即ち、例えば薄膜トランジスタの活性層を
上記技術により形成した結晶性珪素膜上に形成しても、
必ずその内部に結晶粒界を含んでしまい、単結晶に匹敵
する結晶性を実現することは不可能なのが現状である。That is, for example, even if the active layer of a thin film transistor is formed on the crystalline silicon film formed by the above technique,
Under the present circumstances, it is impossible to realize crystallinity comparable to that of a single crystal because the crystal grain boundary is always included in the inside.
【0024】結晶核の発生密度を少なくすればその分結
晶粒径を確保することができるが、結晶核は金属元素の
偏析サイトがどこに存在するかでその位置が決まるもの
であり、従来技術のままでは偏析サイトとなる様なサイ
ト(例えば、図10(A)に示すような凹または凸部1
2)が不規則に形成されるが故にその位置を制御するこ
とは不可能である。Although the crystal grain size can be secured by reducing the generation density of the crystal nuclei, the position of the crystal nuclei is determined depending on where the segregation site of the metal element exists. Sites that will become segregation sites as they are (for example, the concave or convex portion 1 as shown in FIG.
It is impossible to control its position because 2) is irregularly formed.
【0025】また、前述の公報記載の手段によった場
合、結晶性珪素膜中には結晶化の際に利用した金属元素
が残留しており、実際に半導体装置を構成する時にその
再現性や安定性に影響を与える不安要素となってしまう
ことが本発明者らによって示唆されている。Further, in the case of the means described in the above publication, the metal element used in the crystallization remains in the crystalline silicon film, and the reproducibility and the reproducibility of the semiconductor device when the semiconductor device is actually constructed. It has been suggested by the present inventors that it becomes an anxiety factor that affects stability.
【0026】[0026]
【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、絶縁表面を有する基体上に単結晶に匹敵する結晶
性を有するモノドメイン領域を形成することを課題とす
る。そして、そのモノドメイン領域でもって活性層を構
成した半導体装置を得ることを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention disclosed in the present specification is to form a monodomain region having crystallinity comparable to a single crystal on a substrate having an insulating surface. Then, it is an object to obtain a semiconductor device in which an active layer is formed by the monodomain region.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、表面に絶縁膜を有する基体上に形成された半
導体薄膜であって、前記半導体薄膜は前記基体と概略平
行な柱状または針状結晶が複数集合して形成されるモノ
ドメイン領域を有し、前記半導体薄膜の下面に接する前
記絶縁膜には意図的に形成された凹または凸パターンが
設けられていることを特徴とする。The structure of the invention disclosed in the present specification is a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on its surface, wherein the semiconductor thin film is in a columnar shape substantially parallel to the substrate or It has a monodomain region formed by accumulating a plurality of acicular crystals, and the insulating film in contact with the lower surface of the semiconductor thin film is provided with a deliberately formed concave or convex pattern. .
【0028】また他の発明の構成は、表面に絶縁膜を有
する基体上に形成された半導体薄膜であって、前記半導
体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状結晶が複
数集合して形成される実質的に結晶粒界が存在しないモ
ノドメイン領域を有し、前記半導体薄膜の下面に接する
前記絶縁膜には意図的に形成された凹または凸パターン
が設けられており、前記モノドメイン領域を構成する半
導体薄膜中には水素およびハロゲン元素が5原子%以下
の濃度で含まれ、前記ハロゲン元素は塩素、臭素、弗素
から選ばれた元素であることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film is formed by collecting a plurality of columnar or needle crystals substantially parallel to the substrate. Has a mono-domain region in which substantially no grain boundaries exist, and the insulating film in contact with the lower surface of the semiconductor thin film is provided with a deliberately formed concave or convex pattern. Hydrogen and halogen elements are contained in the semiconductor thin film constituting the above in a concentration of 5 atomic% or less, and the halogen element is an element selected from chlorine, bromine and fluorine.
【0029】また、他の発明の構成となる半導体装置
は、前記モノドメイン領域のみを活性層として利用する
ものである。このモノドメイン領域の内部には実質的に
結晶粒界が存在しないという特徴がある。A semiconductor device having a structure of another invention uses only the monodomain region as an active layer. The inside of this monodomain region is characterized in that there is substantially no grain boundary.
【0030】また、他の発明の構成は、表面に絶縁膜を
有する基体上に半導体薄膜を形成するにあたって、絶縁
表面を有する基体上にスパッタ法により酸化珪素膜を成
膜する工程と、前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニ
ングして意図的に凹または凸パターンを設ける工程と、
前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、前記酸化珪素膜および/または前記
非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する金属元素を保持
せしめる工程と、第1の加熱処理により前記非晶質珪素
膜を結晶性珪素膜に変成せしめる工程と、ハロゲン元素
を含む雰囲気中において第2の加熱処理を行うことによ
り前記結晶性珪素膜上にハロゲン元素を含有した熱酸化
膜を形成する工程と、前記熱酸化膜を除去する工程と、
を少なくとも有し、前記第2の加熱処理により前記結晶
性珪素膜をモノドメイン領域に変成せしめることを特徴
とする。また、これらの工程を経て形成されるモノドメ
イン領域で活性層を構成することを特徴とする。According to another aspect of the invention, in forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating film on its surface, a step of forming a silicon oxide film on the substrate having an insulating surface by a sputtering method, and the above-mentioned oxidation. Patterning the silicon film into a desired shape to intentionally provide a concave or convex pattern;
A step of forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method, and a step of holding a metal element that promotes crystallization in the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by a first heat treatment, and a halogen element on the crystalline silicon film by a second heat treatment in an atmosphere containing a halogen element. Forming a thermal oxide film containing, and removing the thermal oxide film,
At least, and the crystalline silicon film is transformed into a monodomain region by the second heat treatment. Further, it is characterized in that the active layer is constituted by a mono domain region formed through these steps.
【0031】本発明者らは本発明により得られる結晶領
域を実質的に単結晶と見なせる領域即ち、モノドメイン
領域と定義している。モノドメイン領域の定義は、その
領域内に実質的に結晶粒界が存在せず、転移や積層欠陥
等に起因する結晶欠陥が殆ど存在しないことである。ま
た、デバイスに影響を与える様な金属元素を含まないこ
とは言うまでもない。The present inventors define the crystal region obtained by the present invention as a region that can be regarded as a substantially single crystal, that is, a monodomain region. The definition of the monodomain region is that there is substantially no crystal grain boundary in the region and there are almost no crystal defects due to dislocations, stacking faults and the like. Further, it goes without saying that it does not contain a metal element that affects the device.
【0032】なお、実質的に結晶粒界が存在しないと
は、結晶粒界が存在したとしても電気的に不活性である
ことを意味している。その様な電気的に不活性な結晶粒
界として、{111}双晶粒界、{111}積層欠陥、
{221}双晶粒界、{221}Twist 双晶粒界などが
報告されている(R.Simokawa and Y.Hayashi:Jpn.J.App
l.Phys. 27 (1987) pp.751〜758 )。It should be noted that "there is substantially no crystal grain boundary" means that even if the crystal grain boundary exists, it is electrically inactive. Such electrically inactive grain boundaries include {111} twin grain boundaries, {111} stacking faults,
{221} twin grain boundaries and {221} Twist twin grain boundaries have been reported (R.Simokawa and Y.Hayashi: Jpn.J.App.
l.Phys. 27 (1987) pp.751 to 758).
【0033】本発明者らは、モノドメイン領域に含まれ
る結晶粒界がこれらの電気的に不活性な結晶粒界となっ
ている可能性が高いと推測している。即ち、見た目には
結晶粒界として存在しても、電気的にはキャリアの移動
を阻害する様なことのない不活性な領域であると考えら
れる。The present inventors speculate that the crystal grain boundaries contained in the monodomain region are highly likely to be these electrically inactive crystal grain boundaries. That is, it is considered to be an inactive region that does not electrically hinder the movement of carriers even if it appears as grain boundaries.
【0034】そこで、本発明者らはまず結晶粒界を減ら
すために結晶粒径を大きくする手段を検討した。その結
果、従来制御することが出来なかった結晶核を制御する
手段を発明するに至った。Therefore, the present inventors first examined means for increasing the crystal grain size in order to reduce the crystal grain boundaries. As a result, they have invented a means for controlling crystal nuclei that could not be controlled conventionally.
【0035】その手段とは、まず非晶質珪素膜の下面に
接する絶縁膜の表面状態を極めて滑らかなものとするこ
とである。そのため、本発明では人工石英ターゲットを
用いたスパッタ法により成膜した酸化珪素膜をバッファ
層として非晶質珪素膜の下に設ける(参考資料として人
工石英ターゲットの成分表を図18に示す)。こうして
成膜された酸化珪素膜は非常に緻密、かつ、平滑であ
り、従来のような偏析サイトとなる凹または凸部が殆ど
ないものとなる。The means is to make the surface state of the insulating film in contact with the lower surface of the amorphous silicon film extremely smooth. Therefore, in the present invention, a silicon oxide film formed by a sputtering method using an artificial quartz target is provided below the amorphous silicon film as a buffer layer (as a reference material, a component table of the artificial quartz target is shown in FIG. 18). The silicon oxide film thus formed is extremely dense and smooth, and has almost no concaves or convexes that become segregation sites as in the conventional case.
【0036】次に、この酸化珪素膜にパターニングを施
して意図的に凹または凸パターンを形成することであ
る。即ち、意図的に結晶化を助長する金属元素の偏析サ
イトを形成することで、結晶核の発生位置を制御するこ
とが可能となる。Next, the silicon oxide film is patterned to intentionally form a concave or convex pattern. That is, it is possible to control the generation position of crystal nuclei by intentionally forming segregation sites of metal elements that promote crystallization.
【0037】従って、素子設計の段階で所望の位置に所
望の大きさの結晶を形成することを設計できるという大
きな利点を有することになる。このことは工業上、非常
に有益である。Therefore, there is a great advantage that it is possible to design to form a crystal having a desired size at a desired position in the element designing stage. This is very useful industrially.
【0038】また、非晶質珪素膜の成膜方法として減圧
熱CVD法を用いることも本発明の特徴の一つである。
減圧熱CVD法により成膜した非晶質珪素膜はプラズマ
CVD法により成膜した非晶質珪素膜に比べて水素含有
量が少なく、膜質が緻密であるため自然核発生が少ない
という特徴を有している。Further, it is one of the features of the present invention that the low pressure thermal CVD method is used as a method for forming the amorphous silicon film.
The amorphous silicon film formed by the low pressure thermal CVD method has a smaller hydrogen content than the amorphous silicon film formed by the plasma CVD method, and is characterized in that the film quality is dense, and thus the generation of natural nuclei is small. are doing.
【0039】自然核発生が多いと結晶核を制御するとい
う目的にとって大きな障害となるため、自然核発生が少
ないことは極めて都合が良い。Since a large amount of natural nucleation is a great obstacle to the purpose of controlling the crystal nuclei, it is extremely convenient that the natural nucleation is small.
【0040】次に、以上の様にして形成された結晶粒径
の大きな結晶を単結晶化(正確にはモノドメイン領域
化)する手段を検討した。その結果、ハロゲン元素を含
む雰囲気において加熱処理を行うことによりモノドメイ
ン領域を形成することができることが判った。Next, a means for making a crystal having a large crystal grain size formed as described above into a single crystal (more precisely, a monodomain region) was examined. As a result, it was found that the monodomain region can be formed by performing heat treatment in an atmosphere containing a halogen element.
【0041】以上のような本発明の構成について、以下
に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととす
る。The configuration of the present invention as described above will be described in detail with reference to the embodiments described below.
【0042】[0042]
〔実施例1〕本実施例では、本発明において最も重要な
概念であるモノドメイン領域の形成過程を説明する。図
1(A)〜図1(F)および図2(A)〜図2(C)は
絶縁表面を有する基体上に形成された珪素膜の断面図で
ある。[Example 1] In this example, a process of forming a monodomain region, which is the most important concept in the present invention, will be described. 1A to 1F and 2A to 2C are cross-sectional views of a silicon film formed over a substrate having an insulating surface.
【0043】図1(A)において101は耐熱性に優れ
た基体であり、石英基板やシリコン基板などが用いられ
る。102はスパッタ法により成膜された酸化珪素膜で
ある。この時、スパッタに用いるターゲットは人工石英
ターゲットを用いる。In FIG. 1A, reference numeral 101 is a substrate having excellent heat resistance, and a quartz substrate, a silicon substrate or the like is used. 102 is a silicon oxide film formed by a sputtering method. At this time, an artificial quartz target is used as the target used for sputtering.
【0044】人工石英ターゲットを用いて成膜した酸化
珪素膜102は表面が極めて平坦であり、滑らかな状態
となる。例えば、その表面凹凸の高さは30Å以内、表
面凹凸の幅は100Å以上であり、AFM(Atomic For
ce Microscopy )による観察を行っても凹凸として認識
するには困難なレベルとなる。The silicon oxide film 102 formed by using the artificial quartz target has an extremely flat surface and is in a smooth state. For example, the height of the surface irregularities is 30 Å or less, the width of the surface irregularities is 100 Å or more, and AFM (Atomic For
Even if it is observed by ce Microscopy), it becomes a level that is difficult to recognize as unevenness.
【0045】酸化珪素膜102を成膜したらパターニン
グを施して凹または凸パターン103を意図的に形成す
る。本実施例では、正方形の微細な島状パターンを形成
し、意図的に凸部となるようにパターニングした場合に
ついてのみを記載するが、凹部となるように形成しても
同様の効果が得られる。この凹または凸パターン103
は後に成膜する非晶質珪素膜の膜厚の半分程度の高さで
よい。After forming the silicon oxide film 102, patterning is performed to intentionally form a concave or convex pattern 103. This embodiment describes only the case where a square fine island-shaped pattern is formed and is intentionally patterned so as to form a convex portion, but the same effect can be obtained by forming a concave portion. . This concave or convex pattern 103
May be as high as about half the thickness of an amorphous silicon film to be formed later.
【0046】所望の形状にパターニングを施したら非晶
質珪素膜104をプラズマCVD法、スパッタ法または
減圧熱CVD法により100 〜750 Å( 好ましくは150 〜
450Å)の厚さに成膜する。減圧熱CVD法による場
合、成膜ガスとしてはジシラン(Si2 H6 )やトリシ
ラン(Si3 H8 )等を用いれば良い。After patterning into a desired shape, the amorphous silicon film 104 is subjected to 100 to 750 Å (preferably 150 to Å by plasma CVD, sputtering or low pressure thermal CVD.
Form a film with a thickness of 450Å). When the low pressure thermal CVD method is used, disilane (Si 2 H 6 ) or trisilane (Si 3 H 8 ) may be used as the film forming gas.
【0047】非晶質珪素膜104の膜厚を上記膜厚とし
ておくことで後の結晶化により得られる結晶性珪素膜を
半導体装置の活性層とした場合に、オフ電流の低い半導
体装置を作製することができる。When the crystalline silicon film obtained by the subsequent crystallization is used as the active layer of the semiconductor device by setting the film thickness of the amorphous silicon film 104 to the above film thickness, a semiconductor device having a low off current is manufactured. can do.
【0048】なお、減圧熱CVD法により成膜した非晶
質珪素膜は後の結晶化の際に自然核発生率が小さい。自
然核発生率とは、非晶質珪素膜がニッケル等の結晶化を
助長する金属元素の影響を受けずに熱エネルギーにより
核発生する割合である。The amorphous silicon film formed by the low pressure thermal CVD method has a small natural nucleus generation rate during the subsequent crystallization. The spontaneous nucleation rate is a rate at which an amorphous silicon film generates nuclei by thermal energy without being affected by a metal element such as nickel that promotes crystallization.
【0049】この事は個々の結晶が相互干渉する(ぶつ
かり合って成長が止まる)割合が減るため、後の結晶化
工程において個々の結晶粒径を大きくする上で望まし
い。This is desirable for increasing the grain size of individual crystals in the subsequent crystallization step, because the rate of the individual crystals interfering with each other (colliding and stopping the growth) is reduced.
【0050】また、非晶質珪素膜104を成膜する際に
はバッファ層である酸化珪素膜102の表面の清浄度に
注意が必要である。従来例で述べたようにゴミなどがあ
ると、そこが結晶化を助長する金属元素の偏析サイトと
なって核発生の起点となってしまう。When forming the amorphous silicon film 104, attention must be paid to the cleanliness of the surface of the silicon oxide film 102 which is a buffer layer. As described in the conventional example, if there is dust or the like, it becomes a segregation site of a metal element that promotes crystallization, and becomes a starting point of nucleation.
【0051】非晶質珪素膜104を成膜したら、酸素雰
囲気中においてUV光を照射し、非晶質珪素膜104の
表面にごく薄い酸化膜(図示せず)を形成する。この酸
化膜は、後に金属元素を導入する際の溶液塗布工程で溶
液の濡れ性を改善するためのものである。After forming the amorphous silicon film 104, UV light is irradiated in an oxygen atmosphere to form a very thin oxide film (not shown) on the surface of the amorphous silicon film 104. This oxide film is for improving the wettability of the solution in the solution coating step when introducing the metal element later.
【0052】次に、所定の濃度で結晶化を助長する金属
元素を含有した溶液を非晶質珪素膜104の表面に滴下
して図示しない水膜を形成する。この金属元素として
は、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Pt、Cu、Au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が、発明者らの研究による
とNi(ニッケル)が最も顕著な効果を現した。Next, a solution containing a metal element that promotes crystallization at a predetermined concentration is dropped on the surface of the amorphous silicon film 104 to form a water film (not shown). The metal elements include Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os and I.
One or more kinds selected from r, Pt, Cu, and Au can be used, but Ni (nickel) has shown the most remarkable effect according to the research of the inventors.
【0053】なお、後の加熱工程における不純物の残留
を考慮すると、上記溶液としては硝酸ニッケル塩溶液を
用いるのが好ましい。酢酸ニッケル塩溶液を用いること
も出来るが、酢酸ニッケル塩溶液は炭素を含んでおり、
これが後の加熱工程において炭化して膜中に残留するこ
とが懸念されるからである。In consideration of residual impurities in the subsequent heating step, it is preferable to use a nickel nitrate salt solution as the above solution. Although a nickel acetate salt solution can be used, the nickel acetate salt solution contains carbon,
This is because there is a concern that this may be carbonized in the subsequent heating step and remain in the film.
【0054】図1(A)の状態において、スピナーを用
いてスピンコートを行い、非晶質珪素膜104上におい
て、図示しない酸化膜を介してニッケル層105が接し
て保持された状態とする。In the state shown in FIG. 1A, spin coating is performed using a spinner so that the nickel layer 105 is held in contact with the amorphous silicon film 104 via an oxide film (not shown).
