JPH09289326A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH09289326A
JPH09289326A JP4966797A JP4966797A JPH09289326A JP H09289326 A JPH09289326 A JP H09289326A JP 4966797 A JP4966797 A JP 4966797A JP 4966797 A JP4966797 A JP 4966797A JP H09289326 A JPH09289326 A JP H09289326A
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JP
Japan
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film
silicon film
crystalline silicon
amorphous silicon
forming
Prior art date
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Application number
JP4966797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Otani
久 大谷
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication of JPH09289326A publication Critical patent/JPH09289326A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To passivate defects in the crystal grain boundary of a crystal silicon film, formed by crystallizing an amorphous silicon film, without use of hydrogen plasma processing. SOLUTION: A base film 102 and a crystal silicon film 105 obtained by crystallizing an amorphous silicon film 103 are formed on a glass substrate 101. The workpiece is heated in an oxygen atmosphere with added NF3 gas to grow a thermal oxidation film 106 on the surface of the crystal silicon film 105. As the thermal oxidation film 106 grows, unbonded Si is produced, and this surplus Si passivates defects in the crystal grain boundary of the crystal silicon film 105. The thermal oxidation film 106 is removed, and the crystal silicon film 105 is patterned into an insular shape to form the active layer 10 of TFT(Thin Film Transistor). A gate insulating film 108, a gate electrode 109 and so on are sequentially formed to complete TFT.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ等の
絶縁ゲイト型の半導体装置の作製方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an insulating gate type semiconductor device such as a thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、小型軽量であり、しかも微細で高速動画を表示する
ことができるので、今後のディスプレイの主力として期
待されている。液晶表示装置を構成する基板は透光性を
有するという制約があるため、その種類は制限され、例
えばガラス基板、石英基板、プラスチック基板を挙げる
ことができる。しかしプラスチック基板は耐熱性に欠け
ており、石英基板は100℃程度の高温に耐え得るが、
極めて高価で、特に大面積化した場合ガラス基板の10
倍以上となり、コストパフォーマンスに欠ける。従っ
て、一般的には、耐熱性・経済性のため、ガラス基板が
広く使用されている。
2. Description of the Related Art An active matrix type liquid crystal display device is small and lightweight and can display fine moving images at high speed. Therefore, it is expected to be a mainstay of future displays. The type of the substrate that constitutes a liquid crystal display device is limited because it has a light-transmitting property, and examples thereof include a glass substrate, a quartz substrate, and a plastic substrate. However, plastic substrates lack heat resistance, and quartz substrates can withstand temperatures as high as 100 ° C,
It is extremely expensive, especially when it has a large area.
It is more than doubled and lacks cost performance. Therefore, generally, the glass substrate is widely used because of its heat resistance and economical efficiency.

【0003】現在、液晶表示装置に求められる性能は益
々高くなっており、スイチッング素子として使用されて
いる薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する。)に求
められる性能・特性に対する要求も高まっている。その
ため、ガラス基板上に結晶性を有する結晶性珪素膜を形
成する研究が盛んに行われている。現在、ガラス基板上
に結晶性珪素膜を形成するには、非晶質珪素膜を形成
し、これを加熱して結晶化させる方法が採用されてい
る。
At present, the performance required of liquid crystal display devices is increasing more and more, and the performance and characteristics required of thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) used as switching elements are also increasing. Therefore, research on forming a crystalline silicon film having crystallinity on a glass substrate has been actively conducted. Currently, in order to form a crystalline silicon film on a glass substrate, a method of forming an amorphous silicon film and heating it to crystallize it is adopted.