【0055】この時、凹または凸パターン103の上方
の非晶質珪素膜104はその凹または凸パターン103
の形状に沿って凹または凸部106が形成されている。
そのため、スピンコートの際に凹または凸部106の周
辺は表面張力により局部的にニッケルが高濃度に存在す
る領域となりやすく、後の結晶化の際に第4のステップ
による結晶化(基体に対して概略平行な方向への結晶
化)が容易に進むという効果もある。At this time, the amorphous silicon film 104 above the concave or convex pattern 103 has the concave or convex pattern 103.
Concave or convex portion 106 is formed along the shape of.
Therefore, during spin coating, the periphery of the concave or convex portion 106 is likely to be a region where nickel is locally present at a high concentration due to surface tension, and during later crystallization, crystallization by the fourth step (with respect to the substrate) is performed. Therefore, there is also an effect that crystallization in a substantially parallel direction) easily proceeds.
【0056】なお、本実施例では非晶質珪素膜104上
に上記溶液塗布工程を行ったが、非晶質珪素膜104の
成膜前にバッファ層である酸化珪素膜102上に行って
も同様の効果が得られる。また、酸化珪素膜102と非
晶質珪素膜104の両表面に対して溶液塗布を行っても
構わない。In this embodiment, the solution coating step is performed on the amorphous silicon film 104, but it may be performed on the silicon oxide film 102 which is a buffer layer before the amorphous silicon film 104 is formed. The same effect can be obtained. Further, solution coating may be performed on both surfaces of the silicon oxide film 102 and the amorphous silicon film 104.
【0057】図1(A)の状態を得たら、不活性雰囲気
中において450℃、1時間程度の水素出しを行った
後、500〜700℃、代表的には550〜600℃の
温度で4〜8時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜10
4の結晶化を行う(第1の加熱処理)。この結晶化は以
下ようにして進行する。After obtaining the state of FIG. 1 (A), hydrogen is degassed in an inert atmosphere at 450 ° C. for about 1 hour, and then at a temperature of 500 to 700 ° C., typically 550 to 600 ° C. for 4 hours. Amorphous silicon film 10 is formed by applying heat treatment for 8 hours.
Crystallization of No. 4 is performed (first heat treatment). This crystallization proceeds as follows.
【0058】まず第1のステップとして、ニッケルは加
熱されることにより活性化して非晶質珪素膜104の内
部を矢印が示す様に等方的に拡散する。(図1(B))First, as a first step, nickel is activated by being heated and isotropically diffuses inside the amorphous silicon film 104 as indicated by an arrow. (Fig. 1 (B))
【0059】次に、第2のステップとして、ニッケルは
酸化珪素膜102と非晶質珪素膜104との界面におい
てマイグレーションして凹または凸パターン103へと
偏析する。即ち、凹または凸パターン103が意図的に
形成された偏析サイトとして機能することになる。(図
1(C))Next, as a second step, nickel migrates at the interface between the silicon oxide film 102 and the amorphous silicon film 104 and segregates into the concave or convex pattern 103. That is, the concave or convex pattern 103 functions as an intentionally formed segregation site. (Fig. 1 (C))
【0060】次に、偏析サイトとなった凹または凸パタ
ーン103周辺部のニッケル濃度が約1×1020atoms/
cm3 以上となると、そこに結晶核が発生して珪素膜面に
対して概略垂直な方向に結晶化が進行する。この第3の
ステップで形成される縦成長領域107は高濃度にニッ
ケルを含む領域であることは前述した通りである。(図
1(D))Next, the nickel concentration in the peripheral portion of the concave or convex pattern 103, which has become the segregation site, is about 1 × 10 20 atoms /
When it becomes cm 3 or more, crystal nuclei are generated there, and crystallization proceeds in a direction substantially perpendicular to the silicon film surface. As described above, the vertical growth region 107 formed in the third step is a region containing nickel at a high concentration. (Fig. 1 (D))
【0061】そして、第4のステップとして、上記縦成
長領域107を起点として珪素膜面に対して概略平行な
方向の結晶成長が進行する。こうして形成される横成長
領域108は柱状または針状結晶が比較的方向を揃えた
状態で複数集合して形成されており、縦成長領域107
よりも結晶性の面では優れている。Then, as a fourth step, crystal growth proceeds in a direction substantially parallel to the silicon film surface starting from the vertical growth region 107. The lateral growth region 108 thus formed is formed by a plurality of columnar or acicular crystals being aligned in a relatively aligned direction.
It is superior in terms of crystallinity.
【0062】この時、偏析サイトを意図的に制御して形
成してあるため、他の結晶粒の影響を受けずに結晶粒径
を拡大成長させることが可能である。即ち、偏析サイト
の形成位置を適当に設計すれば、所望の位置に所望の大
きさの結晶を形成することが可能となる。At this time, since the segregation sites are intentionally controlled and formed, the crystal grain size can be expanded and grown without being affected by other crystal grains. That is, by appropriately designing the formation position of the segregation site, it becomes possible to form a crystal having a desired size at a desired position.
【0063】ただし、結晶粒径をどこまで大きくできる
かは加熱処理の温度と時間とで決まるので、製造コスト
等との兼ね合いで適宜決定すれば良い。また、後の単結
晶化工程でさらに高温の加熱処理を施すので、その時に
も結晶成長が進行することを考慮しなければならない。However, how much the crystal grain size can be increased is determined by the temperature and time of the heat treatment, so that it may be appropriately determined in consideration of the manufacturing cost and the like. Further, since heat treatment at a higher temperature is performed in the subsequent single crystallization step, it must be taken into consideration that the crystal growth also progresses at that time.
【0064】以上の様にして、図1(F)に示すような
結晶性珪素膜109が得られる。ここで、留意すべきな
のは本発明が根本的に公知のグラフォエピタキシー技術
とは異なる点である。As described above, the crystalline silicon film 109 as shown in FIG. 1 (F) is obtained. It should be noted here that the present invention is fundamentally different from the known graphoepitaxy technique.
【0065】グラフォエピタキシー技術は下地膜の表面
形状に規則性を持たせ、非晶質珪素膜を結晶化する際、
そこに最も安定な面が出る性質を利用して結晶性珪素膜
の配向性を揃えるものである。In the graphoepitaxy technique, when the surface shape of the underlayer film has regularity and the amorphous silicon film is crystallized,
The orientation of the crystalline silicon film is made uniform by utilizing the property that the most stable surface appears.
【0066】本発明は、下地膜の表面形状を変えること
で表面エネルギーを変化させ、結晶化を助長する金属元
素が偏析しやすい領域とすることに特徴がある。従っ
て、表面形状を変える理由が結晶核の形成にある点でグ
ラフォエピタキシー技術とは異なる技術である。The present invention is characterized in that the surface energy of the underlayer is changed by changing the surface shape of the underlayer so that the metal element which promotes crystallization is easily segregated. Therefore, this is a technique different from the graphoepitaxy technique in that the formation of crystal nuclei is the reason for changing the surface shape.
【0067】ここで、結晶性珪素膜109を上面から見
た図を図3(A)に示す。図3(A)において、301
は第3のステップで形成された縦成長領域(図1(D)
において107で示される領域)である。本実施例で
は、正方形の微細な島状パターンを形成しているため、
図のような形状となる。Here, FIG. 3A shows a view of the crystalline silicon film 109 as viewed from above. In FIG. 3A, 301
Is the vertical growth region formed in the third step (FIG. 1D).
Area 107). In this embodiment, since a fine square island pattern is formed,
The shape is as shown.
【0068】また、302で示されるのは第4のステッ
プで形成された横成長領域(図1(F)において109
で示される領域)である。この横成長領域302は中央
の縦成長領域301を核として成長するものであり、本
実施例では縦成長領域301を点として捉えることがで
きるため、図3(A)に示すような概略六角形の形状と
なる。Reference numeral 302 indicates a lateral growth region formed in the fourth step (109 in FIG. 1F).
Area). The lateral growth region 302 grows with the central vertical growth region 301 as a nucleus, and in the present embodiment, the vertical growth region 301 can be regarded as a point. Therefore, a substantially hexagonal shape as shown in FIG. It becomes the shape of.
【0069】この理由として本発明者らは次のように考
える。珪素膜の結晶形態に関して、一般的に(111)
面で囲まれた核を結晶成長させると結晶粒の形状が六角
形となることが知られている。The present inventors consider the reason for this as follows. Regarding the crystal morphology of a silicon film, it is generally (111)
It is known that when the nuclei surrounded by the planes are crystal-grown, the crystal grains become hexagonal.
【0070】また、本実施例では結晶化を助長する金属
元素としてニッケルを用いているが、結晶化の際にニッ
ケルシリサイドが柱状または針状結晶の先端部や側面部
に形成されていることが本発明者らによって示されてい
る。Although nickel is used as the metal element that promotes crystallization in this embodiment, nickel suicide may be formed on the tip or side surface of the columnar or needle-like crystal during crystallization. Shown by the inventors.
【0071】このニッケルシリサイドの安定面は(11
1)面であることが知られており、それを考慮すると結
晶核となる縦成長領域301を囲む面はニッケルシリサ
イドの安定面である(111)面が支配的であると考え
られる。The stable surface of this nickel silicide is (11
It is known that this is the 1) plane, and taking this into consideration, the (111) plane, which is the stable plane of nickel silicide, is predominant in the plane surrounding the vertical growth region 301 that becomes the crystal nucleus.
【0072】従って、第4のステップで結晶核となる縦
成長領域301を点として捉えると、そこを起点として
結晶成長した横成長領域302が概略六角形となるのは
自明の理であると言える。Therefore, if the vertical growth region 301 serving as the crystal nucleus is regarded as a point in the fourth step, it is an obvious reason that the lateral growth region 302 having the crystal grown from that point becomes a substantially hexagon. .
【0073】以上にようにして形成された横成長領域3
02は図3(A)に示す様にA〜Fの6つの部分に分割
される。この時、A〜Fはそれぞれが一つの結晶粒であ
るかのように見える。これは、A〜Fが互いにぶつかり
合う領域にスリップ等の欠陥が発生し、結晶粒界となる
からである。Lateral growth region 3 formed as described above
02 is divided into six parts A to F as shown in FIG. At this time, each of A to F looks like one crystal grain. This is because a defect such as a slip occurs in a region where A to F collide with each other and becomes a crystal grain boundary.
【0074】このA〜Fの領域内の一部分を拡大した簡
略図を図3(B)に示す。図3(B)に示す様に、微視
的に見るとA〜Fの領域内は柱状または針状の結晶が複
数集合して形成されており、これが密集しているため巨
視的には図3(A)の様に一つの結晶粒のように見える
のである。FIG. 3B shows a simplified diagram in which a part of the regions A to F is enlarged. As shown in FIG. 3 (B), when viewed microscopically, a plurality of columnar or needle-like crystals are formed in the regions A to F, and these are densely packed, so that they are macroscopically It looks like one crystal grain like 3 (A).
【0075】この柱状または針状の結晶は各々その内部
に結晶粒界を含まない実質的に単結晶と見なせるモノド
メインである。Each of the columnar or needle-like crystals is a monodomain which can be regarded as a substantially single crystal having no crystal grain boundary inside.
【0076】また、個々の結晶はその内部からニッケル
等の不純物元素を排除しつつ成長するため、結晶表面に
は金属シリサイドが形成されており、図3(B)の30
3で示される様な結晶粒界には金属元素、即ちニッケル
が偏析している。Further, since each crystal grows while excluding the impurity element such as nickel from the inside thereof, metal silicide is formed on the crystal surface, which is indicated by 30 in FIG. 3 (B).
A metal element, that is, nickel, is segregated at the crystal grain boundaries as shown by 3.
【0077】従って、図3(B)の状態ではモノドメイ
ンが複数集合しただけであり、結晶性は比較的良いもの
の、A〜Fの領域のそれぞれが一つのモノドメイン領域
となっているわけではない。Therefore, in the state of FIG. 3B, only a plurality of monodomains are assembled, and although the crystallinity is relatively good, each of the regions A to F is not a single monodomain region. Absent.
【0078】本発明を実現するにはこの横成長領域30
2の結晶性を改善する工程が必要となる。本明細書では
この工程を特に単結晶化工程と呼ぶこととする。以下
に、その工程の詳細を図2でもって説明する。In order to realize the present invention, this lateral growth region 30 is used.
The step of improving the crystallinity of No. 2 is required. In this specification, this step is particularly referred to as a single crystallization step. The details of the process will be described below with reference to FIG.
【0079】単結晶化工程とは具体的にはハロゲン元素
を含む酸化性雰囲気において行われる加熱処理工程であ
る。(第2の加熱処理)The single crystallization step is specifically a heat treatment step performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. (Second heat treatment)
【0080】まず、上記工程により得られた結晶性珪素
膜109に対してさらに高温の加熱処理を行う。加熱処
理の温度範囲は700〜1100℃、代表的には800
〜1000℃とし、処理時間は1〜24時間、代表的に
は6〜12時間とする。また、この際処理雰囲気はハロ
ゲン元素を含んだ雰囲気とすることが重要である。(図
2(A))First, the crystalline silicon film 109 obtained through the above steps is subjected to a heat treatment at a higher temperature. The temperature range of heat treatment is 700 to 1100 ° C, typically 800
The treatment time is 1 to 24 hours, typically 6 to 12 hours. At this time, it is important that the processing atmosphere is an atmosphere containing a halogen element. (Fig. 2 (A))
【0081】本実施例では、酸素雰囲気中に対して3%
の濃度(体積濃度)でHClを含有させた雰囲気中にお
いて、950℃、6時間の加熱処理を行う。なお、上記
雰囲気に窒素を導入して酸化膜の形成速度を遅くするこ
とは十分なゲッタリング効果を得るために有効である。In this embodiment, the content is 3% with respect to the oxygen atmosphere.
The heat treatment is performed at 950 ° C. for 6 hours in the atmosphere containing HCl at the concentration (volume concentration). Introducing nitrogen into the atmosphere to slow down the oxide film formation rate is effective for obtaining a sufficient gettering effect.
【0082】なお、本実施例ではハロゲン元素としてC
lを選択し、その導入方法としてHClガスを用いる例
を示したが、それ以外のガスとして、HF、NF3 、H
Br、Cl2 、F2 、Br2 から選ばれた一種または複
数種のものを用いることが出来る。また、一般にハロゲ
ンの水素化物または有機物(炭水素化物)を用いること
もできる。In this embodiment, the halogen element is C
Although an example in which HCl gas is selected and HCl gas is used as the introduction method has been shown, HF, NF 3 , H
One or more selected from Br, Cl 2 , F 2 and Br 2 can be used. In general, a hydride or an organic substance (hydrocarbon) of a halogen can also be used.
【0083】この加熱処理により図2(B)に示す様
に、結晶性珪素膜中のニッケルが塩素の作用によりゲッ
タリングされ、熱酸化膜110に取り込まれたり、大気
中へ離脱したりして除去される。従って、結晶性珪素膜
109内部のニッケルは除去され、ニッケルを除去した
結晶性珪素膜111が得られる。By this heat treatment, as shown in FIG. 2 (B), nickel in the crystalline silicon film is gettered by the action of chlorine, and is taken into the thermal oxide film 110 or released into the atmosphere. To be removed. Therefore, nickel inside the crystalline silicon film 109 is removed, and the crystalline silicon film 111 from which nickel is removed is obtained.
【0084】上記ゲッタリング工程において除去された
ニッケルは結晶化の際に結晶粒界(図3(B)の304
で示される)へと押し出されて偏析したものである。即
ち、結晶粒界ではニッケルシリサイドとして存在してい
たと考えられる。The nickel removed in the gettering step is crystal grain boundary (304 in FIG. 3B) during crystallization.
(Shown by) is segregated by being extruded into. That is, it is considered that nickel silicide was present at the crystal grain boundaries.
【0085】シリサイドとして存在していたニッケルは
揮発性の塩化ニッケルとなって離脱し、ニッケルとの結
合を切られたシリコンの不対結合手は結晶粒界に多く存
在する状態となる。Nickel existing as silicide is released as volatile nickel chloride, and a large number of dangling bonds of silicon, which has been disconnected from nickel, exist at the crystal grain boundaries.
【0086】しかし上記工程は950℃と比較的高い温
度で行われるため形成された不対結合手はシリコン同士
で再結合する。また、補いきれない不対結合手は結晶性
珪素膜111中に含まれる水素やハロゲン元素によって
終端される。このため、結晶性珪素膜111中には5原
子%以下の水素およびハロゲン元素が含まれる。However, since the above process is performed at a relatively high temperature of 950 ° C., the dangling bonds formed are recombined between silicon. Further, the dangling bonds that cannot be supplemented are terminated by hydrogen and halogen elements contained in the crystalline silicon film 111. Therefore, the crystalline silicon film 111 contains 5 atomic% or less of hydrogen and halogen elements.
【0087】従って、上記工程により形成された不対結
合手はシリコン同士の結合により整合性よく接合され、
実質的に結晶粒界が存在しなくなる。さらに、針状また
は柱状結晶の内部に内在していた転位や積層欠陥といっ
た結晶欠陥はほぼ消滅してしまうので元々柱状または針
状結晶であった部分の結晶性も著しく改善されたものと
なる。Therefore, the dangling bonds formed by the above process are bonded with good consistency by bonding silicon.
Virtually no grain boundaries exist. Furthermore, since crystal defects such as dislocations and stacking faults that are internal to the needle-shaped or columnar crystal are almost eliminated, the crystallinity of the originally columnar or needle-shaped crystal is remarkably improved.
【0088】この時の様子を図3(B)と図3(C)と
を対比させつつ説明する。図3(B)に示されるような
構成でなる横成長領域に対して加熱処理を施すことによ
り、横成長領域に含有されるニッケルが塩素の作用によ
りゲッタリングされて膜外へと除去される。The state at this time will be described while comparing FIG. 3 (B) and FIG. 3 (C). By subjecting the lateral growth region having the structure as shown in FIG. 3B to the heat treatment, nickel contained in the lateral growth region is gettered by the action of chlorine and removed to the outside of the film. .
【0089】この時、ニッケルと結合していたシリコン
原子はその結合が切れ、多くの不対結合手を形成する
が、加熱処理の間に隣接するシリコン原子と再結合す
る。(図3(C))At this time, the silicon atoms bonded to nickel are broken, forming many dangling bonds, but recombined with the adjacent silicon atoms during the heat treatment. (FIG. 3 (C))
【0090】なお、図3(C)において304の破線で
示されるのは、図3(B)における結晶粒界303が上
記加熱処理により一旦解離してその後再結合した接合界
面である。Note that the broken line 304 in FIG. 3C indicates the bonding interface in which the crystal grain boundary 303 in FIG. 3B is once dissociated by the heat treatment and then recombined.
【0091】即ち、A〜Fの個々の領域内では、柱状ま
たは針状結晶が互いに整合性よく再結合し、図3(C)
に示す様に実質的に結晶粒界のない状態となる。従っ
て、図3(A)に示すA〜Fの領域はそれぞれがその内
部に結晶粒界やニッケル等の不純物元素を殆ど含まず、
かつ、結晶欠陥が殆ど存在しないモノドメイン領域とな
る。That is, in the individual regions A to F, the columnar or acicular crystals are recombined with each other with good conformity, and FIG.
As shown in (3), there is substantially no grain boundary. Therefore, each of the regions A to F shown in FIG. 3A contains almost no crystal grain boundary or an impurity element such as nickel inside,
In addition, it becomes a monodomain region in which crystal defects hardly exist.
【0092】なお、このモノドメイン領域内におけるニ
ッケル濃度は処理前の数千分の一から数分の一以下にま
で減少していることがSIMS(二次イオン質量分析)
による分析により明らかとなっている。It is noted that the nickel concentration in the mono-domain region is reduced from a few thousandth before the treatment to a fraction or less by SIMS (secondary ion mass spectrometry).
It is clarified by the analysis by.
【0093】そして、図2(C)に示す様に、ニッケル
のゲッタリングが終了したらゲッタリングサイトとなっ
た熱酸化膜110を除去する。これにより、ニッケルが
再び結晶性珪素膜111中へ拡散するのを防ぐ。Then, as shown in FIG. 2C, when the gettering of nickel is completed, the thermal oxide film 110 which has become the gettering site is removed. This prevents nickel from diffusing into the crystalline silicon film 111 again.
【0094】以上の過程を経て、図2(C)に示すよう
なニッケル濃度が低下した結晶性珪素膜111を得るこ
とができる。この領域はハロゲン雰囲気での加熱処理に
よりニッケルが半導体装置の製造に支障がない程度( 1
×1018atoms/cm3 以下、好ましくは 1×1017atoms/cm3
以下、さらに好ましくは 1×1016atoms/cm3 以下)にま
で充分除去され、かつ、著しく結晶性が改善されてお
り、単結晶に匹敵する結晶性を有したモノドメイン領域
となっている。Through the above process, a crystalline silicon film 111 having a reduced nickel concentration as shown in FIG. 2C can be obtained. In this region, the heat treatment in a halogen atmosphere does not interfere with the manufacturing of semiconductor devices by nickel (1
× 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 atoms / cm 3
Hereinafter, more preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less) is sufficiently removed, and the crystallinity is remarkably improved, and the monodomain region has a crystallinity comparable to that of a single crystal.
【0095】本発明の構成の一つは上記のようなモノド
メイン領域のみを利用して薄膜トランジスタに代表され
る半導体装置の活性層を構成するものである。One of the structures of the present invention is to form an active layer of a semiconductor device represented by a thin film transistor by utilizing only the above-mentioned monodomain region.
【0096】図11に示すのは、アクティブマトリクス
型液晶表示装置を作製するにあたって絶縁表面を有する
基体21上にマトリクス状に配置された活性層である。FIG. 11 shows active layers arranged in a matrix on a substrate 21 having an insulating surface for manufacturing an active matrix type liquid crystal display device.
【0097】なお、22の破線で示される領域が縦成長
領域が存在した場所である。また、23は横成長領域が
互いにぶつかり合って形成された結晶粒界が存在した場
所である。活性層を形成した後では確認できないため点
線で示すことにする。The region indicated by the broken line 22 is the place where the vertical growth region existed. Reference numeral 23 is a place where a crystal grain boundary formed by the lateral growth regions hitting each other exists. Since it cannot be confirmed after the active layer is formed, it is shown by a dotted line.
【0098】図11に示す様に薄膜トランジスタの活性
層24は縦成長領域および結晶粒界を含まないようにマ
トリクス状に形成される。As shown in FIG. 11, the active layer 24 of the thin film transistor is formed in a matrix so as not to include the vertical growth region and the crystal grain boundaries.
【0099】図11は局部的に見た図であるが、基体2
1上に形成される全ての活性層について同様のことが言
える。即ち、結晶粒界を含まないモノドメイン領域のみ
を利用して数百万もの薄膜トランジスタの活性層を構成
するのである。FIG. 11 is a view seen locally, showing the base 2
The same is true for all active layers formed on 1. That is, the active layers of millions of thin film transistors are formed by using only the monodomain regions that do not include grain boundaries.
【0100】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
工程で得られたモノドメイン領域を用いて薄膜トランジ
スタの活性層を構成する例を示す。なお、本実施例はト
ップゲイト型を例にするが耐熱性の高いゲイト電極を利
用すれば容易にボトムゲイト型へ適用することができ
る。[Embodiment 2] In this embodiment, an active layer of a thin film transistor is formed by using the monodomain region obtained in the process shown in Embodiment 1. In this embodiment, the top gate type is taken as an example, but it can be easily applied to the bottom gate type by using a gate electrode having high heat resistance.
【0101】まず、図4(A)に示す様に、実施例1に
示した工程に従ってモノドメイン領域を含む半導体薄膜
を形成し、パターニングによってモノドメイン領域のみ
で構成される活性層403を形成する。なお、401は
実施例1で説明したように石英基板であり、402は酸
化珪素膜である。First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed according to the process shown in the first embodiment, and an active layer 403 including only the monodomain region is formed by patterning. . Incidentally, 401 is a quartz substrate as described in Example 1, and 402 is a silicon oxide film.
【0102】次に、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪
素膜404を1500Åの厚さにプラズマCVD法で成膜す
る。酸化窒化珪素膜や窒化珪素膜であっても構わない。Next, a silicon oxide film 404 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1500Å by the plasma CVD method. It may be a silicon oxynitride film or a silicon nitride film.
【0103】次にゲイト電極を構成するためのアルミニ
ウム膜405を5000Åの厚さにスパッタ法でもって成膜
する。このアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2
重量%含有させる。なお、アルミニウム以外にタンタ
ル、モリブデン等の他の金属を用いても良い。こうして
図4(A)に示す状態を得る。Next, an aluminum film 405 for forming a gate electrode is formed to a thickness of 5000Å by a sputtering method. 0.2% scandium is contained in this aluminum film.
% By weight. In addition to aluminum, other metals such as tantalum and molybdenum may be used. Thus, the state shown in FIG. 4A is obtained.
【0104】アルミニウム膜405を成膜したら、その
表面に図示しない100 Å厚の陽極酸化膜を形成する。こ
の陽極酸化膜は3%の酒石酸を含んだエチレングリコー
ル溶液をアンモニア水で中和したものを電解溶液として
行う。即ち、この電解溶液中において、アルミニウム膜
405を陽極、白金を陰極として陽極酸化を行う。After forming the aluminum film 405, a 100 Å thick anodic oxide film (not shown) is formed on the surface thereof. This anodic oxide film is formed by using an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid neutralized with aqueous ammonia as an electrolytic solution. That is, in this electrolytic solution, anodization is performed using the aluminum film 405 as an anode and platinum as a cathode.
【0105】この工程で形成される陽極酸化膜は緻密な
膜質を有し、後に形成されるレジストマスクとの密着性
を向上させるために機能する。The anodic oxide film formed in this step has a dense film quality and functions to improve the adhesion to the resist mask formed later.
【0106】次にアルミニウム膜405をパターニング
し、ゲイト電極の基となる島状のアルミニウム膜のパタ
ーン406を形成する。なおこの際利用したレジストマ
スク(図示せず)はそのまま残存させておく。(図4
(B))Next, the aluminum film 405 is patterned to form an island-shaped aluminum film pattern 406 which serves as a base of the gate electrode. The resist mask (not shown) used at this time is left as it is. (FIG. 4
(B))
【0107】図4(B)に示す状態を得たら、再びアル
ミニウム膜のパターン406を陽極とした陽極酸化を行
う。ここでは、電解溶液として3%のシュウ酸水溶液を
用いる。この陽極酸化工程においては、図示しないレジ
ストマスクが存在するために陽極酸化がアルミニウムの
パターン406の側面のみにおいて進行する。従って、
図4(C)の407で示されるように陽極酸化膜が形成
される。After obtaining the state shown in FIG. 4B, anodization is performed again using the aluminum film pattern 406 as an anode. Here, a 3% oxalic acid aqueous solution is used as the electrolytic solution. In this anodizing step, anodization proceeds only on the side surface of the aluminum pattern 406 due to the presence of a resist mask (not shown). Therefore,
An anodic oxide film is formed as indicated by 407 in FIG.
【0108】またこの工程で形成される陽極酸化膜40
7は、多孔質状を有しており、その成長距離も数μmま
で行わせることができる。Also, the anodic oxide film 40 formed in this step
No. 7 has a porous shape, and its growth distance can be increased up to several μm.
【0109】上記の多孔質状の陽極酸化膜407の膜厚
は7000Åとする。またこの陽極酸化膜407の膜厚
は陽極酸化時間によって制御することができる。The film thickness of the porous anodic oxide film 407 is set to 7,000 Å. The film thickness of the anodic oxide film 407 can be controlled by the anodic oxidation time.
【0110】図4(C)に示す多孔質状の陽極酸化膜4
07を形成したら、図示しないレジストマスクを取り除
く。そして、再度の陽極酸化を行うことにより、緻密な
陽極酸化膜408を形成する。この陽極酸化工程は、前
述の緻密な陽極酸化膜を形成したのと同じ条件で行う。The porous anodic oxide film 4 shown in FIG.
After forming 07, the resist mask not shown is removed. Then, by performing anodic oxidation again, a dense anodic oxide film 408 is formed. This anodic oxidation process is performed under the same conditions as those for forming the dense anodic oxide film described above.
【0111】ただし、形成する膜厚を800Åとする。
この工程においては、多孔質状の陽極酸化膜407の内
部に電解溶液が進入するために図4(C)に示すように
陽極酸化膜408が形成される。However, the film thickness to be formed is 800 Å.
In this step, since the electrolytic solution enters the inside of the porous anodic oxide film 407, the anodic oxide film 408 is formed as shown in FIG. 4C.
【0112】この陽極酸化膜の膜厚を1500Å以上と
いうように厚くすると、後の不純物イオンの注入工程に
おいて、オフセットゲイト領域を形成することができ
る。If the thickness of this anodic oxide film is increased to 1500 Å or more, the offset gate region can be formed in the subsequent impurity ion implantation step.
【0113】この緻密な陽極酸化膜408は、後の工程
においてゲイト電極409の表面にヒロックが発生する
ことを抑制するために機能する。This dense anodic oxide film 408 functions to suppress the generation of hillocks on the surface of the gate electrode 409 in a later step.
【0114】緻密な陽極酸化膜408まで形成したら、
この状態においてソース/ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンの注入を行う。ここではNチャネル型の
薄膜トランジスタを作製するためにPイオンの注入を行
う。After forming the dense anodic oxide film 408,
In this state, impurity ions are implanted to form the source / drain regions. Here, P ions are implanted in order to manufacture an N-channel thin film transistor.
【0115】この工程において、高濃度に不純物が添加
されたソース領域410とドレイン領域411が形成さ
れる。(図4(C))In this step, the source region 410 and the drain region 411, which are highly doped with impurities, are formed. (FIG. 4 (C))
【0116】次に、酢酸とリン酸と硝酸とを混合した混
酸を用いて、多孔質状の陽極酸化膜407を選択的に除
去した後に再度Pイオンのイオン注入を行なう。このイ
オン注入は、先のソース/ドレイン領域を形成する際よ
りも低ドーズ量でもって行なわれる。Next, using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, phosphoric acid and nitric acid, the porous anodic oxide film 407 is selectively removed, and then P ion ion implantation is performed again. This ion implantation is performed with a lower dose amount than when forming the source / drain regions.
【0117】すると、ソース領域410、ドレイン領域
411と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域
412、413が形成される。そして414の領域が自
己整合的にチャネル形成領域として形成される。(図4
(D))As a result, low-concentration impurity regions 412 and 413 having a lower impurity concentration than the source region 410 and the drain region 411 are formed. Then, the region 414 is formed as a channel forming region in a self-aligning manner. (FIG. 4
(D))
【0118】上記の不純物イオンの注入工程の後、レー
ザー光または赤外光または紫外光の照射を行うことによ
って、イオンの注入が行われた領域のアニールを行う。After the above-described impurity ion implantation step, laser light, infrared light, or ultraviolet light is irradiated to anneal the region into which the ions have been implanted.
【0119】このようにして、ソース領域410、低濃
度不純物領域412、チャネル形成領域414、低濃度
不純物領域413、ドレイン領域411を形成する。こ
こで、低濃度不純物領域413が通常LDD(ライトド
ープドレイン領域)と称される領域である。In this way, the source region 410, the low concentration impurity region 412, the channel forming region 414, the low concentration impurity region 413, and the drain region 411 are formed. Here, the low-concentration impurity region 413 is a region usually called an LDD (lightly doped drain region).
【0120】ここでプラズマ水素化処理を300〜35
0℃の温度範囲で0.5〜1時間行うと効果的である。
この工程により活性層303中には5原子%以下(1×
1021atoms/cm3 以下)、好ましくは1×1015〜1×
1021atoms/cm3 以下の水素が添加される。Here, the plasma hydrogenation treatment is performed in the range of 300 to 35.
It is effective to perform the treatment in the temperature range of 0 ° C. for 0.5 to 1 hour.
By this step, 5 atomic% or less (1 ×
10 21 atoms / cm 3 or less), preferably 1 × 10 15 to 1 ×
Hydrogen of 10 21 atoms / cm 3 or less is added.
【0121】この水素は活性であるため活性層403中
の珪素の不対結合手または活性層/ゲイト絶縁膜界面の
準位を中和して除去することができる。Since this hydrogen is active, it is possible to neutralize and remove the dangling bonds of silicon in the active layer 403 or the levels at the active layer / gate insulating film interface.
【0122】こうして図4(D)に示す状態が得られた
ら、次に層間絶縁膜415成膜する。層間絶縁膜415
は、酸化珪素膜、または窒化珪素膜、または酸化窒化珪
素膜、または樹脂膜、またはそれらの膜の積層膜でもっ
て構成される。窒化珪素膜を用いると、前工程で添加し
た水素がデバイス外部へ再放出するのを防ぐことが出来
るので好ましい。After the state shown in FIG. 4D is obtained in this way, an interlayer insulating film 415 is formed next. Interlayer insulating film 415
Is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a resin film, or a stacked film of these films. It is preferable to use a silicon nitride film because hydrogen added in the previous step can be prevented from being released again to the outside of the device.
【0123】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極416とドレイン電極417とを形成する。ア
クティブマトリクス型液晶表示装置において画素TFT
を作製する場合、ゲイト電極409からの取り出し電極
は必要ないが、周辺駆動回路に用いる回路TFTの場
合、ゲイト電極409からの取り出し電極も同時に形成
する必要がある。Then, contact holes are formed to form a source electrode 416 and a drain electrode 417. Pixel TFT in active matrix type liquid crystal display device
However, in the case of the circuit TFT used in the peripheral drive circuit, the extraction electrode from the gate electrode 409 also needs to be formed at the same time.
【0124】さらに350℃の水素雰囲気中において加
熱処理を行うことにより、素子全体の水素化を行い、図
4(E)に示す薄膜トランジスタを完成させる。Further, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. to hydrogenate the entire element, and the thin film transistor shown in FIG. 4E is completed.
【0125】このようにして形成された薄膜トランジス
タは、活性層がモノドメイン領域で構成されているた
め、高速動作にも対応できる良好な電界効果移動度を示
す。また、チャネル領域やドレイン接合部に結晶粒界お
よびニッケル化合物等の偏析がないため、信頼性に優れ
た薄膜トランジスタを作製することが出来る。Since the active layer of the thin film transistor thus formed is composed of the mono-domain region, it exhibits a good field-effect mobility that can correspond to high-speed operation. In addition, since there is no segregation of crystal grain boundaries and nickel compounds in the channel region and the drain junction, a thin film transistor with excellent reliability can be manufactured.
【0126】〔実施例3〕本実施例では、実施例1で説
明したようなモノドメイン領域を形成する際に行ったハ
ロゲン元素を含む雰囲気における熱酸化工程の効果につ
いて述べる。[Embodiment 3] In this embodiment, the effect of the thermal oxidation step in the atmosphere containing a halogen element, which is performed when forming the monodomain region as described in Embodiment 1, will be described.
【0127】図6に示すのは塩素とニッケルの化合物で
あるNiCl2 (塩化ニッケル)の蒸気圧と温度との関
係である。FIG. 6 shows the relationship between the vapor pressure of NiCl 2 (nickel chloride), which is a compound of chlorine and nickel, and the temperature.
【0128】図6が示す様に塩化ニッケルは昇華物質で
あるため、結晶性珪素膜中のニッケルは塩素によってゲ
ッタリングされると、直ちに揮発性を示すようになる。
その結果、生成した塩化ニッケル化合物は空中へ拡散し
たり、熱酸化膜中に取り込まれたりして結晶性珪素膜外
部へと逃げる。この様にして珪素膜中からニッケル等の
金属元素を除去することが可能となる。Since nickel chloride is a sublimation substance as shown in FIG. 6, when nickel in the crystalline silicon film is gettered by chlorine, it immediately becomes volatile.
As a result, the produced nickel chloride compound diffuses into the air or is taken into the thermal oxide film and escapes to the outside of the crystalline silicon film. In this way, the metal element such as nickel can be removed from the silicon film.
【0129】また、本実施例では本発明を利用した薄膜
トランジスタの電気特性と、本発明を利用しない薄膜ト
ランジスタの電気特性について比較する。ここでいう電
気特性とは横軸にゲイト電圧(Vg)、縦軸にドレイン
電圧(Id)をプロットしたId−Vg曲線(Id−V
g特性)の事である。In this example, the electrical characteristics of the thin film transistor using the present invention and the electrical characteristics of the thin film transistor not using the present invention are compared. The electrical characteristics referred to here are Id-Vg curves (Id-V) in which the horizontal axis represents the gate voltage (Vg) and the vertical axis represents the drain voltage (Id).
g characteristic).