【0004】ガラス基板の耐熱温度は600℃程度であ
るので、結晶性珪素膜を形成する工程にはガラス基板の
耐熱温度を越えるプロセスを採用することはできないた
め、従来、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成するに
は、プラズマCVD法又は減圧CVD法により非晶質珪
素膜を形成し、加熱して結晶化させる方法が採用されて
いる。
Since the heat resistant temperature of the glass substrate is about 600 ° C., it is not possible to adopt a process exceeding the heat resistant temperature of the glass substrate in the step of forming the crystalline silicon film. To form a silicon film, a method of forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method or a low pressure CVD method and heating it to crystallize is used.

【0005】また、レーザー光を照射することにより、
珪素膜を結晶化させる技術が知られており、ガラス基板
にも結晶性の優れた結晶性珪素膜を形成することが可能
であり、また、レーザー光はガラス基板に熱的なダメー
ジを与えないという利点を有する。
Further, by irradiating with laser light,
A technique for crystallizing a silicon film is known, and it is possible to form a crystalline silicon film having excellent crystallinity even on a glass substrate, and laser light does not cause thermal damage to the glass substrate. Has the advantage.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非晶質
珪素膜を結晶化させた結晶性珪素膜には、ダングリング
ボンド等に由来する多数の欠陥が存在する。欠陥はTF
Tの特性を低下させる要因であるため、このような結晶
性珪素膜を利用してTFTを作製した場合には、活性層
とゲイト絶縁膜との界面の欠陥や、活性層の珪素の結晶
粒内や結晶粒界の欠陥をパッシベーションする必要があ
る。特に結晶粒界の欠陥は電荷を散乱する最大の要因で
あるが、結晶粒界の欠陥をパッシベーションすることは
非常に困難である。
However, the crystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film has many defects derived from dangling bonds and the like. Defect is TF
Since it is a factor that deteriorates the characteristics of T, when a TFT is manufactured by using such a crystalline silicon film, defects in the interface between the active layer and the gate insulating film and the crystal grains of silicon in the active layer are used. It is necessary to passivate defects inside and at grain boundaries. In particular, defects at crystal grain boundaries are the largest factor for scattering charges, but it is very difficult to passivate defects at crystal grain boundaries.

【0007】石英基板上にTFTを作製する場合には、
1000℃程度の高温の加熱処理が可能なため、結晶性
珪素膜の結晶粒界の欠陥をSiで補償することが可能で
ある。他方、ガラス基板にTFTを作製する場合には、
高温での加熱処理が困難であり、一般に工程の最終段階
に、300〜400℃程度雰囲気で水素プラズマ処理す
ることにより、結晶性珪素膜の結晶粒界の欠陥を水素で
パッシベーションしている。nチャネル型TFTは水素
プラズマ処理を実施することによって、実用可能な電界
効果移動度を呈する。
When a TFT is formed on a quartz substrate,
Since heat treatment at a high temperature of about 1000 ° C. is possible, it is possible to compensate for defects in crystal grain boundaries of the crystalline silicon film with Si. On the other hand, when manufacturing a TFT on a glass substrate,
It is difficult to perform heat treatment at a high temperature, and generally, in the final stage of the process, hydrogen plasma treatment is performed in an atmosphere of about 300 to 400 ° C. to passivate the defects in the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film with hydrogen. The n-channel TFT exhibits a practical field-effect mobility by performing hydrogen plasma treatment.

【0008】他方pチャネル型TFTでは水素プラズマ
処理の効果は余り顕著ではない。これは、結晶欠陥に起
因する準位が伝導電子帯の下の比較的浅い領域に形成さ
れるためと解釈される。
On the other hand, in the p-channel TFT, the effect of hydrogen plasma treatment is not so remarkable. It is interpreted that the level caused by crystal defects is formed in a relatively shallow region below the conduction electron band.