【0130】図5において、501は本発明を利用した
薄膜トランジスタの電気特性であり、502は本発明を
利用しない薄膜トランジスタの電気特性を示している。
具体的には502は実施例1の工程からハロゲン元素を
含む雰囲気における加熱処理とその後の窒素アニールを
削除したプロセスで作製された薄膜トランジスタの電気
特性である。In FIG. 5, reference numeral 501 shows the electric characteristics of a thin film transistor using the present invention, and 502 shows the electric characteristics of a thin film transistor not using the present invention.
Specifically, reference numeral 502 is an electrical characteristic of a thin film transistor manufactured by a process in which heat treatment in an atmosphere containing a halogen element and subsequent nitrogen annealing are removed from the process of Example 1.
【0131】両方のトランジスタ特性を比較すると、ま
ず同じゲイト電圧でも本発明による薄膜トランジスタの
方が 2〜4 桁近く大きいオン電流が流れることが確認で
きる。なお、オン電流とは薄膜トランジスタがオン状態
(図5においてゲイト電圧が0〜5Vの範囲)にある時
に流れるドレイン電流のことを指す。Comparing the characteristics of both transistors, it can be confirmed that the thin film transistor according to the present invention flows an on-current that is approximately 2 to 4 orders of magnitude higher, even if the gate voltage is the same. Note that the on-state current refers to a drain current flowing when the thin film transistor is in an on state (gate voltage range of 0 to 5 V in FIG. 5).
【0132】また、本発明による薄膜トランジスタの方
が優れたサブスレッショルド特性を有していることも確
認できる。サブスレッショルド特性とは薄膜トランジス
タのスイッチング動作の急峻性を示すパラメータであ
り、薄膜トランジスタがオフ状態からオン状態にスイッ
チングする際のId−Vg曲線の立ち上がりが急峻であ
る程、サブスレッショルド特性は良いと言える。It can also be confirmed that the thin film transistor according to the present invention has a better subthreshold characteristic. The subthreshold characteristic is a parameter indicating the steepness of the switching operation of the thin film transistor, and it can be said that the steeper the rise of the Id-Vg curve when the thin film transistor switches from the off state to the on state, the better the subthreshold characteristic.
【0133】なお、本発明を利用しない場合のサブスレ
ッショルド特性が350mV/decade前後であるのに対し、本
発明を利用した場合のサブスレッショルド特性は100mV/
decade前後である。この値が小さいほどスイッチング性
能に優れるトランジスタと言える。また、トランジスタ
の動作速度の目安となる電界効果移動度は本発明を利用
しない場合は80〜100cm2/Vs であり、本発明を利用した
場合は180 〜200cm2/Vs である。この値が大きいほど動
作速度の速いトランジスタと言える。The subthreshold characteristic when the present invention is not used is around 350 mV / decade, whereas the subthreshold characteristic when the present invention is used is 100 mV / decade.
It is around decades. It can be said that the smaller this value is, the better the switching performance is. The field effect mobility, which is a measure of the operating speed of a transistor, is 80 to 100 cm 2 / Vs when the present invention is not used, and 180 to 200 cm 2 / Vs when the present invention is used. It can be said that the larger this value, the faster the operating speed of the transistor.
【0134】以上の様に、本発明の効果は歴然としてお
り、本発明を利用することで薄膜トランジスタの電気特
性が大幅に向上することは実験的にも明らかである。As described above, the effects of the present invention are obvious, and it is experimentally clear that the use of the present invention significantly improves the electrical characteristics of thin film transistors.
【0135】〔実施例4〕本実施例では塩素による金属
元素のゲッタリング効果について、実験データに基づい
た説明を行う。Example 4 In this example, the gettering effect of a metal element by chlorine will be described based on experimental data.
【0136】図7に示すのは、ニッケルを利用して得ら
れた結晶性珪素膜の断面方向における塩素の濃度分布を
計測した結果である。この計測値はSIMS(2次イオ
ン質量分析法)によって得られたものである。FIG. 7 shows the results of measuring the chlorine concentration distribution in the cross-sectional direction of the crystalline silicon film obtained by using nickel. This measured value is obtained by SIMS (secondary ion mass spectrometry).
【0137】なお、表面付近の測定データは表面の凹凸
や吸着物の影響を受けるために有意なものではない。ま
た、同様な理由で界面付近のデータについての多少の誤
差が含まれている。The measured data in the vicinity of the surface is not significant because it is affected by the surface irregularities and adsorbed substances. Further, for the same reason, some error is included in the data near the interface.
【0138】図6から明らかな様に、塩素は結晶性珪素
膜と熱酸化膜の界面近傍に集中している。これは加熱処
理を開始した時点において結晶性珪素膜表面に吸着した
塩素が、ニッケルをゲッタリングしつつ熱酸化膜へと取
り込まれた結果によるものと推定される。As is clear from FIG. 6, chlorine is concentrated near the interface between the crystalline silicon film and the thermal oxide film. It is presumed that this is because chlorine adsorbed on the surface of the crystalline silicon film at the time of starting the heat treatment was taken into the thermal oxide film while gettering nickel.
【0139】また、熱酸化形成前の結晶性珪素膜表面は
不対結合手、いわゆるダングリングボンドが多く存在し
ていたと考えられるので、こういった不対結合手が塩素
終端されていることを示唆していると考えられる。Further, since it is considered that many dangling bonds, so-called dangling bonds, existed on the surface of the crystalline silicon film before thermal oxidation formation, it was confirmed that these dangling bonds were terminated with chlorine. It seems to suggest.
【0140】〔実施例5〕シリコン基板上に酸化珪素膜
を成膜してその上に単結晶を形成する構造、いわゆるS
OI構造が近年注目されている。SOI構造に関する研
究は低消費電力化のブレイクスルーとしてその発達が目
覚ましい。[Embodiment 5] A structure in which a silicon oxide film is formed on a silicon substrate and a single crystal is formed thereon, so-called S
The OI structure has been receiving attention in recent years. The research on SOI structure is remarkable as a breakthrough of low power consumption.
【0141】本発明によるモノドメイン領域は実質的に
単結晶に匹敵する結晶性を有するものであるから、SO
I技術に応用することは容易である。本実施例では、S
OI基板に残された問題と本発明とを対比させる。Since the monodomain region according to the present invention has a crystallinity substantially equal to that of a single crystal, SO
It is easy to apply to I technology. In this embodiment, S
Contrast the problem left on the OI substrate with the present invention.
【0142】SOI技術に伴う問題点を図8にまとめ
る。図8に示すように珪素膜中の界面準位や固定電荷の
ような結晶性に関するものや、金属汚染やボロン濃度と
いった外的なものなどがある。Problems associated with the SOI technology are summarized in FIG. As shown in FIG. 8, there are things related to crystallinity such as interface states and fixed charges in the silicon film, and external things such as metal contamination and boron concentration.
【0143】本発明では、結晶性珪素膜をハロゲン元素
を含む雰囲気において加熱処理することにより、珪素膜
の単結晶化と金属元素のゲッタリングを同時に行う。In the present invention, the crystalline silicon film is heat-treated in an atmosphere containing a halogen element, so that the silicon film is single-crystallized and the metal element is gettered at the same time.
【0144】まず、ゲッタリング効果により金属汚染が
容易に除去される。これはハロゲン元素の作用によるも
のであり、その結果、ニッケルとの結合が切れたシリコ
ン原子の不対結合手が増加するという2次的な作用を持
つ。First, metal contamination is easily removed by the gettering effect. This is due to the action of the halogen element, and as a result, it has a secondary action of increasing the number of dangling bonds of silicon atoms that have broken bonds with nickel.
【0145】次に、加熱処理によるアニール効果による
単結晶化である。この効果としては、パイプ密度、界面
準位、固定電荷、貫通転移など結晶性に悪影響を与える
因子を除去または充分減少できる。Next, there is a single crystallization due to the annealing effect of the heat treatment. As this effect, factors that adversely affect the crystallinity such as pipe density, interface state, fixed charge, and threading transition can be removed or sufficiently reduced.
【0146】図8中の析出物はシリサイド系物質であれ
ばハロゲン元素によるゲッタリング効果により除去する
ことが可能である。また、酸化物系物質であれば加熱処
理により酸素が再び脱離、拡散して酸化物が消滅するこ
とも期待できる。The precipitate in FIG. 8 can be removed by a gettering effect of a halogen element if it is a silicide type substance. Further, in the case of an oxide-based substance, it can be expected that oxygen is desorbed and diffused again by heat treatment and the oxide disappears.
【0147】〔実施例6〕本実施例では、実施例1にお
いてバッファ層となる酸化珪素膜に形成する凹または凸
パターンの形状を変えた例を示す。[Embodiment 6] In this embodiment, an example in which the shape of the concave or convex pattern formed in the silicon oxide film serving as the buffer layer in Embodiment 1 is changed is shown.
【0148】実施例1では正方形の微細な島状パターン
を形成したが、本実施例では直方形溝状パターンを形成
する。なお、本実施例は凹部となるように形成する例で
あるが、凸部となるように形成しても同様の効果が得ら
れる。In Example 1, a square fine island pattern was formed, but in this Example, a rectangular groove pattern is formed. Although the present embodiment is an example of forming a concave portion, the same effect can be obtained by forming a convex portion.
【0149】非晶質珪素膜の結晶化工程は実施例1に示
す通りであるので、ここでの説明は省略する。ここで
は、結晶化した際の結晶粒の形状を図9に示す。The crystallization process of the amorphous silicon film is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here. Here, FIG. 9 shows the shape of crystal grains when crystallized.
【0150】図9に示す様に、901で示される縦成長
領域を結晶核として横成長領域902が形成される。実
施例1と異なるのは、結晶核が点としてではなく、線と
して捉えられることである。As shown in FIG. 9, a lateral growth region 902 is formed with the vertical growth region 901 as a crystal nucleus. The difference from Example 1 is that the crystal nuclei are regarded not as dots but as lines.
【0151】そのため、結晶粒の形状は図9に示す様に
概略細長い六角形となる。この横成長領域902はA〜
Hの8つの領域に分割される。ただし、縦成長領域90
1は横幅Xに比べて長さYが十分長いので、実際に石英
基板上に形成するとA〜C、F〜Hの領域はD、Eの領
域と比べて無視できるほど小さいものとなる。Therefore, the shape of the crystal grain is a substantially elongated hexagon as shown in FIG. This lateral growth region 902 is A to
It is divided into eight areas of H. However, the vertical growth region 90
1, the length Y is sufficiently longer than the lateral width X. Therefore, when actually formed on a quartz substrate, the regions A to C and F to H are negligibly smaller than the regions D and E.
【0152】凹または凸パターンをこのような形状とす
る利点は、D、Eの領域をモノドメイン領域とすると実
施例1よりも大きなモノドメイン領域を得られることで
ある。即ち、その領域のみを用いて薄膜トランジスタの
活性層を構成すれば、同一の結晶性を有した活性層を一
つのモノドメイン領域内において複数形成することが可
能である。The advantage of forming the concave or convex pattern in such a shape is that when the regions D and E are monodomain regions, a larger monodomain region than that in Example 1 can be obtained. That is, if the active layer of the thin film transistor is configured using only that region, it is possible to form a plurality of active layers having the same crystallinity in one monodomain region.
【0153】〔実施例7〕本実施例は実施例2で示した
TFTでもってCMOS構造を形成する例である。図1
2〜図14に本実施例の作製工程を示す。なお、本発明
により形成される結晶性珪素膜の応用範囲は広く、CM
OS構造を形成する方法は本実施例に限ったものではな
い。[Embodiment 7] This embodiment is an example of forming a CMOS structure with the TFT shown in Embodiment 2. FIG.
2 to 14 show the manufacturing process of this embodiment. Note that the crystalline silicon film formed according to the present invention has a wide range of applications.
The method of forming the OS structure is not limited to this embodiment.
【0154】まず実施例1に示す構成に従って、石英基
板31上に酸化珪素膜32を成膜し、その上にモノドメ
イン領域を有した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モノドメイン領域のみで構成
されたNチャネル型TFTの活性層33とPチャネル型
TFTの活性層34を得る。First, according to the structure shown in Example 1, a silicon oxide film 32 is formed on a quartz substrate 31, and a crystalline silicon film having a monodomain region is obtained thereon. Then, by patterning it, an active layer 33 of the N-channel type TFT and an active layer 34 of the P-channel type TFT composed of only the mono domain region are obtained.
【0155】活性層33、34を形成したら、ゲイト絶
縁膜として機能する酸化珪素膜35をプラズマCVD法
で成膜する。厚さは500〜2000Å、代表的には1
000〜1500Åとする。また、ゲイト絶縁膜として
は酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等の他の絶縁膜を用いて
もよい。After forming the active layers 33 and 34, a silicon oxide film 35 functioning as a gate insulating film is formed by plasma CVD. Thickness is 500-2000Å, typically 1
000 to 1500Å. Further, as the gate insulating film, another insulating film such as a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be used.
【0156】こうして図12(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. 12A 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.
【0157】図12(A)に示す状態を得たら、図12
(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36を成膜する。When the state shown in FIG.
As shown in (B), an aluminum film 36 which will later form a gate electrode is formed.
【0158】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.
【0159】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 barbed or needle-shaped protrusions resulting from 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.
【0160】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.
【0161】アルミニウム膜36を成膜したら、電解溶
液中においてアルミニウム膜36を陽極とした陽極酸化
を行い、薄く緻密な陽極酸化膜37を成膜する。After forming the aluminum film 36, anodization is performed in the electrolytic solution using the aluminum film 36 as an anode to form a thin and dense anodic oxide film 37.
【0162】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.
【0163】ここでは陽極酸化膜37の厚さを100Å
程度とする。この陽極酸化膜37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12(B)に示す状態を得る。Here, the thickness of the anodic oxide film 37 is 100Å
Degree. The anodic oxide film 37 has a role of improving the adhesion with a resist mask formed later. Thus, the state shown in FIG. 12B is obtained.
【0164】次にレジストマスク38と39を形成す
る。そしてこのレジストマスク38と39を利用してア
ルミニウム膜36とその表面の陽極酸化膜37をパター
ニングする。このようにして図12(C)に示す状態を
得る。Next, resist masks 38 and 39 are formed. Then, using the resist masks 38 and 39, the aluminum film 36 and the anodic oxide film 37 on the surface thereof are patterned. Thus, the state shown in FIG. 12C is obtained.
【0165】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40と41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 performed with the patterns 40 and 41 made of the aluminum film remaining in this solution as anodes.
【0166】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40と41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40と41の上
面に緻密な陽極酸化膜とレジストマスク38と39が残
存しているからである。In this anodic oxidation process, the anodic oxidation selectively progresses on the side surfaces of the remaining aluminum films 40 and 41. This is because the dense anodic oxide film and the resist masks 38 and 39 remain on the upper surfaces of the aluminum films 40 and 41.
【0167】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42、43が
形成される。またこの多孔質状の陽極酸化膜42、43
は数μm程度まで成長させることができる。Further, in this anodic oxidation, the anodic oxide films 42 and 43 having a porous (porous) film quality are formed. Further, the porous anodic oxide films 42 and 43
Can be grown to about several μm.
【0168】本実施例では、この陽極酸化の進行距離、
即ち膜厚は7000Å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12
(D)に示す状態を得る。In the present embodiment, the progress distance of this anodic oxidation,
That is, the film thickness is 7,000 Å. The length of the low-concentration impurity region will be determined later by the progress distance of this anodic oxidation. Empirically, the growth distance of this porous anodic oxide film is 6000Å
It is desirable to set it to ~ 8000Å. Thus, FIG.
The state shown in (D) is obtained.
【0169】この状態においてゲイト電極1と2が画定
する。図12(D)に示す状態を得たら、レジストマス
ク38と39を取り除く。In this state, the gate electrodes 1 and 2 are defined. After obtaining the state shown in FIG. 12D, the resist masks 38 and 39 are removed.
【0170】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42と43の中に侵入す
る。この結果、図12(E)の44と45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 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 42 and 43. As a result, dense anodic oxide films indicated by 44 and 45 in FIG. 12E are formed.
【0171】この緻密な陽極酸化膜44と45の厚さは
500〜4000Åとする。この膜厚の制御は電圧印加
時間で行なう。なお、先に形成した緻密な陽極酸化膜3
7の残存部分はこの陽極酸化膜44と45と一体化して
しまう。The thickness of the dense anodic oxide films 44 and 45 is set to 500 to 4000 Å. The film thickness is controlled by the voltage application time. The dense anodic oxide film 3 previously formed
The remaining portion of 7 is integrated with the anodic oxide films 44 and 45.
【0172】次に、図12(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。Next, in the state shown in FIG.
The entire surface is doped with P (phosphorus) ions as a type-imparting impurity.
【0173】このドーピングは、0.2 〜5×1015/c
m2 、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
ング法やイオン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 or an ion doping method is used as the doping method.
【0174】この図12(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46、47、48、49
が形成される。As a result of the step shown in FIG. 12E, regions 46, 47, 48 and 49 in which P ions are implanted at a high concentration are formed.
Is formed.
【0175】次にアルミ混酸を用いて多孔質状の陽極酸
化膜42と43を除去する。この時、陽極酸化膜42、
43の直下に位置した活性層領域は、イオン注入されて
いないため実質的に真性である。Next, the porous anodic oxide films 42 and 43 are removed using aluminum mixed acid. At this time, the anodic oxide film 42,
The active layer region located immediately below 43 is substantially intrinsic because it is not ion-implanted.
【0176】次に、右側のPチャネル型の薄膜トランジ
スタを構成する素子を覆うようにしてレジストマスク5
0を形成する。こうして図13(A)に示す状態を得
る。Next, the resist mask 5 is formed so as to cover the element forming the P-channel type thin film transistor on the right side.
Form 0. Thus, the state shown in FIG. 13A is obtained.
【0177】図13(A)に示す状態を得たら、図13
(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。When 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 .
【0178】即ち、図13(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12(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, the dose amount of P ion implantation performed in the step shown in FIG. 13B is lower than the dose amount performed in the step shown in FIG. 12E.
【0179】この工程の結果、52と54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、51と
55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 52 and 54 become lightly doped low concentration impurity regions. Further, the regions 51 and 55 are high-concentration impurity regions in which P ions are implanted at a higher concentration.
【0180】この工程において、51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5
2と54が低濃度不純物領域、55がドレイン領域とな
る。また、53で示される領域は実質的に真性なチャネ
ル形成領域となる。なお、54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で
ある。In this step, the region 51 becomes the source region of the N-channel type thin film transistor. And 5
2 and 54 are low concentration impurity regions, and 55 is a drain region. The region indicated by 53 is a substantially intrinsic channel forming region. The region indicated by 54 is a region generally called an LDD (lightly doped drain) region.