【0009】水素プラズマ処理により、結晶性珪素膜の
粒界の欠陥を補償することが可能であるが、欠陥を補償
している水素は離脱し易いので、水素プラズマ処理され
たTFTの、特にn型チャネルTFTの経時的な信頼性
は安定ではない。例えば、nチャネル型TFTを90℃
の雰囲気で48時間通電すると、その移動度が半減して
しまう。
By the hydrogen plasma treatment, it is possible to compensate the defects of the grain boundaries of the crystalline silicon film, but the hydrogen compensating the defects is easily released, so that the hydrogen plasma treated TFT, especially n. The reliability of the type channel TFT over time is not stable. For example, an n-channel TFT at 90 ° C
If electricity is applied for 48 hours in the atmosphere, the mobility will be halved.

【0010】また、レーザー光を照射して得られる結晶
性珪素膜の膜質は良好であるが、膜厚が1000Å以下
であると、結晶性珪素膜表面にリッジ(凹凸)が形成さ
れてしまう。珪素膜にレーザー光を照射すると、珪素膜
は瞬間的に溶解されて、局所的に膨張して、膨張によっ
て生ずる内部応力を緩和するために、結晶性珪素膜表面
にリッジ(凹凸)が形成される。このリッジの高低差は
膜厚の1/2〜1倍程度である。例えば、膜厚が700
Å程度の非晶質珪素膜を加熱して珪素化した後に、レー
ザーアニールを実施すると、その表面には100〜30
0Å程度高さを有するリッジが形成される。
Further, although the crystalline silicon film obtained by irradiating the laser beam has good film quality, if the film thickness is 1000 Å or less, ridges (irregularities) are formed on the surface of the crystalline silicon film. When the silicon film is irradiated with laser light, the silicon film is instantaneously melted and locally expands, so that a ridge (unevenness) is formed on the surface of the crystalline silicon film in order to relieve the internal stress caused by the expansion. It The height difference of this ridge is about 1/2 to 1 times the film thickness. For example, the film thickness is 700
When the amorphous silicon film of about Å is heated to be siliconized and then laser annealing is performed, 100 to 30
A ridge having a height of about 0Å is formed.

【0011】絶縁ゲイト型の半導体装置において、結晶
性珪素膜表面のリッジには、ダングリングボンドや格子
の歪み等に起因するポテンシャル障壁やトラップ準位が
形成されるため、活性層とゲイト絶縁膜との界面準位を
高くしてしまう。また、リッジの頂上部は急峻であるた
めに、電界が集中しやすいために、リーク電流の発生源
となり、最終的には絶縁破壊を生ずる慮れがある。ま
た、結晶性珪素膜表面のリッジは、スパッタ法やCVD
法により堆積されるゲイト絶縁膜の被覆性を損なうもの
であり、絶縁不良等の信頼性を低下させる。
In the insulating gate type semiconductor device, since a potential barrier and a trap level due to dangling bonds, lattice distortion, etc. are formed on the ridge on the surface of the crystalline silicon film, the active layer and the gate insulating film are formed. Will increase the interface state between and. Further, since the top of the ridge is steep, the electric field is likely to be concentrated, which may be a source of leakage current, and eventually dielectric breakdown may occur. The ridge on the surface of the crystalline silicon film is formed by sputtering or CVD.
This impairs the coverage of the gate insulating film deposited by the method, and lowers reliability such as insulation failure.

【0012】本発明の目的は、上述の問題点を解消し
て、水素プラズマ処理を使用せずに、非晶質珪素膜を結
晶化された珪素膜の結晶粒界の欠陥をパッシベーション
し得る半導体装置の作製方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to passivate defects in crystal grain boundaries of a crystallized silicon film of an amorphous silicon film without using hydrogen plasma treatment. It is to provide a method for manufacturing a device.

【0013】更に、本発明の他の目的は、高信頼性、高
移動度を有する半導体装置の作製方法を提供することに
あり、特に、堆積膜から成るゲイト絶縁膜を有し、ガラ
ス基板の半導体装置の信頼性、特性を向上し得る半導体
装置の作製方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having high reliability and high mobility. In particular, it has a gate insulating film made of a deposited film, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can improve the reliability and characteristics of the semiconductor device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解消する
ために、本発明に係る半導体装置の作製方法の構成は、
非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜を結
晶化して、結晶性珪素膜を形成する工程と、フッ素化合
物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱して、前記結
晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を形成する工程と、前記結
晶性珪素膜の表面の熱酸化膜を除去する工程と、前記結
晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積する工程とを有する。
In order to solve the above problems, the structure of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
A step of forming an amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, and a step of heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to form the crystalline silicon film. There is a step of forming a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, a step of removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and a step of depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film.

【0015】更に、他の発明に係る半導体装置の作製方
法の構成は、絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジス
タを作製する方法において、非晶質珪素膜を形成する工
程と、前記非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を
形成する工程と、フッ素化合物気体が添加された酸化性
雰囲気中で加熱して、前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化
膜を形成する工程と、前記結晶性珪素膜の表面の熱酸化
膜を除去する工程と、前記結晶性珪素膜を整形して、薄
膜トランジスタの活性層を形成する工程と、前記活性層
の表面に絶縁膜を堆積して、少なくともチャネル領域の
表面にゲイト絶縁膜を形成する工程と、前記ゲイト絶縁
膜の表面に、ゲイト電極を形成する工程と、前記ゲイト
電極をマスクにして前記活性層に導電型を付与する不純
物イオンを注入して、ソース、ドレインを自己整合的に
形成する工程とを有する。
Further, the structure of a method of manufacturing a semiconductor device according to another invention is the method of manufacturing a thin film transistor on a substrate having an insulating surface, the method comprising the step of forming an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film. To form a crystalline silicon film, heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to form a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; Of the thermal oxide film on the surface of the conductive silicon film, shaping the crystalline silicon film to form an active layer of a thin film transistor, and depositing an insulating film on the surface of the active layer to form at least a channel. Forming a gate insulating film on the surface of the region; forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film; and implanting impurity ions imparting a conductivity type to the active layer using the gate electrode as a mask. And a step of forming source and drain in a self-aligned manner.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1、図2
に従って説明する。図1、図2は薄膜トランジスタ(T
FT)の作製工程の説明図であり、図1(A)には、ガ
ラス基板101上に、下地膜102、非晶質珪素膜10
3が順次に積層され、非晶質珪素膜103の表面にはニ
ッケル(Ni)層104が形成されている。
1 and 2 show an embodiment of the present invention.
It will be described according to. 1 and 2 show thin film transistors (T
FIG. 1A is an explanatory diagram of a manufacturing process of FT), and in FIG. 1A, a base film 102 and an amorphous silicon film 10 are formed over a glass substrate 101.
3 are sequentially stacked, and a nickel (Ni) layer 104 is formed on the surface of the amorphous silicon film 103.

【0017】この状態で、加熱処理することにより、図
1(B)に示すように非晶質珪素膜103が結晶化され
て、結晶性珪素膜105が形成される。ニッケル層10
4を形成する工程は必須の工程では無いが、ニッケルは
結晶化に必要な熱エネルギを下げる触媒として機能する
ため、結晶化処理の加熱温度を下げ、かつ処理時間を短
縮することが可能になる。このような触媒元素として、
ニッケル(Ni)の他に、Fe、Co、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Cu、Auを使用することができる
が、ニッケルがその触媒効果が最も顕著である。
By performing heat treatment in this state, the amorphous silicon film 103 is crystallized to form a crystalline silicon film 105 as shown in FIG. 1 (B). Nickel layer 10
The step of forming No. 4 is not an essential step, but nickel functions as a catalyst for lowering the heat energy required for crystallization, so it is possible to lower the heating temperature of the crystallization treatment and shorten the treatment time. . As such a catalytic element,
In addition to nickel (Ni), Fe, Co, Ru, Rh, P
Although d, Os, Ir, Cu and Au can be used, nickel has the most remarkable catalytic effect.