【0181】また、特に図示しないが陽極酸化膜44で
イオン注入を遮られた領域がチャネル形成領域53と低
濃度不純物領域52、54との間に存在する。この領域
はオフセットゲイト領域と呼ばれ、陽極酸化膜44の膜
厚分の距離を有する。Although not shown in particular, there is a region where the ion implantation is blocked by the anodic oxide film 44 between the channel forming region 53 and the low concentration impurity regions 52 and 54. This region is called an offset gate region and has a distance corresponding to the film thickness of the anodic oxide film 44.
【0182】オフセットゲイト領域はイオン注入されず
実質的に真性であるが、ゲイト電圧が印加されないため
チャネルを形成せず、電界強度を緩和し、劣化を抑制す
る抵抗成分として機能する。Although the offset gate region is substantially intrinsic without being ion-implanted, it does not form a channel because a gate voltage is not applied and functions as a resistance component that relaxes the electric field strength and suppresses deterioration.
【0183】ただし、その距離(オフセットゲイト幅)
が短い場合、実効的なオフセットゲイト領域として機能
しない。また、どれだけの距離があれば有効に機能する
かの明確な境界はない。However, the distance (offset gate width)
Is short, it does not function as an effective offset gate region. Also, there is no clear boundary as to how far away it will work effectively.
【0184】次に、レジストマスク50を除去して、図
13(C)に示すように左側の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56を形成する。Next, the resist mask 50 is removed, and a resist mask 56 covering the left N-channel type thin film transistor is formed as shown in FIG.
【0185】次に、図13(C)に示す状態においてP
型を付与する不純物として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 〜10×1
015/cm2 、好ましくは1〜2×1015/cm2 程度
とする。このドーズ量は図12(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。Next, in the state shown in FIG.
B (boron) ions are implanted as an impurity imparting a mold. Here, the dose amount of B ions is 0.2 to 10 × 1.
It is about 0 15 / cm 2 , preferably about 1 to 2 × 10 15 / cm 2 . This dose amount can be approximately the same as the dose amount in the step shown in FIG.
【0186】この工程により形成される57と61で示
される領域は、N型およびP型を付与する不純物を含む
が、実質的に取り出し電極とのコンタクトをとる為のパ
ッド(以下、コンタクトパッドと呼ぶ)としての機能し
か持たない。即ち、左側のNチャネル型の薄膜トランジ
スタと異なり、57、61の領域をソース/ドレイン領
域と明確に区別する。The regions 57 and 61 formed by this step include impurities imparting N-type and P-type, but are substantially pads (hereinafter referred to as contact pads) for making contact with the extraction electrodes. It has only the function of calling. That is, unlike the N-channel thin film transistor on the left side, the regions 57 and 61 are clearly distinguished from the source / drain regions.
【0187】本発明者らはPチャネル型の薄膜トランジ
スタに関して、ソース領域を58で示される領域、ドレ
イン領域を60で示される領域として定義している。The present inventors defined the source region as a region indicated by 58 and the drain region as a region indicated by 60 in the P-channel type thin film transistor.
【0188】これらの領域58、60は実質的に真性で
あった領域にBイオンのみを注入して形成されている。
そのため、他のイオンが混在しないので不純物濃度の制
御が容易なものとなり、整合性の良いPI接合を実現で
きる。また、イオン注入による結晶性の乱れも比較的小
さなもので済む。These regions 58 and 60 are formed by implanting only B ions into the substantially intrinsic region.
Therefore, since other ions do not coexist, the impurity concentration can be easily controlled, and a PI junction with good compatibility can be realized. Further, the disorder of crystallinity due to ion implantation can be relatively small.
【0189】また、陽極酸化膜45を利用してオフセッ
トゲイト領域を形成することもできるが、経験的にはP
チャネル型の薄膜トランジスタは殆ど劣化しないため、
オフセットゲイト領域を特に設ける必要はない。Although the offset gate region can be formed by using the anodic oxide film 45, it is empirically determined that P
Since the channel type thin film transistor hardly deteriorates,
It is not necessary to provide the offset gate region.
【0190】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58とドレイン領域60が形成される。ま
た59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。そして、前述のように57、61はそれぞ
れソース領域58、ドレイン領域60から電流を取り出
すためのコンタクトパッドとなる。Thus, the source region 58 and the drain region 60 of the P-channel type thin film transistor are formed. Further, the region 59 is a channel forming region without any impurities being implanted. Further, as described above, 57 and 61 serve as contact pads for taking out current from the source region 58 and the drain region 60, respectively.
【0191】次に、図13(C)に示す工程の終了後、
レジストマスク56を取り除き、図13(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。Next, after the step shown in FIG.
The resist mask 56 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.
【0192】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51と55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58と60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, the source / drain regions of the N-channel type thin film transistor, which are indicated by a pair of 51 and 55, and the source / drain region of the P-channel type thin film transistor,
Irradiation with laser light can be performed in a state where the difference in crystallinity between the drain region 58 and the region indicated by the pair 60 is not so large.
【0193】上記結晶性の違いがそれ程大きくないの
は、図13(C)に示す工程において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58、60がイ
オン注入の際に大きな損傷を受けていないからである。The difference in crystallinity is not so large because the source / drain regions 58 and 60 of the P-channel type thin film transistor are not greatly damaged during the ion implantation in the step shown in FIG. 13C. Is.
【0194】従って、図13(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。即ち、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。Therefore, when laser light irradiation is performed in the state shown in FIG. 13D to anneal the source / drain regions of the two thin film transistors, the difference in annealing effect can be corrected. That is, the obtained N
The difference in characteristics between the P-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor can be corrected.
【0195】図13(D)に示す状態を得たら、図14
(A)に示すように層間絶縁膜62を4000Åの厚さ
に成膜する。層間絶縁膜62は酸化珪素膜、酸化窒化珪
素膜、窒化珪素膜のいずれでも良く、多層構造としても
良い。これら珪化膜の成膜方法は、プラズマCVD法や
熱CVD法を用いればよい。When the state shown in FIG. 13D is obtained, the state shown in FIG.
As shown in (A), an interlayer insulating film 62 is formed to a thickness of 4000Å. The interlayer insulating film 62 may be any of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film, and may have a multilayer structure. A plasma CVD method or a thermal CVD method may be used as a method for forming these silicide films.
【0196】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
63とドレイン電極64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65と
ドレイン電極66を形成する。Next, contact holes are formed to form a source electrode 63 and a drain electrode 64 of an N-channel type thin film transistor (NTFT). At the same time, a source electrode 65 and a drain electrode 66 of a P-channel type thin film transistor (PTFT) are formed.
【0197】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64とPチャネル型の薄膜トランジスタの
ドレイン電極66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構造を構成することが出来る。(図14
(B))Patterning is performed so that the drain electrode 64 of the N-channel thin film transistor and the drain electrode 66 of the P-channel thin film transistor are connected to each other, and the gate electrodes of two TFTs are connected to each other to form a CMOS structure. You can do it. (Fig. 14
(B))
【0198】例えば、本実施例に示すような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。For example, the CMOS type thin film circuit as shown in this embodiment can be used for an active matrix type liquid crystal display device or an active matrix type EL display device.
【0199】なお、図12(E)、図13(B)、図1
3(C)に示す不純物イオンの注入工程において、活性
層がゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜35で覆われて
いることは重要である。Note that FIG. 12 (E), FIG. 13 (B), and FIG.
In the step of implanting the impurity ions shown in FIG. 3C, it is important that the active layer is covered with the silicon oxide film 35 forming the gate insulating film.
【0200】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.
【0201】〔実施例8〕本実施例では、実施例1で示
す結晶性珪素膜をシリコンウェハー上に形成する例を示
す。この場合、シリコンウェハー表面に絶縁層を設ける
必要があるが、通常熱酸化膜を利用することが多い。[Embodiment 8] This embodiment shows an example in which the crystalline silicon film shown in Embodiment 1 is formed on a silicon wafer. In this case, it is necessary to provide an insulating layer on the surface of the silicon wafer, but usually a thermal oxide film is often used.
【0202】熱処理の温度範囲は700〜1300℃が
一般的であり、所望の酸化膜厚によって処理時間は変化
する。The temperature range of the heat treatment is generally 700 to 1300 ° C., and the treatment time varies depending on the desired oxide film thickness.
【0203】また、シリコンウェハーの熱酸化は通常O
2 、O2-H2 O、H2 O、O2-H2燃焼などの雰囲気で
行なわれる。また、HClやCl2 などのハロゲン元素
を添加した雰囲気での酸化も広く実用化されている。Further, thermal oxidation of a silicon wafer is usually O
2 , O 2 -H 2 O, H 2 O, O 2 -H 2 combustion or the like. Further, oxidation in an atmosphere to which a halogen element such as HCl or Cl 2 is added is also widely used.
【0204】シリコンウェハーはICなどの半導体デバ
イスに欠かせない基体の一つであり、ウェハー上に様々
な半導体素子を形成する技術が生み出されている。The silicon wafer is one of the essential substrates for semiconductor devices such as ICs, and techniques for forming various semiconductor elements on the wafer have been created.
【0205】本実施例によれば、単結晶に匹敵する結晶
性を備えた結晶性珪素膜を従来のシリコンウェハーを用
いた技術に組み合わせ、結晶性珪素膜の応用範囲をさら
に拡大することができる。According to this embodiment, a crystalline silicon film having crystallinity comparable to that of a single crystal can be combined with the conventional technique using a silicon wafer to further expand the range of application of the crystalline silicon film. .
【0206】〔実施例9〕本実施例は実施例8の一例と
してシリコンウェハー上に形成されたICの上に、本発
明による結晶性珪素膜を用いたTFTを形成する例を示
す。製造プロセスの概要を図15を用いて説明する。[Embodiment 9] This embodiment shows an example of Embodiment 8 in which a TFT using a crystalline silicon film according to the present invention is formed on an IC formed on a silicon wafer. The outline of the manufacturing process will be described with reference to FIG.
【0207】図15(A)に示すのは通常のプロセスに
よりシリコンウェハー上に形成されたMOS−FETで
ある。71で示されるのはシリコン基板、72、73は
素子同士を分離するための絶縁膜であり、一般的には熱
酸化膜が用いられる。FIG. 15A shows a MOS-FET formed on a silicon wafer by a normal process. Reference numeral 71 indicates a silicon substrate, and reference numerals 72 and 73 indicate insulating films for separating the elements from each other. Generally, a thermal oxide film is used.
【0208】また、74はソース領域、75はドレイン
領域であり、シリコン基板71に一導電性を付与する不
純物イオンを注入した後、拡散工程を経て形成される。
シリコン基板71がP型ならN型を付与する不純物(リ
ン)を、シリコン基板71がN型ならP型を付与する不
純物(ボロン)を注入する。Also, 74 is a source region and 75 is a drain region, which are formed through a diffusion process after implanting impurity ions imparting one conductivity type into the silicon substrate 71.
If the silicon substrate 71 is P type, an impurity (phosphorus) that imparts N type is implanted, and if the silicon substrate 71 is N type, an impurity (boron) that imparts P type is implanted.
【0209】また、76で示される領域はチャネル形成
領域である。この領域のシリコン表面にはイオン注入後
の拡散工程で形成される熱酸化膜の一部が膜厚制御を行
なって残され、ゲイト絶縁膜として機能する。77は一
導電型を有する多結晶珪素膜でなるゲイト電極である。Further, the region indicated by 76 is a channel forming region. A part of the thermal oxide film formed in the diffusion process after ion implantation is left on the silicon surface in this region by controlling the film thickness, and functions as a gate insulating film. Reference numeral 77 is a gate electrode made of a polycrystalline silicon film having one conductivity type.
【0210】ゲイト電極77は酸化珪素膜等の絶縁膜7
8で覆われ、ソース電極79やドレイン電極80と電気
的に短絡しない構成となっている。(図15(A))The gate electrode 77 is an insulating film 7 such as a silicon oxide film.
It is covered with 8 and is not electrically short-circuited with the source electrode 79 and the drain electrode 80. (Fig. 15 (A))
【0211】図15(A)の状態が得られたら、層間絶
縁膜81を成膜する。この層間絶縁膜としては酸化珪素
膜、窒化珪素膜等が用いられる。層間絶縁膜81を成膜
したら、コンタクトホールを形成してドレイン電極から
の取り出し配線82を形成する。(図15(B))After the state of FIG. 15A is obtained, an interlayer insulating film 81 is formed. A silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is used as this interlayer insulating film. After forming the interlayer insulating film 81, a contact hole is formed and a lead wiring 82 from the drain electrode is formed. (Fig. 15 (B))
【0212】図15(B)の状態を得たら、CMP(ケ
ミカル・メカニカル・ポリッシング)技術などにより研
磨を施し、露出表面の平坦化を行なう。この工程によ
り、層間絶縁膜81は平坦化され、取り出し配線82の
凸部は無くなる。After obtaining the state of FIG. 15B, the exposed surface is flattened by polishing by CMP (chemical mechanical polishing) technique or the like. By this step, the interlayer insulating film 81 is flattened, and the protruding portion of the take-out wiring 82 disappears.
【0213】図15(C)において83は平坦化された
層間絶縁膜、84はその平坦面である。また、85は凸
部の無くなった取り出し配線であり、それと接続して取
り出し配線86が形成される。In FIG. 15C, reference numeral 83 is a flattened interlayer insulating film, and 84 is a flat surface thereof. In addition, reference numeral 85 is a lead-out wiring having no convex portion, and a lead-out wiring 86 is formed in connection with the lead-out wiring.
【0214】なお、これらソース電極79、ドレイン電
極80、取り出し配線86はいずれも1100℃程度ま
で耐えうる耐熱性を有した材料で形成する必要がある。
これは、後に形成される活性層の形成温度を考慮しての
ことである。The source electrode 79, the drain electrode 80, and the take-out wiring 86 must all be made of a material having heat resistance that can withstand up to about 1100 ° C.
This is in consideration of the formation temperature of the active layer formed later.
【0215】次に、層間絶縁膜87を成膜する。この層
間絶縁膜87の上に本発明を適用することができる。即
ち、層間絶縁膜87上にモノドメイン領域を用いて形成
した活性層を有する薄膜トランジスタを形成する。Next, an interlayer insulating film 87 is formed. The present invention can be applied on the interlayer insulating film 87. That is, a thin film transistor having an active layer formed by using a monodomain region is formed on the interlayer insulating film 87.
【0216】まず、実施例1に従ってモノドメイン領域
でなる活性層88を形成する。そして、ゲイト絶縁膜8
9を成膜し、次にゲイト電極90を形成する。そして、
一導電型を付与する不純物を活性層に注入する。First, the active layer 88 formed of a monodomain region is formed according to the first embodiment. And the gate insulating film 8
9 is formed, and then the gate electrode 90 is formed. And
An impurity imparting one conductivity type is injected into the active layer.
【0217】不純物注入が終了したら後に低濃度不純物
領域を形成するためのサイドウォール91を形成する。
サイドウォール91の形成方法は次の工程に従う。After the impurity implantation is completed, sidewalls 91 for forming a low-concentration impurity region later are formed.
The sidewall 91 is formed according to the following steps.
【0218】まず、ゲイト電極90を覆って酸化珪素膜
等でなる絶縁膜(図示せず)をゲイト電極90の膜厚以
上に形成する。次に、ドライエッチング法による異方性
エッチングを行い、成膜した絶縁膜を除去すると、ゲイ
ト電極90の側面のみに絶縁膜が残存する。これがサイ
ドウォール91となる。First, an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film or the like is formed so as to cover the gate electrode 90 and have a thickness equal to or larger than that of the gate electrode 90. Next, anisotropic etching is performed by dry etching to remove the formed insulating film, so that the insulating film remains only on the side surface of the gate electrode 90. This becomes the sidewall 91.
【0219】この状態で再度不純物注入を行う。する
と、2度目に不純物を注入された領域はソース領域およ
びドレイン領域となり、サイドウォールで遮蔽された領
域はソース領域およびドレイン領域と比較して低濃度の
不純物領域となる。不純物注入後は加熱処理やレーザー
光の照射等により不純物の活性化を行う。Impurity implantation is performed again in this state. Then, the region into which the impurity is implanted a second time becomes the source region and the drain region, and the region shielded by the sidewall becomes the impurity region having a lower concentration than the source region and the drain region. After implanting the impurities, the impurities are activated by heat treatment, laser light irradiation, or the like.
【0220】以上の様にして、活性層を構成したら層間
絶縁膜92として酸化珪素膜または窒化珪素膜を成膜
し、コンタクトホールを形成してソース電極93および
ドレイン電極94を形成する。After the active layer is formed as described above, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed as an interlayer insulating film 92, contact holes are formed, and a source electrode 93 and a drain electrode 94 are formed.
【0221】以上、本実施例で示す様にIC上に本発明
を応用することで、図15(D)のような三次元構造で
なる集積回路を構成することが可能である。本発明によ
れば、ICの上方に形成されるTFTは単結晶上に形成
したTFTに匹敵する性能を有するため、IC本来の性
能を損なわず、従来以上の高密度集積化回路を実現する
ことができる。 〔実施例10〕本実施例では、本発明を応用して作製し
たTFTをDRAM(Dynamic RondomAccess Memory)
に応用した例について説明する。説明には図16を用い
ることとする。As described above, by applying the present invention on an IC as shown in this embodiment, an integrated circuit having a three-dimensional structure as shown in FIG. 15D can be formed. According to the present invention, since the TFT formed above the IC has a performance comparable to that of the TFT formed on the single crystal, it is possible to realize a higher density integrated circuit than before without impairing the original performance of the IC. You can [Embodiment 10] In this embodiment, a TFT manufactured by applying the present invention is a DRAM (Dynamic Rondom Access Memory).
An example applied to is explained. FIG. 16 is used for the description.
【0222】DRAMは記憶する情報を電荷としてコン
デンサに蓄える形式のメモリである。コンデンサへの情
報としての電荷の出し入れは、コンデンサに直列に接続
されたTFTによって制御される。DRAMの1個のメ
モリセルを構成するTFTとコンデンサの回路を図16
(A)に示す。The DRAM is a type of memory in which information to be stored is stored in a capacitor as an electric charge. The transfer of charge as information to and from the capacitor is controlled by a TFT connected in series to the capacitor. FIG. 16 shows a circuit of a TFT and a capacitor constituting one memory cell of a DRAM.
It shows in (A).
【0223】ワード線1601によってゲイト信号を与
えられると、1603で示されるTFTは導通状態とな
る。この状態でビット線1602側からコンデンサ16
04に電荷が充電されて情報を読み込んだり、充電した
コンデンサから電荷を取り出して情報を読みだしたりす
る。When a gate signal is applied by the word line 1601, the TFT indicated by 1603 becomes conductive. In this state, the capacitor 16
04 is charged with electric charges to read information, or electric charges are taken out from a charged capacitor to read information.
【0224】DRAMの断面構造を図16(B)に示
す。1605で示されるのは、石英基板もしくはシリコ
ン基板でなる基体である。シリコン基板であれば、所謂
SOI構造を構成することができる。A sectional structure of the DRAM is shown in FIG. Reference numeral 1605 denotes a base made of a quartz substrate or a silicon substrate. If it is a silicon substrate, a so-called SOI structure can be formed.
【0225】上記基体1605上には下地膜として酸化
珪素膜1606が成膜され、その上には本発明を応用し
たTFTが作製される。なお、基体1605がシリコン
基板であれば、下地膜1606として熱酸化膜を用いる
こともできる。また、1607は実施例1に従って形成
されたモノドメイン領域からなる活性層である。A silicon oxide film 1606 is formed as a base film on the base 1605, and a TFT to which the present invention is applied is formed on the silicon oxide film 1606. Note that when the base 1605 is a silicon substrate, a thermal oxide film can be used as the base film 1606. Further, 1607 is an active layer composed of a mono domain region formed according to the first embodiment.
【0226】活性層1607はゲイト絶縁膜1608で
覆われ、その上にはゲイト電極1609が形成される。
そして、その上に層間絶縁膜1610が積層された後、
ソース電極1611が形成される。このソース電極16
11の形成と同時にビット線1602および1612で
示される電極が形成される。また、1613は絶縁膜で
なる保護膜である。The active layer 1607 is covered with a gate insulating film 1608, on which a gate electrode 1609 is formed.
Then, after an interlayer insulating film 1610 is laminated thereon,
A source electrode 1611 is formed. This source electrode 16
At the same time as the formation of 11, the electrodes indicated by the bit lines 1602 and 1612 are formed. 1613 is a protective film made of an insulating film.
【0227】この電極1612は固定電位を保ち、その
下方に存在する活性層のドレイン領域との間にコンデン
サ1614を形成する。即ち、このコンデンサに蓄積さ
れた電荷をTFTにより書き込んだり、読み出したりす
ることで記憶素子としての機能を有することになる。This electrode 1612 maintains a fixed potential, and a capacitor 1614 is formed between the electrode 1612 and the drain region of the active layer located therebelow. That is, the electric charge accumulated in this capacitor is written into or read from the TFT to have a function as a memory element.
【0228】DRAMの特徴は1個のメモリを構成する
素子数がTFTとコンデンサだけで非常に少ないので、
高集積密度の大規模メモリを構成するのに適している。
また、価格も低く抑えられるので、現在最も大量に使用
されている。The feature of the DRAM is that the number of elements constituting one memory is very small with only the TFT and the capacitor.
It is suitable for constructing large-scale memory with high integration density.
In addition, the price is kept low, so it is currently used in the largest amount.
【0229】例えば、シリコン基板上に本発明を応用し
たSOI構造を形成した場合、接合面積が小さいためT
FTのリーク(漏洩)電流を小さく抑えることが出来
る。このことはデータ保持時間に大きく寄与する。For example, when an SOI structure to which the present invention is applied is formed on a silicon substrate, the junction area is small, so T
The leak current of the FT can be suppressed to a small value. This greatly contributes to the data retention time.
【0230】また、SOI基板上にDRAMセルを形成
した場合の特徴として蓄積容量を小さく設定することが
できるため、低電圧での動作を可能とすることができ
る。Further, as a characteristic of the DRAM cell formed on the SOI substrate, since the storage capacitance can be set small, it is possible to operate at a low voltage.
【0231】〔実施例11〕本実施例では、本発明を応
用して作製したTFTをSRAM(Static RondomAcces
s Memory )に応用した例について説明する。説明には
図17を用いることとする。[Embodiment 11] In this embodiment, a TFT manufactured by applying the present invention is used as an SRAM (Static RondomAcces).
s Memory) will be described. FIG. 17 is used for the description.
【0232】SRAMはフリップフロップ等の双安定回
路を記憶素子に用いたメモリであって、双安定回路のO
N−OFFあるいはOFF−ONの2安定状態に対応し
て2進情報値(0または1)を記憶するものである。電
源の供給がある限り記憶が保持される点で有利である。The SRAM is a memory that uses a bistable circuit such as a flip-flop as a storage element, and is an O of the bistable circuit.
The binary information value (0 or 1) is stored corresponding to the two stable states of N-OFF or OFF-ON. This is advantageous in that memory is retained as long as power is supplied.
【0233】記憶回路はN−MOSやC−MOSで構成
される。図17(A)に示すSRAMの回路は受動負荷
素子に高抵抗を用いた回路である。The memory circuit is composed of N-MOS and C-MOS. The SRAM circuit shown in FIG. 17A is a circuit using a high resistance as a passive load element.
【0234】1701で示されるのはワード線であり、
1702はビット線である。1703は高抵抗で構成さ
れる負荷素子であり、1704で示されるような2組の
ドライバトランジスタと1705で示されるような2組
のアクセストランジスタとでSRAMが構成される。Reference numeral 1701 is a word line,
1702 is a bit line. Reference numeral 1703 denotes a load element having a high resistance, and an SRAM is composed of two sets of driver transistors as indicated by 1704 and two sets of access transistors as indicated by 1705.
【0235】TFTの断面構造を図17(B)に示す。
石英基板もしくはシリコン基板でなる基体1706上に
下地膜として酸化珪素膜1707を成膜し、その上に本
発明を応用したTFTを作製することができる。170
8は実施例1に従って形成されたモノドメイン領域から
なる活性層である。A cross-sectional structure of the TFT is shown in FIG.
A silicon oxide film 1707 is formed as a base film over a base 1706 formed of a quartz substrate or a silicon substrate, and a TFT to which the present invention is applied can be manufactured thereover. 170
Reference numeral 8 is an active layer composed of a monodomain region formed according to the first embodiment.
【0236】活性層1708はゲイト絶縁膜1709で
覆われ、その上にはゲイト電極1710が形成される。
そして、その上に層間絶縁膜1711が積層された後、
ソース電極1712が形成される。このソース電極17
12の形成と同時にビット線1702およびドレイン電
極1713が形成される。The active layer 1708 is covered with a gate insulating film 1709, and a gate electrode 1710 is formed thereon.
Then, after an interlayer insulating film 1711 is laminated thereon,
The source electrode 1712 is formed. This source electrode 17
The bit line 1702 and the drain electrode 1713 are formed at the same time as the formation of the bit line 12.
【0237】その上には再び層間絶縁膜1714が積層
され、次に高抵抗負荷としてポリシリコン膜1715が
形成される。1716は絶縁膜でなる保護膜である。An interlayer insulating film 1714 is laminated again thereon, and then a polysilicon film 1715 is formed as a high resistance load. Reference numeral 1716 denotes a protective film made of an insulating film.
【0238】以上のような構成でなるSRAMの特徴
は、高速動作が可能で、信頼性が高くシステムへの組む
込みが容易なことなどである。The characteristics of the SRAM having the above-described structure are that it can operate at high speed, has high reliability, and can be easily incorporated into a system.
【0239】〔実施例12〕本実施例では、実施例2の
半導体装置および実施例7のCMOS構造を用いて同一
基体上にアクティブマトリクス領域とこのアクティブマ
トリクス領域を駆動する周辺駆動回路とを集積化した例
を示す。[Embodiment 12] In this embodiment, the semiconductor device of Embodiment 2 and the CMOS structure of Embodiment 7 are used to integrate an active matrix region and a peripheral drive circuit for driving this active matrix region on the same substrate. An example is shown below.
【0240】集積化されたアクティブマトリクス型の液
晶表示装置を構成する一方の基体は以下ような構成を有
している。即ち、アクティブマトリクス領域には、マト
リクス状に配置された画素のそれぞれにスイッチング用
の薄膜トランジスタが少なくとも一つ配置され、このア
クティブマトリクス領域を駆動するための周辺回路がア
クティブマトリクス領域の周囲に配置されている。そし
てこれらの回路は全て1枚の石英基板(またはシリコン
基板)上に集積化されている。One of the substrates constituting the integrated active matrix type liquid crystal display device has the following constitution. That is, in the active matrix area, at least one thin film transistor for switching is arranged in each of the pixels arranged in a matrix, and peripheral circuits for driving the active matrix area are arranged around the active matrix area. There is. All of these circuits are integrated on a single quartz substrate (or silicon substrate).
【0241】このような構成に本明細書で開示する発明
を利用すると、単結晶上に形成したMOS−FETに匹
敵する性能を有する薄膜トランジスタでもってアクティ
ブマトリクス領域と周辺回路とを構成することができ
る。When the invention disclosed in this specification is used for such a structure, the active matrix region and the peripheral circuit can be formed by thin film transistors having performance comparable to that of a MOS-FET formed on a single crystal. .
【0242】即ち、図4で示す薄膜トランジスタでもっ
てアクティブマトリクス領域の画素TFTを構成し、図
12〜図14で示すCMOS構成でもって周辺回路を構
成する。That is, the thin film transistor shown in FIG. 4 constitutes the pixel TFT in the active matrix region, and the CMOS circuit shown in FIGS. 12 to 14 constitutes the peripheral circuit.
【0243】アクティブマトリクス領域に配置される薄
膜トランジスタは、画素電極に保持された電荷を所定の
時間でもって維持する必要から、そのオフ電流値を極力
小さくすることが望まれる。Since it is necessary for the thin film transistor arranged in the active matrix region to maintain the electric charge held in the pixel electrode for a predetermined time, it is desirable to make the off current value as small as possible.
【0244】本発明による薄膜トランジスタはその活性
層がモノドメイン領域で形成されているため、オフ電流
が優先的に流れるパス(電流経路)となりうる結晶粒界
が実質的に存在しない。従って、オフ電流の小さい薄膜
トランジスタを配置することが可能である。Since the active layer of the thin film transistor according to the present invention is formed in the monodomain region, there is substantially no crystal grain boundary that can serve as a path (current path) through which the off current preferentially flows. Therefore, a thin film transistor with a small off-state current can be provided.
【0245】一方で周辺駆動回路はCMOS回路が多用
される。そしてその特性を高いものとするためには、C
MOS回路を構成する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を極力そろ
えることが必要とされる。On the other hand, a CMOS circuit is often used as the peripheral drive circuit. And in order to improve its characteristics, C
It is necessary to make the characteristics of the N-channel type thin film transistor and the P-channel type thin film transistor forming the MOS circuit uniform as much as possible.
【0246】このような目的のためには、実施例7(図
12〜図14参照)に示したようなCMOS構造が最適
なものとなる。For such a purpose, the CMOS structure as shown in Embodiment 7 (see FIGS. 12 to 14) is optimum.
【0247】このようにしてそれぞれの回路に好ましい
特性を有した構成でなる集積化されたアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置を得ることができる。In this way, it is possible to obtain an integrated active matrix type liquid crystal display device having a structure in which each circuit has preferable characteristics.
【0248】〔実施例13〕本実施例では実施例2にお
いてゲイト絶縁膜の形成工程を異なるものとした場合の
例について説明する。[Embodiment 13] In this embodiment, an example in which the step of forming the gate insulating film is different from that in Embodiment 2 will be described.
【0249】まず、実施例1と同様の工程を経てモノド
メイン領域を含む半導体薄膜を形成し、次いでモノドメ
イン領域のみを選択的に利用して半導体装置の活性層を
形成する。First, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed through the same steps as in Example 1, and then only the monodomain region is selectively utilized to form an active layer of a semiconductor device.
【0250】次に、活性層を覆う様にして200 〜1500Å
(本実施例では800 Å)の厚さの珪素を主成分とする絶
縁膜(本実施例では酸化珪素膜)をCVD法またはPV
D法に代表される気相法により成膜する。この時、酸化
珪素膜の膜厚は最終的な絶縁耐圧を考慮して決定すれば
良い。また、酸化珪素膜の代わりに酸化窒化珪素膜や窒
化珪素膜を用いることもできる。Next, 200 to 1500Å so as to cover the active layer.
An insulating film (silicon oxide film in this embodiment) having a thickness of (800 Å in this embodiment) containing silicon as a main component is formed by CVD or PV.
A film is formed by a vapor phase method typified by method D. At this time, the thickness of the silicon oxide film may be determined in consideration of the final withstand voltage. Further, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film can be used instead of the silicon oxide film.
【0251】酸化珪素膜の成膜が終了したら、再びハロ
ゲン元素を含む雰囲気における第3の加熱処理を行う。
この加熱処理は実施例1におけるハロゲン元素を含む雰
囲気における加熱処理(第2の加熱処理)と同様の条件
で行えば良い。After the formation of the silicon oxide film is completed, the third heat treatment is again performed in an atmosphere containing a halogen element.
This heat treatment may be performed under the same conditions as the heat treatment (second heat treatment) in the atmosphere containing the halogen element in the first embodiment.
【0252】この第3の加熱処理により活性層中に残存
するニッケル等の金属元素がさらに低減され、それに伴
いモノドメイン領域の結晶性もさらに向上する。また、
活性層と前述の酸化珪素膜との界面においては熱酸化反
応が進行し、200 Å程度の熱酸化膜が形成される。その
際、活性層の最終的な膜厚が200 〜300 Å(代表的には
250 Å)となる様に設定しておくとオフ電流を低減する
上で効果的である。By the third heat treatment, the metal elements such as nickel remaining in the active layer are further reduced, and the crystallinity of the monodomain region is further improved accordingly. Also,
At the interface between the active layer and the silicon oxide film described above, a thermal oxidation reaction proceeds to form a thermal oxide film of about 200 Å. At that time, the final thickness of the active layer is 200 to 300 Å (typically
Setting it to 250 Å) is effective in reducing the off current.
【0253】なお、本実施例では上記ハロゲン元素を含
む雰囲気における加熱処理に引き続いて窒素雰囲気中、
950 ℃1hr 程度の加熱処理を施すことで熱酸化膜および
珪素を主成分とする絶縁膜の膜質を向上させる。In this embodiment, the heat treatment in the atmosphere containing the halogen element is followed by a nitrogen atmosphere,
By performing heat treatment at 950 ° C. for about 1 hr, the film quality of the thermal oxide film and the insulating film containing silicon as its main component is improved.
【0254】また、ハロゲン元素を含む雰囲気における
加熱処理を施した結果、活性層とゲイト絶縁膜との界面
付近にはハロゲン元素が高濃度に残留する。SIMS測
定によれば 1×1019〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で存在
する。Further, as a result of performing the heat treatment in the atmosphere containing the halogen element, the halogen element remains at a high concentration near the interface between the active layer and the gate insulating film. According to SIMS measurement, it exists at a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 atoms / cm 3 .
【0255】さらに、活性層と前述の酸化珪素膜との界
面に形成された熱酸化膜は、前記酸化珪素膜と共にゲイ
ト絶縁膜を構成する。この時、熱酸化膜が形成される際
に活性層界面の欠陥準位や格子間シリコン原子等を減少
させるため、活性層とゲイト絶縁膜との界面状態は非常
に優れたものとなる。Further, the thermal oxide film formed at the interface between the active layer and the above-mentioned silicon oxide film constitutes a gate insulating film together with the silicon oxide film. At this time, when the thermal oxide film is formed, the defect level at the interface of the active layer and the interstitial silicon atoms are reduced, so that the interface state between the active layer and the gate insulating film becomes very excellent.
【0256】また、実施例1にも述べた様に活性層表面
を極めて平坦であるため熱酸化反応は均一に進行し、ゲ
イト絶縁膜の膜厚も均一なものとなる。この事は界面状
態を良くするだけでなく、ゲイト絶縁膜の耐圧を向上さ
せる上で好ましい。Further, as described in Example 1, since the surface of the active layer is extremely flat, the thermal oxidation reaction proceeds uniformly and the thickness of the gate insulating film becomes uniform. This is preferable not only for improving the interface state but also for improving the breakdown voltage of the gate insulating film.
【0257】以上の様に、本実施例を実施することでニ
ッケル等の金属元素を低減するだけでなく、活性層とゲ
イト絶縁膜との界面状態を極めて良好なものとし、優れ
た電気特性と高い信頼性を有する半導体装置を実現する
ことが可能となる。As described above, by carrying out this embodiment, not only the metal elements such as nickel are reduced, but also the interface state between the active layer and the gate insulating film is made extremely excellent, and excellent electrical characteristics are obtained. It is possible to realize a semiconductor device having high reliability.
【0258】なお、実施例1に示した第2の加熱処理と
本実施例に示した第3の加熱処理とを同時に兼ねてしま
うことも可能である。そのためには、実施例1において
結晶性珪素膜109(第2の加熱処理を施す前の結晶性
珪素膜)をパターニングして活性層を形成し、本実施例
の様な構成とすれば良い。Note that the second heat treatment shown in Embodiment 1 and the third heat treatment shown in this Embodiment can be simultaneously performed. For that purpose, the crystalline silicon film 109 (the crystalline silicon film before the second heat treatment) in Example 1 is patterned to form an active layer, and the constitution as in this example may be adopted.
【0259】〔実施例14〕本実施例は実施例12とは
異なる条件で活性層とゲイト絶縁膜との界面状態を改善
する場合の例である。[Embodiment 14] This embodiment is an example of improving the interface state between the active layer and the gate insulating film under the conditions different from those of the embodiment 12.
【0260】まず、実施例1と同様の工程を経てモノド
メイン領域を含む半導体薄膜を形成し、次いでモノドメ
イン領域のみを選択的に利用して半導体装置の活性層を
形成する。そして、実施例12と同様に200 〜1500Åの
厚さの酸化珪素膜をCVD法またはPVD法により成膜
する。First, a semiconductor thin film including a monodomain region is formed through the same steps as in Example 1, and then only the monodomain region is selectively utilized to form an active layer of a semiconductor device. Then, as in Example 12, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 1500 Å is formed by the CVD method or the PVD method.
【0261】この状態で500 〜700 ℃(代表的には640
〜650 ℃) の加熱処理を行う。この温度範囲は熱酸化を
行うことのできる下限に近い温度である。また、この加
熱処理は酸素のみの雰囲気でも良いし、ハロゲン元素を
含む雰囲気であっても良い。また、雰囲気中に水蒸気を
含むウェット雰囲気とすることもできる。Under this condition, the temperature is 500 to 700 ° C (typically 640
Heat treatment (~ 650 ℃). This temperature range is a temperature close to the lower limit at which thermal oxidation can be performed. Further, this heat treatment may be performed in an atmosphere containing only oxygen or an atmosphere containing a halogen element. Alternatively, the atmosphere may be a wet atmosphere containing water vapor.