【0018】なお、ニッケル元素を使用せずに、公知の
技術等を使用して結晶性珪素膜を形成することも可能で
ある。また、結晶化工程としては、加熱処理の代わり
に、レーザー光を照射するようにしてもよい。更に、結
晶性珪素膜を形成した後に、レーザー光や赤外光等によ
る光アニールや、熱アニールを実施してもよい。
It is also possible to form the crystalline silicon film by using a known technique without using nickel element. Further, as the crystallization step, laser light may be irradiated instead of the heat treatment. Furthermore, after forming the crystalline silicon film, optical annealing with laser light, infrared light, or the like, or thermal annealing may be performed.

【0019】図1(C)は熱酸化工程が図示されてい
る。結晶性珪素膜105の表面に熱酸化膜106が成長
されるに従って、即ちSi−O結合が形成されるに従っ
て、未結合状態のSiが生成される。この余剰のSiは
熱酸化膜106と結晶性珪素膜105との界面から、結
晶性珪素膜105内部に拡散して、結晶粒界に存在する
Siのダングリングボンドと結合して、結晶性珪素膜1
05の結晶粒界の欠陥がパッシベーションされる。これ
により、結晶性珪素膜105により構成されるTFTの
移動度を向上することができる。また以降の加熱を伴う
作製工程において、欠陥をパッシベーションしているS
iはHのように容易に結晶性珪素膜105から離脱する
ことがないため、水素プラズマ処理を不要にすることが
できる。
FIG. 1C shows a thermal oxidation process. As the thermal oxide film 106 grows on the surface of the crystalline silicon film 105, that is, as Si—O bonds are formed, unbonded Si is generated. This surplus Si diffuses from the interface between the thermal oxide film 106 and the crystalline silicon film 105 into the crystalline silicon film 105, and is bonded to the dangling bond of Si existing at the crystal grain boundary to form crystalline silicon. Membrane 1
The defect of the grain boundary of No. 05 is passivated. As a result, the mobility of the TFT composed of the crystalline silicon film 105 can be improved. Further, in the subsequent manufacturing process involving heating, S which has passivated defects
Since i does not easily separate from the crystalline silicon film 105 like H, hydrogen plasma treatment can be omitted.

【0020】例えば、本発明に係る半導体装置の作製方
法に従って作製されたnチャネルTFTに関して、水素
プラズマ処理した後の移動度は水素プラズマ処理前の移
動度よりも10〜20%のみ増加する。これは、熱酸化
工程において結晶性珪素膜105の欠陥が十分にパッシ
ベーションされていることを示唆しており、また作製工
程間に、欠陥をパッシベーションしているSiが離脱し
ないことも示唆している。
For example, in an n-channel TFT manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the mobility after hydrogen plasma treatment is increased by 10 to 20% as compared with the mobility before hydrogen plasma treatment. This suggests that the defects of the crystalline silicon film 105 have been sufficiently passivated in the thermal oxidation process, and that the Si passivating the defects does not separate during the manufacturing process. .

【0021】本発明における熱酸化工程の目的は、結晶
性珪素膜の粒界の欠陥をパッシベーションするためのS
iを供給するためであり、結晶性珪素膜105がTFT
の活性層を構成することを考慮すると、熱酸化膜106
は耐圧性等の膜質を考慮せずに、200〜500Å程度
の膜に成長させれば良い。また、本発明では、ガラス基
板にTFTを作製することを意図としているため、熱酸
化工程は加熱によって生ずる基板の歪みや、変形等が許
容可能な条件下で実施する必要がある。例えば、加熱温
度の上限はガラス基板の歪点を目安にすればよい。
The purpose of the thermal oxidation step in the present invention is to improve the passivation of defects at grain boundaries of the crystalline silicon film.
i for supplying i, and the crystalline silicon film 105 is a TFT
Considering that the active layer of the
Can be grown to a film of about 200 to 500 Å without considering the film quality such as pressure resistance. Further, in the present invention, since the TFT is intended to be manufactured on the glass substrate, the thermal oxidation step needs to be carried out under the condition that distortion, deformation and the like of the substrate caused by heating are acceptable. For example, the upper limit of the heating temperature may be based on the strain point of the glass substrate.