【0262】本実施例の条件で加熱処理を行う場合、0.
5 〜2hr 程度も処理すれば数十Å未満(例えば10〜90
Å)の熱酸化膜が形成される。そして、熱酸化膜の成長
はこの程度の膜厚にほぼ収束する。When heat treatment is performed under the conditions of this embodiment,
If it is processed for about 5 to 2 hours, it will be less than several tens of liters (eg
Å) thermal oxide film is formed. Then, the growth of the thermal oxide film is substantially converged to this thickness.
【0263】本発明者らの知見によると、活性層および
ゲイト絶縁膜の極界面付近(界面から活性層側およびゲ
イト絶縁膜側に向かって10〜30Å程度の領域)に固定電
荷や欠陥準位等が集中するため、この領域が活性層とゲ
イト絶縁膜との界面状態を決定するといって過言ではな
い。According to the findings of the present inventors, fixed charges and defect levels are present near the polar interface between the active layer and the gate insulating film (region of about 10 to 30 Å from the interface toward the active layer side and the gate insulating film side). It is not an exaggeration to say that this region determines the interface state between the active layer and the gate insulating film, since the above concentration occurs.
【0264】従って、活性層とゲイト絶縁膜との界面状
態を良好なものとするには、活性層界面の僅か10〜30Å
の領域を熱酸化する(活性層が10〜30Å減じ、新たに20
〜60Åの熱酸化膜が形成される)ことで極界面近傍の固
定電荷や欠陥準位を消滅させれば良いのである。換言す
れば、良好な界面状態を実現するためには僅か数十Å未
満の熱酸化膜が形成できれば十分なのである。Therefore, in order to obtain a good interface state between the active layer and the gate insulating film, only 10 to 30 Å of the active layer interface is required.
Area is thermally oxidized (active layer is reduced by 10 to 30Å
It is only necessary to eliminate the fixed charges and defect levels near the pole interface by forming a thermal oxide film of ~ 60Å). In other words, it is sufficient to form a thermal oxide film of less than several tens of liters in order to realize a good interface state.
【0265】本実施例の様な熱酸化工程は処理温度が低
いため装置にかける負担を低減することができる上、半
導体装置の製造プロセスのスループットを向上させるこ
とが可能である。In the thermal oxidation process as in this embodiment, since the processing temperature is low, it is possible to reduce the load on the device, and it is possible to improve the throughput of the semiconductor device manufacturing process.
【0266】〔実施例15〕本実施例ではゲイト電極と
して結晶性珪素膜(ポリシリコン膜)を利用した例を示
す。説明には図19を用いる。[Embodiment 15] This embodiment shows an example in which a crystalline silicon film (polysilicon film) is used as a gate electrode. FIG. 19 is used for the description.
【0267】図19(A)において、1901はガラス
基板、1902は下地膜、1903は実施例1に示す工
程で得られたモノドメイン領域でなる活性層、1904
はゲイト絶縁膜、1905は一導電性を付与したポリシ
リコン膜でなるゲイト電極である。In FIG. 19A, 1901 is a glass substrate, 1902 is a base film, 1903 is an active layer formed of the monodomain region obtained in the process shown in Example 1, and 1904.
Is a gate insulating film, and 1905 is a gate electrode made of a polysilicon film having one conductivity.
【0268】次に、この状態で活性層1903に対して
一導電性を付与する不純物イオンの注入を行なう。そし
て、このイオン注入工程により不純物領域1906、1
907が形成される。Next, in this state, impurity ions for imparting one conductivity type to the active layer 1903 are implanted. Then, the impurity regions 1906, 1 are formed by this ion implantation process.
907 is formed.
【0269】不純物イオンの注入が終了したら、窒化珪
素膜1908を 0.5〜1 μmの厚さに成膜する。成膜方
法は減圧熱CVD法、プラズマCVD法、スパッタ法の
いずれであっても良い。また、窒化珪素膜以外に酸化珪
素膜を用いても良い。After the implantation of impurity ions is completed, a silicon nitride film 1908 is formed to a thickness of 0.5 to 1 μm. The film forming method may be any of a low pressure thermal CVD method, a plasma CVD method and a sputtering method. Further, a silicon oxide film may be used instead of the silicon nitride film.
【0270】こうして図19(B)の状態が得られる。
図19(B)の状態が得られたら、次に窒化珪素膜19
08をエッチバック法によりエッチングして、ゲイト電
極1905の側壁にのみ残す。こうして残された窒化珪
素膜はサイドウォール1909として機能する。Thus, the state shown in FIG. 19B is obtained.
After the state of FIG. 19B is obtained, the silicon nitride film 19 is then formed.
08 is etched by the etch-back method and left only on the side wall of the gate electrode 1905. The silicon nitride film left in this way functions as a sidewall 1909.
【0271】この際、ゲイト絶縁膜1904はゲイト電
極1905およびサイドウォール1909がマスクとな
った領域以外が除去されて図19(C)に示す様な状態
で残存する。At this time, the gate insulating film 1904 is removed except the region where the gate electrode 1905 and the sidewall 1909 serve as a mask, and remains in the state shown in FIG. 19C.
【0272】次に、図19(C)に示す状態で再び不純
物イオンの注入を行なう。この時、ドーズ量は先程のイ
オン注入のドーズ量よりも高めとしておく。このイオン
注入の際、サイドウォール1909の直下の領域191
0、1911はイオン注入が行なわれないので、不純物
イオンの濃度に変化はない。しかし、露出した領域19
12、1913はさらに高濃度の不純物イオンが注入さ
れることになる。Then, impurity ions are implanted again in the state shown in FIG. At this time, the dose amount is set higher than the dose amount for the ion implantation. At the time of this ion implantation, the region 191 immediately below the sidewall 1909.
0 and 1911 are not ion-implanted, so that the impurity ion concentration does not change. However, the exposed area 19
12, 1913 are to be implanted with impurity ions of higher concentration.
【0273】以上の様に2度目のイオン注入を経て、ソ
ース領域1912、ドレイン領域1913およびソース
/ドレイン領域よりも不純物濃度の低い低濃度不純物領
域(LDD領域)1910、1911が形成される。な
お、ゲイト電極1905の直下はアンドープな領域であ
り、チャネル形成領域1914となる。Through the second ion implantation as described above, low concentration impurity regions (LDD regions) 1910 and 1911 having an impurity concentration lower than that of the source region 1912, the drain region 1913 and the source / drain regions are formed. Immediately below the gate electrode 1905 is an undoped region, which serves as a channel formation region 1914.
【0274】以上の工程を経て図19(C)の状態が得
られたら、300 Åの厚さの図示しないチタン膜を成膜
し、チタン膜とシリコン膜とを反応させる。そして、チ
タン膜を除去した後、ランプアニール等による加熱処理
を行なうことでソース領域1912、ドレイン領域19
13、ゲイト電極1905の露出表面にチタンシリサイ
ド1915〜1917を形成する。(図19(D))When the state of FIG. 19C is obtained through the above steps, a titanium film (not shown) having a thickness of 300 Å is formed, and the titanium film and the silicon film are reacted with each other. Then, after the titanium film is removed, heat treatment such as lamp annealing is performed, so that the source region 1912 and the drain region 19 are formed.
13. Titanium silicides 1915 to 1917 are formed on the exposed surface of the gate electrode 1905. (FIG. 19D)
【0275】なお、上記工程はチタン膜の代わりにタン
タル膜、タングステン膜、モリブデン膜等を用いること
も可能である。In the above process, a tantalum film, a tungsten film, a molybdenum film or the like can be used instead of the titanium film.
【0276】次に、層間絶縁膜1918として酸化珪素
膜を5000Åの厚さに成膜し、ソース配線1919、ドレ
イン配線1920、ゲイト配線1921を形成する。こ
うして図19(D)に示す構造のTFTが完成する。Next, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 1918 to a thickness of 5000Å to form a source wiring 1919, a drain wiring 1920, and a gate wiring 1921. Thus, the TFT having the structure shown in FIG. 19D is completed.
【0277】本実施例で示す構造のTFTは、配線とT
FTとの接続がチタンシリサイド1915〜1917を
介して行われるため、良好なオーミックコンタクトを実
現することができる。The TFT of the structure shown in this embodiment has wiring and T
Since the connection with the FT is made through the titanium silicide layers 1915 to 1917, good ohmic contact can be realized.
【0278】〔実施例16〕本明細書中における半導体
装置とは、半導体を利用することで機能する装置全般を
指しており、実施例12に示す様な構成でなるアクティ
ブマトリクス型の電気光学装置(液晶表示装置、EL表
示装置、EC表示装置等)およびその様な電気光学装置
を組み込んだ応用製品をもその範疇に含むものとする。[Embodiment 16] A semiconductor device in this specification refers to all devices that function by utilizing a semiconductor, and is an active matrix electro-optical device having a structure as shown in Embodiment 12. (Liquid crystal display devices, EL display devices, EC display devices, etc.) and applied products incorporating such electro-optical devices are also included in the category.
【0279】本実施例では、その応用製品について図例
を挙げて説明する。本発明を利用した半導体装置として
はTVカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビ
ゲーション、プロジェクション(フロント型とリア型が
ある)、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等が挙
げられる。簡単な説明を図20を用いて行う。In this embodiment, the applied product will be described with reference to the drawings. Examples of semiconductor devices utilizing the present invention include TV cameras, head mounted displays, car navigations, projections (front and rear types), video cameras, personal computers and the like. A brief description will be given with reference to FIG.
【0280】図20(A)はモバイルコンピュータであ
り、本体2001、カメラ部2002、受像部200
3、操作スイッチ2004、表示装置2005で構成さ
れる。本発明は表示装置2005や装置内部に組み込ま
れる集積化回路等に対して適用される。FIG. 20A shows a mobile computer, which has a main body 2001, a camera section 2002, and an image receiving section 200.
3, an operation switch 2004, and a display device 2005. The present invention is applied to the display device 2005 and an integrated circuit incorporated in the device.
【0281】図20(B)はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体2101、表示装置2102、バンド部
2103で構成される。表示装置2102は比較的小型
のサイズのものが2枚使用される。FIG. 20B shows a head mount display, which is composed of a main body 2101, a display device 2102, and a band portion 2103. Two display devices 2102 having a relatively small size are used.
【0282】図20(C)はカーナビゲーションであ
り、本体2101、表示装置2102、操作スイッチ2
103、アンテナ2104で構成される。本発明は表示
装置2102や装置内部の集積化回路等に対して適用で
きる。表示装置2202はモニターとして利用される
が、地図の表示が主な目的なので解像度の許容範囲は比
較的広いと言える。FIG. 20C shows a car navigation system, which includes a main body 2101, a display device 2102, and operation switches 2.
103 and an antenna 2104. The present invention can be applied to the display device 2102 and an integrated circuit inside the device. The display device 2202 is used as a monitor, but since the main purpose is to display a map, it can be said that the allowable range of resolution is relatively wide.
【0283】図20(D)は携帯電話であり、本体23
01、音声出力部2302、音声入力部2303、表示
装置2304、操作スイッチ2305、アンテナ230
6で構成される。本発明は表示装置2304や装置内部
の集積化回路等に対してに適用できる。FIG. 20D shows a mobile phone, which is a main body 23.
01, voice output unit 2302, voice input unit 2303, display device 2304, operation switch 2305, antenna 230
6. The present invention can be applied to the display device 2304 and an integrated circuit inside the device.
【0284】図20(E)はビデオカメラであり、本体
2401、表示装置2402、音声入力部2403、操
作スイッチ2404、バッテリー2405、受像部24
06で構成される。本発明は表示装置2402や装置内
部の集積化回路等に対して適用できる。FIG. 20E shows a video camera, which has a main body 2401, a display device 2402, a voice input section 2403, operation switches 2404, a battery 2405, and an image receiving section 24.
06. The present invention can be applied to the display device 2402 and an integrated circuit inside the device.
【0285】図20(F)はフロントプロジェクション
であり、本体2501、光源2502、反射型表示装置
2503、光学系(ビームスプリッターや偏光子等が含
まれる)2504、スクリーン2505で構成される。
スクリーン2505は会議や学会発表などのプレゼンテ
ーションに利用される大画面スクリーンであるので、表
示装置2503は高い解像度が要求される。FIG. 20F shows a front projection, which comprises a main body 2501, a light source 2502, a reflection type display device 2503, an optical system (including a beam splitter and a polarizer) 2504, and a screen 2505.
Since the screen 2505 is a large screen used for presentations such as conferences and conference presentations, the display device 2503 is required to have high resolution.
【0286】また、本実施例に示した電気光学装置以外
にも、リアプロジェクションやハンディターミナルなど
の携帯型情報端末機器に適用することができる。以上の
様に、本発明の応用範囲は極めて広く、あらゆる分野の
表示媒体に適用することが可能である。In addition to the electro-optical device shown in this embodiment, it can be applied to portable information terminal equipment such as rear projection and handy terminal. As described above, the application range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to display media in all fields.
【0287】[0287]
【発明の効果】本発明は意図的に結晶核となるサイトを
形成して結晶粒径を制御できる点が大きな特徴である。
そして、こうして形成される比較的大きな結晶粒径の結
晶粒をハロゲン元素を含む雰囲気において加熱処理する
点も大きな特徴である。EFFECTS OF THE INVENTION The present invention is characterized in that the crystal grain size can be controlled by intentionally forming a site serving as a crystal nucleus.
A major feature is that the crystal grains thus formed having a relatively large crystal grain size are heat-treated in an atmosphere containing a halogen element.
【0288】これら技術の効果として、絶縁表面を有す
る基体上に実質的に単結晶と見なせるモノドメイン領域
を形成することが実現できる。即ち、単結晶に匹敵する
結晶性を有する結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ
等の半導体装置の活性層を構成することが可能となる。As an effect of these techniques, it is possible to form a monodomain region which can be regarded as a substantially single crystal on a substrate having an insulating surface. That is, it becomes possible to form an active layer of a semiconductor device such as a thin film transistor using a crystalline silicon film having crystallinity comparable to that of a single crystal.
【0289】従って、公知の単結晶ウエハーを用いた集
積回路に匹敵する性能を有した半導体回路を構築するこ
とが実現できる。Therefore, it is possible to construct a semiconductor circuit having performance comparable to that of an integrated circuit using a known single crystal wafer.
【図1】 モノドメイン領域を有する半導体薄膜の
形成工程を示す図FIG. 1 is a diagram showing a process of forming a semiconductor thin film having a monodomain region.
【図2】 モノドメイン領域を有する半導体薄膜の
形成工程を示す図FIG. 2 is a diagram showing a process for forming a semiconductor thin film having a monodomain region.
【図3】 モノドメイン領域の構成を示す図FIG. 3 is a diagram showing the structure of a monodomain region.
【図4】 半導体装置の作製工程を示す図4A to 4C are diagrams illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.
【図5】 薄膜トランジスタの電気特性を示す図FIG. 5 is a diagram showing electric characteristics of a thin film transistor.
【図6】 塩化ニッケルの蒸気圧と温度の関係を示
す図FIG. 6 is a diagram showing the relationship between vapor pressure and temperature of nickel chloride.
【図7】 結晶性珪素膜中の塩素濃度の分布を示す
図FIG. 7 is a diagram showing a chlorine concentration distribution in a crystalline silicon film.
【図8】 SOI技術の問題点を示す図FIG. 8 is a diagram showing problems in SOI technology.
【図9】 モノドメイン領域の構成を示す図FIG. 9 is a diagram showing the structure of a monodomain region.
【図10】 結晶性を有する半導体薄膜の形成工程を
示す図FIG. 10 is a diagram showing a process for forming a crystalline semiconductor thin film.
【図11】 モノドメイン領域に形成された活性層を
示す図FIG. 11 is a diagram showing an active layer formed in a monodomain region.
【図12】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device.
【図13】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device.
【図14】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device.
【図15】 半導体装置の作製工程を示す図FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device.
【図16】 DRAMの構成を示す図FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a DRAM;
【図17】 SRAMの構成を示す図FIG. 17 is a diagram showing a configuration of SRAM.
【図18】 人工石英ターゲットの成分表を示す図表FIG. 18 is a diagram showing a composition table of an artificial quartz target.
【図19】 半導体装置の作製工程を示す図。FIG. 19 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device.
【図20】 応用製品の例を説明するための図。FIG. 20 is a diagram for explaining an example of an applied product.
101 石英基板またはシリコン基板 102 酸化珪素膜 103 凹または凸パターン 104 非晶質珪素膜 105 ニッケル層 106 凹または凸部 107 縦成長領域 108 横成長領域 109 結晶性珪素膜 110 熱酸化膜 111 結晶性珪素膜 301 縦成長領域 302 横成長領域 303 結晶粒界 304 接合界面 101 quartz substrate or silicon substrate 102 silicon oxide film 103 concave or convex pattern 104 amorphous silicon film 105 nickel layer 106 concave or convex portion 107 vertical growth region 108 lateral growth region 109 crystalline silicon film 110 thermal oxide film 111 crystalline silicon Film 301 Vertical growth region 302 Horizontal growth region 303 Crystal grain boundary 304 Bonding interface
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 21/205 H01L 29/78 616S 616A 627G (72)発明者 福永 健司 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Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical display location // H01L 21/205 H01L 29/78 616S 616A 627G (72) Inventor Kenji Fukunaga 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Stocks Shares Company Semiconductor Energy Research Institute
Claims (35)
半導体薄膜であって、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成されるモノドメイン領域を有
し、 前記半導体薄膜の下面に接する前記絶縁膜には意図的に
形成された凹または凸パターンが設けられていることを
特徴とする半導体薄膜。1. A semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film comprises a monodomain region formed by collecting a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate. The semiconductor thin film, wherein the insulating film in contact with the lower surface of the semiconductor thin film is provided with an intentionally formed concave or convex pattern.
実質的に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体
薄膜。2. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the monodomain region is substantially free of crystal grain boundaries.
半導体薄膜であって、 前記半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないモノド
メイン領域を有し、 前記モノドメイン領域は前記基体と概略平行な柱状また
は針状結晶が複数集合して形成され、 前記半導体薄膜の下面に接する前記絶縁膜には意図的に
形成された凹または凸パターンが設けられていることを
特徴とする半導体薄膜。3. A semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film has a monodomain region substantially free of crystal grain boundaries, and the monodomain region is the substrate. Is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to each other, and the insulating film in contact with the lower surface of the semiconductor thin film is provided with a deliberately formed concave or convex pattern. Thin film.