【0022】本発明においては、熱酸化工程はフッ素化
合物が添加された酸化性雰囲気中で実施する。具体的に
は、酸素ガスにNF3 ガス等を添加した雰囲気中で熱酸
化する。NF3 ガスの濃度を適宜に調節することによ
り、ガラス基板の歪み点以下の温度で、数時間〜10数
時間加熱することで、数100Åの膜厚に熱酸化膜を成
長させることが可能である。
In the present invention, the thermal oxidation step is carried out in an oxidizing atmosphere containing a fluorine compound. Specifically, thermal oxidation is performed in an atmosphere in which NF 3 gas or the like is added to oxygen gas. By adjusting the concentration of NF 3 gas appropriately, it is possible to grow a thermal oxide film to a film thickness of several hundred Å by heating the glass substrate at a temperature below the strain point for several hours to several hours. is there.

【0023】従来NF3 ガスのようにフッ素ラジカルを
供給するガスの他に、HClのようにClラジカルを供
給するガスを酸化性雰囲気に添加することにより、熱酸
化膜の成長が促進されることが知られているが、ガラス
基板の歪点以下の温度、600〜500℃程度の加熱
で、数100Åの膜厚に熱酸化膜を形成するのは時間を
要するため不適当である。酸素ガスにNF3 ガスが45
0ppm添加された酸化性雰囲気中では、600℃で4
時間加熱することにより、200Å程度の熱酸化膜を形
成することが可能である。
The growth of a thermal oxide film is promoted by adding a gas that supplies Cl radicals such as HCl to an oxidizing atmosphere in addition to a gas that conventionally supplies fluorine radicals such as NF 3 gas. However, it is unsuitable to form a thermal oxide film with a film thickness of several hundred Å at a temperature below the strain point of a glass substrate and at a temperature of about 600 to 500 ° C. because it takes time. NF 3 gas is 45 in oxygen gas
In an oxidizing atmosphere with 0 ppm added, it is 4 at 600 ° C.
By heating for a time, it is possible to form a thermal oxide film of about 200 Å.

【0024】また、熱酸化工程おいてフッ素ラジカルは
結晶性珪素膜105の表面の凸部に、集中して供給され
るため、凸部が熱酸化が最も進行して、凹部の熱酸化は
抑制される。また、熱酸化膜106は高濃度にフッ素を
含有するため、応力が緩和されるので、結晶性珪素膜1
05表面には、凸部が丸められた状態で熱酸化膜106
が均一の厚さで形成される。
Further, in the thermal oxidation step, since the fluorine radicals are concentratedly supplied to the convex portion on the surface of the crystalline silicon film 105, the thermal oxidation of the convex portion is most advanced and the thermal oxidation of the concave portion is suppressed. To be done. Further, since the thermal oxide film 106 contains fluorine at a high concentration, stress is relieved, so that the crystalline silicon film 1
On the surface of 05, the thermal oxide film 106 with the convex portion rounded
Are formed with a uniform thickness.

【0025】熱酸化工程は基板の歪みや変形等が許容範
囲となるにように、加熱温度、加熱時間を決定する必要
があるため、熱酸化雰囲気中のフッ素化合物の濃度が増
大してしまう場合もある。この結果、熱酸化膜108に
多量のフッ素が含有されて、Si−F結合が形成される
てしまう慮れがあるが、熱酸化膜106は結晶性珪素膜
の粒界の欠陥をパッシベーションするSiを供給するた
めに成長された膜であり、後に除去されるべき膜として
形成されているため、その特性はゲイト絶縁膜のような
高機能・高信頼性は要求されず、熱酸化膜106に存在
するSi−F結合等の不安定性や、耐圧性問われない。
In the thermal oxidation step, since it is necessary to determine the heating temperature and the heating time so that the strain and the deformation of the substrate are within the allowable range, when the concentration of the fluorine compound in the thermal oxidation atmosphere increases. There is also. As a result, although a large amount of fluorine is contained in the thermal oxide film 108 and Si—F bonds may be formed, the thermal oxide film 106 is Si that passivates defects at the grain boundaries of the crystalline silicon film. Since it is a film grown to supply the film, and is formed as a film to be removed later, its characteristics are not required to have the high function and high reliability of the gate insulating film, and the thermal oxide film 106 has It does not matter whether there is instability such as existing Si—F bond or pressure resistance.

【0026】図1(D)には、熱酸化膜106を除去し
た後に、結晶性珪素膜105をパターニングして形成さ
れた活性層107と、ゲイト絶縁膜108が図示されて
いる。
FIG. 1D shows an active layer 107 formed by patterning the crystalline silicon film 105 after removing the thermal oxide film 106, and a gate insulating film 108.

【0027】本発明では、ゲイト絶縁膜108はプラズ
マCVD法やスパッタリング法等の堆積法で成膜された
膜とする。ゲイト絶縁膜を形成するには熱酸化法を採用
することも可能であるが、ガラス基板の変形が許容でき
る程度の低温度で熱酸化して得られる熱酸化膜は膜質が
優れないためである。このため、本発明では、所定の特
性を有するゲイト絶縁膜を安定的に得るために、プラズ
マCVD法やスパッタリング法等の堆積法でゲイト絶縁
膜を成膜する。
In the present invention, the gate insulating film 108 is a film formed by a deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method. It is possible to use a thermal oxidation method to form the gate insulating film, but this is because the thermal oxide film obtained by thermal oxidation at a low temperature that allows deformation of the glass substrate is not excellent in film quality. . Therefore, in the present invention, in order to stably obtain a gate insulating film having a predetermined characteristic, the gate insulating film is formed by a deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method.

【0028】本発明では、熱酸化工程を経ることによっ
て、活性層107(結晶性珪素膜105)の表面は平坦
化されているため、堆積法でゲイト絶縁膜を成膜して
も、ゲイト絶縁膜を被覆性を良好にして形成することが
できる。このため、ゲイト絶縁膜と活性層との界面準位
を低下させることが可能になる。
In the present invention, since the surface of the active layer 107 (crystalline silicon film 105) is flattened by the thermal oxidation process, even if the gate insulating film is formed by the deposition method, the gate insulating film is formed. The film can be formed with good coverage. Therefore, it becomes possible to lower the interface state between the gate insulating film and the active layer.

【0029】従来例で述べたように、レーザー光を照射
して得られた結晶性珪素膜は結晶性に優れるが、その表
面には急峻な凸部を有するリッジが形成され、例えば、
膜厚が700Å程度の非晶質珪素膜を加熱して珪素化し
た後に、レーザーアニールを実施すると、その表面には
100〜300Å程度高さを有するリッジが形成され
る。酸素ガスにNF3 ガスを450ppm程度添加した
雰囲気中で、12時間熱酸化して、膜厚500Å程度の
熱酸化膜を形成することによって、結晶性珪素膜表面の
高低差を数10Å程度にすることも可能である。従っ
て、レーザー光により結晶化された結晶性珪素膜の表面
にも、CVD法により絶縁膜を被覆性の良好に堆積する
ことができる。
As described in the conventional example, the crystalline silicon film obtained by irradiating laser light has excellent crystallinity, but a ridge having a steep convex portion is formed on the surface thereof.
When an amorphous silicon film having a film thickness of about 700Å is heated to be siliconized and then laser annealing is performed, a ridge having a height of about 100 to 300Å is formed on the surface thereof. By thermal oxidation for 12 hours in an atmosphere in which about 450 ppm of NF 3 gas is added to oxygen gas to form a thermal oxide film with a film thickness of about 500 Å, the height difference on the surface of the crystalline silicon film is set to about 10 Å It is also possible. Therefore, the insulating film can be deposited with good coverage on the surface of the crystalline silicon film crystallized by the laser beam by the CVD method.