り酸化珪素膜を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜
に変成せしめる工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気中において第2の加熱処理を
行うことにより前記結晶性珪素膜上にハロゲン元素を含
有した熱酸化膜を形成すると同時に前記結晶性珪素膜を
モノドメイン領域に変成せしめる工程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を少なくとも経て作製されることを特徴とする半導体薄
膜。4. A step of forming a silicon oxide film on a substrate having an insulating surface by a sputtering method, a step of patterning the silicon oxide film into a desired shape to intentionally form a concave or convex pattern, A step of forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method; and a step of holding a metal element that promotes crystallization in the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. , A step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by a first heat treatment, and a second heat treatment in an atmosphere containing a halogen element so that a halogen element is formed on the crystalline silicon film. It is produced by at least the steps of forming a thermal oxide film containing the same and transforming the crystalline silicon film into a mono-domain region, and removing the thermal oxide film. Semiconductor thin film.
半導体薄膜であって、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成される実質的に結晶粒界が存在
しないモノドメイン領域を有し、 前記半導体薄膜の下面に接する前記絶縁膜には意図的に
形成された凹または凸パターンが設けられており、 前記モノドメイン領域を構成する半導体薄膜中には水素
およびハロゲン元素が5原子%以下の濃度で含まれ、 前記ハロゲン元素は塩素、臭素、弗素から選ばれた元素
であることを特徴とする半導体薄膜。5. A semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film is substantially a crystal formed by collecting a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate. The semiconductor thin film has a monodomain region in which no grain boundary exists, and the insulating film in contact with the lower surface of the semiconductor thin film is provided with a concave or convex pattern intentionally formed. Contains hydrogen and a halogen element at a concentration of 5 atomic% or less, and the halogen element is an element selected from chlorine, bromine, and fluorine.
薄膜表面近傍において高い濃度分布を有していることを
特徴とする半導体薄膜。6. The semiconductor thin film according to claim 5, wherein the halogen element has a high concentration distribution near the surface of the semiconductor thin film.
イン領域の膜厚は150 〜450 Åであることを特徴とする
半導体薄膜。7. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the monodomain region has a film thickness of 150 to 450 Å.
イン領域を構成する半導体薄膜中には水素が1×1015
〜1×1021atoms/cm3 の濃度で添加されていることを
特徴とする半導体薄膜。8. The semiconductor thin film forming the monodomain region according to claim 1, wherein hydrogen is 1 × 10 15.
A semiconductor thin film, which is added at a concentration of 1 × 10 21 atoms / cm 3 .
イン領域は二つの領域からなり、 一方は凹または凸パターンの上に形成された縦成長領域
であり、 他方は前記縦成長領域を起点に珪素膜面に対して概略平
行な方向に結晶成長した横成長領域であり、 前記縦成長領域は前記横成長領域と比較して高い濃度で
金属元素が含まれることを特徴とする半導体薄膜。9. The monodomain region according to claim 1, wherein the monodomain region is composed of two regions, one of which is a vertical growth region formed on a concave or convex pattern, and the other of which starts from the vertical growth region. 1. A semiconductor thin film, which is a lateral growth region in which crystal growth is performed in a direction substantially parallel to a silicon film surface, and the vertical growth region contains a metal element at a higher concentration than the lateral growth region.
膜を形成するにあたって、 絶縁表面を有する基体上にスパッタ法により酸化珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜
に変成せしめる工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気中において第2の加熱処理を
行うことにより前記結晶性珪素膜上にハロゲン元素を含
有した熱酸化膜を形成する工程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を少なくとも有し、 前記第2の加熱処理により前記結晶性珪素膜をモノドメ
イン領域に変成せしめることを特徴とする半導体薄膜の
作製方法。10. When forming a semiconductor thin film on a substrate having an insulating film on its surface, a step of forming a silicon oxide film on the substrate having an insulating surface by a sputtering method, and forming the silicon oxide film into a desired shape. Patterning to intentionally provide a concave or convex pattern; a step of forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method; and the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of holding a metal element that promotes crystallization in the film; a step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by the first heat treatment; a second step in an atmosphere containing a halogen element; At least a step of forming a thermal oxide film containing a halogen element on the crystalline silicon film by performing a heat treatment; and a step of removing the thermal oxide film, the second heating The method for manufacturing a semiconductor thin film characterized by allowed to shift the crystalline silicon film monodomain region by sense.
金属元素を保持せしめる工程の際、前記凹または凸パタ
ーンの周辺領域には表面張力により前記金属元素が他の
領域よりも高濃度に集中することを特徴とする半導体装
置の作製方法。11. The method according to claim 10, wherein in the step of holding the metal element that promotes crystallization, the metal element is concentrated in a higher concentration than other areas due to surface tension in the peripheral area of the concave or convex pattern. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
より形成される結晶性珪素膜は前記基体と概略平行な柱
状または針状結晶が複数集合して形成されることを特徴
とする半導体薄膜の作製方法。12. The semiconductor thin film according to claim 10, wherein the crystalline silicon film formed by the first heat treatment is formed by collecting a plurality of columnar or needle crystals substantially parallel to the substrate. Of manufacturing.
する工程は人工石英ターゲットを用いたスパッタ法によ
り行われることを特徴とする半導体薄膜の作製方法。13. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 10, wherein the step of forming the silicon oxide film is performed by a sputtering method using an artificial quartz target.
金属元素はとしてFe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種ま
たは複数種類のものが用いられることを特徴とする半導
体薄膜の作製方法。14. The metal element for promoting crystallization according to claim 10, is Fe, Co, Ni, Ru, Rh, or P.
A method for manufacturing a semiconductor thin film, wherein one or more kinds selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
む雰囲気はO2 雰囲気中にHCl、HF、HBr、Cl
2 、NF3 、F2 、Br2 から選ばれた一種または複数
種類のガスが添加されたものであることを特徴とする半
導体薄膜の作製方法。15. The atmosphere containing a halogen element according to claim 10, wherein an atmosphere of O 2 is HCl, HF, HBr, Cl.
2. A method for producing a semiconductor thin film, wherein one or more kinds of gases selected from 2 , NF 3 , F 2 and Br 2 are added.
500〜700℃の温度範囲で行われ、 第2の加熱処
理は700℃〜1100℃の温度範囲で行われることを
特徴とする半導体薄膜の作製方法。16. The semiconductor according to claim 10, wherein the first heat treatment is performed in a temperature range of 500 to 700 ° C., and the second heat treatment is performed in a temperature range of 700 ° C. to 1100 ° C. Thin film manufacturing method.
た半導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置であっ
て、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成されるモノドメイン領域を有
し、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層の下
面に接する前記絶縁膜には意図的に形成された凹または
凸パターンが設けられていることを特徴とする半導体装
置。17. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film is composed of a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to the substrate. And a concave or convex pattern intentionally formed on the insulating film in contact with the lower surface of the active layer composed of only the monodomain region. Semiconductor device.
に結晶粒界が存在しないことを特徴とする半導体装置。18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the active layer has substantially no crystal grain boundaries.
た半導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置であっ
て、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成される実質的に結晶粒界が存在
しないモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層の下
面に接する前記絶縁膜には意図的に形成された凹または
凸パターンが設けられていることを特徴とする半導体装
置。19. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on its surface, wherein the semiconductor thin film is composed of a plurality of columnar or acicular crystals substantially parallel to the substrate. Has a monodomain region in which substantially no crystal grain boundaries are formed, and a concave or convex formed intentionally in the insulating film in contact with the lower surface of the active layer composed of only the monodomain region. A semiconductor device having a pattern.
より酸化珪素膜を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜
に変成せしめる工程と、 前記結晶性珪素膜をハロゲン元素を含む雰囲気中におい
て第2の加熱処理を行うことによりハロゲン元素を含有
した熱酸化膜を形成すると同時に前記結晶性珪素膜をモ
ノドメイン領域に変成せしめる工程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を少なくとも経て作製され、前記モノドメイン領域のみ
で活性層が構成されることを特徴とする半導体装置。20. A step of forming a silicon oxide film on a substrate having an insulating surface by a sputtering method, a step of patterning the silicon oxide film into a desired shape to intentionally form a concave or convex pattern, A step of forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method; and a step of holding a metal element that promotes crystallization in the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by a first heat treatment, and a step of subjecting the crystalline silicon film to a second heat treatment in an atmosphere containing a halogen element to contain a halogen element Formed at least at the same time as forming the thermal oxide film described above, and transforming the crystalline silicon film into a monodomain region; and removing the thermal oxide film. A semiconductor device characterized in that an active layer is constituted only by a semiconductor region.
装置を作製するにあたって、 絶縁表面を有する基体上にスパッタ法により酸化珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成
せしめる工程と、 前記結晶性珪素膜をパターニングして活性層を形成する
工程と、 前記活性層を覆って珪素を主成分とする絶縁膜を気相法
により成膜する工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱処理により前記
活性層と前記珪素を主成分とする絶縁膜との界面に熱酸
化膜を形成すると共に、前記活性層中から前記結晶化を
助長する金属元素をゲッタリング除去することで前記活
性層をモノドメイン領域に変成せしめる工程と、 窒素雰囲気中における加熱処理により前記熱酸化膜を含
めた前記珪素を主成分とする絶縁膜の膜質を改善する工
程と、 を少なくとも経て作製されることを特徴とする半導体装
置。21. When manufacturing a semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film, a step of forming a silicon oxide film on a substrate having an insulating surface by a sputtering method, and patterning the silicon oxide film into a desired shape. Intentionally forming a concave or convex pattern, forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method, and the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of holding a metal element that promotes crystallization, a step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment, and a patterning of the crystalline silicon film to form an active layer. A step of forming an insulating film containing silicon as a main component so as to cover the active layer by a vapor phase method, and a heat treatment in an atmosphere containing a halogen element to form the active layer and the silicon. A step of forming a thermal oxide film at the interface with the insulating film as a component and transforming the active layer into a monodomain region by gettering and removing the metal element that promotes the crystallization from the active layer, And a step of improving the film quality of the insulating film containing silicon as a main component including the thermal oxide film by a heat treatment in a nitrogen atmosphere.
た半導体薄膜でなる活性層を有する半導体装置であっ
て、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成される実質的に結晶粒界が存在
しないモノドメイン領域を有し、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層の下
面に接する前記絶縁膜には意図的に形成された凹または
凸パターンが設けられており、 前記活性層の内部には水素およびハロゲン元素が5原子
%以下の濃度で含まれ、 前記ハロゲン元素は塩素、臭素、弗素から選ばれた元素
であることを特徴とする半導体装置。22. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating film on the surface thereof, wherein the semiconductor thin film is a collection of a plurality of columnar or needle-like crystals substantially parallel to the substrate. Has a monodomain region in which substantially no crystal grain boundaries are formed, and a concave or convex formed intentionally in the insulating film in contact with the lower surface of the active layer composed of only the monodomain region. A pattern is provided, and the active layer contains hydrogen and a halogen element in a concentration of 5 atomic% or less, and the halogen element is an element selected from chlorine, bromine, and fluorine. Semiconductor device.
ロゲン元素は半導体薄膜表面近傍において高い濃度分布
を有していることを特徴とする半導体装置。23. The semiconductor device according to claim 20, wherein the halogen element has a high concentration distribution near the surface of the semiconductor thin film.
性層の膜厚は150 〜450 Åであることを特徴とする半導
体装置。24. The semiconductor device according to claim 17, wherein the active layer has a film thickness of 150 to 450 Å.
性層の内部には水素が1×1015〜1×1021atoms/cm
3 の濃度で添加されていることを特徴とする半導体装
置。25. The hydrogen according to claim 17, wherein 1 × 10 15 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 are contained in the active layer.
A semiconductor device characterized by being added at a concentration of 3 .
方に形成された絶縁膜上の半導体薄膜でなる活性層を有
する半導体装置であって、 前記半導体薄膜は前記基体と概略平行な柱状または針状
結晶が複数集合して形成されるモノドメイン領域を有
し、 前記モノドメイン領域のみで構成される前記活性層の下
面に接する前記絶縁膜には意図的に形成された凹または
凸パターンが設けられていることを特徴とする半導体装
置。26. A semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film on an insulating film formed above an IC integrated on a silicon substrate, wherein the semiconductor thin film is in a columnar shape substantially parallel to the base or There is a monodomain region formed by accumulating a plurality of needle-like crystals, and a concave or convex pattern intentionally formed in the insulating film in contact with the lower surface of the active layer composed of only the monodomain region. A semiconductor device which is provided.
水素およびハロゲン元素が5原子%以下の濃度で含ま
れ、 前記ハロゲン元素は塩素、臭素、弗素から選ばれた元素
であることを特徴とする半導体装置。27. The active layer according to claim 26, wherein hydrogen and a halogen element are contained in a concentration of 5 atom% or less, and the halogen element is an element selected from chlorine, bromine and fluorine. Semiconductor device.
装置を作製するにあたって、 絶縁表面を有する基体上にスパッタ法により酸化珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 第1の加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜
に変成せしめる工程と、 前記結晶性珪素膜をハロゲン元素を含む雰囲気中におい
て第2の加熱処理を行うことによりハロゲン元素を含有
した熱酸化膜を形成する工程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を少なくとも有し、 前記ハロゲン元素を含有した熱酸化膜を形成する工程に
より前記結晶性珪素膜をモノドメイン領域に変成せし
め、 前記モノドメイン領域のみを用いて活性層を構成するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。28. When manufacturing a semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film, a step of forming a silicon oxide film on a substrate having an insulating surface by a sputtering method, and patterning the silicon oxide film into a desired shape. Intentionally forming a concave or convex pattern, forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method, and the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of holding a metal element that promotes crystallization, a step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by a first heat treatment, and an atmosphere containing a halogen element in the crystalline silicon film. At least a step of forming a thermal oxide film containing a halogen element by performing a second heat treatment therein, and a step of removing the thermal oxide film. The allowed shift a crystalline silicon film in monodomain region by forming a thermal oxide film containing, method for manufacturing a semiconductor device characterized by forming the active layer by using only the monodomain region.
装置を作製するにあたって、 絶縁表面を有する基体上にスパッタ法により酸化珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜を所望の形状にパターニングして意図的
に凹または凸パターンを設ける工程と、 前記酸化珪素膜上に減圧熱CVD法により非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記酸化珪素膜および/または前記非晶質珪素膜に対し
て結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程と、 加熱処理により前記非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成
せしめる工程と、 前記結晶性珪素膜をパターニングして活性層を形成する
工程と、 前記活性層を覆って珪素を主成分とする絶縁膜を気相法
により成膜する工程と、 ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱処理により前記
活性層と前記珪素を主成分とする絶縁膜との界面に熱酸
化膜を形成すると共に、前記活性層中から前記結晶化を
助長する金属元素をゲッタリング除去する工程と、 窒素雰囲気中における加熱処理により前記熱酸化膜を含
めた前記珪素を主成分とする絶縁膜の膜質を改善する工
程と、 を少なくとも有し、 前記ハロゲン元素を含む雰囲気における加熱処理によっ
て前記活性層をモノドメイン領域に変成せしめることを
特徴とする半導体装置の作製方法。29. When manufacturing a semiconductor device having an active layer made of a semiconductor thin film, a step of forming a silicon oxide film on a substrate having an insulating surface by a sputtering method, and patterning the silicon oxide film into a desired shape. Intentionally forming a concave or convex pattern, forming an amorphous silicon film on the silicon oxide film by a low pressure thermal CVD method, and the silicon oxide film and / or the amorphous silicon film. A step of holding a metal element that promotes crystallization, a step of transforming the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by heat treatment, and a patterning of the crystalline silicon film to form an active layer. A step of forming an insulating film containing silicon as a main component so as to cover the active layer by a vapor phase method, and a heat treatment in an atmosphere containing a halogen element to form the active layer and the silicon. A step of forming a thermal oxide film at the interface with the insulating film as a component and removing the metal element that promotes the crystallization from the active layer by gettering, and removing the thermal oxide film by heat treatment in a nitrogen atmosphere. And a step of improving the film quality of the insulating film containing silicon as a main component, wherein the active layer is transformed into a monodomain region by heat treatment in an atmosphere containing the halogen element. Method for manufacturing device.
結晶化を助長する金属元素を保持せしめる工程の際、前
記凹または凸パターンの周辺領域には表面張力により前
記金属元素が他の領域よりも高濃度に集中することを特
徴とする半導体装置の作製方法。30. In Claim 28 or Claim 29,
Fabrication of a semiconductor device characterized in that, in the step of holding the metal element that promotes crystallization, the metal element is concentrated in a higher concentration than other areas due to surface tension in the peripheral area of the concave or convex pattern. Method.
結晶性珪素膜は前記基体と概略平行な柱状または針状結
晶が複数集合して形成されることを特徴とする半導体装
置の作製方法。31. In Claim 28 or Claim 29,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the crystalline silicon film is formed by collecting a plurality of columnar or needle-like crystals that are substantially parallel to the substrate.
酸化珪素膜を成膜する工程は人工石英ターゲットを用い
たスパッタ法により行われることを特徴とする半導体装
置の作製方法。32. The method according to claim 28 or 29.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming a silicon oxide film is performed by a sputtering method using an artificial quartz target.
結晶化を助長する金属元素はとしてFe、Co、Ni、
Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから
選ばれた一種または複数種類のものが用いられることを
特徴とする半導体装置の作製方法。33. The method according to claim 28 or claim 29.
Metal elements that promote crystallization include Fe, Co, Ni,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more kinds selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au are used.
ハロゲン元素を含む雰囲気はO2 雰囲気中にHCl、H
F、HBr、Cl2 、NF3 、F2 、Br2 から選ばれ
た一種または複数種類のガスが添加されたものであるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。34. The method according to claim 28 or claim 29.
The atmosphere containing the halogen element is HCl, H in the O 2 atmosphere.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more gases selected from F, HBr, Cl 2 , NF 3 , F 2 , and Br 2 are added.
500〜700℃の温度範囲で行われ、第2の加熱処理
は700℃〜1100℃の温度範囲で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。35. The semiconductor according to claim 28, wherein the first heat treatment is performed in a temperature range of 500 to 700 ° C. and the second heat treatment is performed in a temperature range of 700 ° C. to 1100 ° C. Method for manufacturing device.
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JP2019135773A (en) * | 2010-11-12 | 2019-08-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
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