【0030】図2(A)には、不純物イオンをドーピン
グする工程が図示されている。ゲイト電極109はマス
クとして機能して、ソース/ドレイン111、112、
チャネル113が自己整合的に形成される。更に、図2
(B)に示すように、層間絶縁膜114、電極115、
116が形成されて、TFTが完成される。
FIG. 2A shows a step of doping impurity ions. The gate electrode 109 functions as a mask, and the source / drain 111, 112,
The channel 113 is formed in a self-aligned manner. Further, FIG.
As shown in (B), the interlayer insulating film 114, the electrode 115,
116 is formed, and the TFT is completed.

【0031】[0031]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕 図1、2は、本実施例のTFTの作製工
程の説明図であり、工程毎の断面図である。本実施例に
おいては、珪素の結晶化を助長する金属元素の触媒作用
を利用して結晶化した珪素膜を使用して、TFTを作製
する。本実施例では、金属元素としてニッケルを採用す
る。
Example 1 FIGS. 1 and 2 are explanatory views of a manufacturing process of a TFT of this example, and are cross-sectional views of each step. In this embodiment, a TFT is manufactured using a silicon film crystallized by utilizing the catalytic action of a metal element that promotes crystallization of silicon. In this embodiment, nickel is used as the metal element.

【0032】図1(A)に示すように、ガラス基板10
1(コーニング1737、歪点667℃)上に、下地膜
102として酸化珪素膜を3000Åの厚さにプラズマ
CVD法又は減圧熱CVD法で成膜する。次にプラズマ
CVD法又は減圧熱CVD法により、実質的に真性(I
型)な非晶質珪素膜103を700Å〜1000Åの厚
さに成膜する。ここでは非晶質珪素膜103の膜厚を7
00Åとする。
As shown in FIG. 1A, the glass substrate 10
On 1 (Corning 1737, strain point 667 ° C.), a silicon oxide film is formed as a base film 102 to a thickness of 3000 Å by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Next, by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method, the intrinsic (I
Type amorphous silicon film 103 is formed to a thickness of 700Å to 1000Å. Here, the thickness of the amorphous silicon film 103 is set to 7
00 °.

【0033】酸化性雰囲気中において、UV光を非晶質
珪素膜103の表面に照射して、その表面に図示しない
酸化膜を数20Åの厚さに形成した後に、その酸化膜の
表面にニッケル元素を含有する溶液を塗布する。酸化膜
は非晶質珪素膜103表面の濡れ性を改善して、溶液が
弾かれるのを抑制するためのものである。本実施例で
は、ニッケル元素を含有する溶液として、ニッケルの含
有量が1〜100ppm程度のニッケル酢酸塩溶液を用
いる。スピナ等によって、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し
て、乾燥して、ニッケル層104を形成する。ニッケル
層104は完全な膜を成しているとは限らないが、この
状態で図示しない酸化膜を介して、ニッケル元素が非晶
質珪素膜203の表面に接して保持されている。
After irradiating the surface of the amorphous silicon film 103 with UV light in an oxidizing atmosphere to form an oxide film (not shown) having a thickness of several 20Å on the surface, nickel is formed on the surface of the oxide film. A solution containing the element is applied. The oxide film improves the wettability of the surface of the amorphous silicon film 103 and suppresses repulsion of the solution. In this embodiment, a nickel acetate solution having a nickel content of about 1 to 100 ppm is used as the nickel element-containing solution. A nickel acetate solution is applied with a spinner or the like and dried to form the nickel layer 104. Although the nickel layer 104 does not necessarily form a perfect film, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 203 via an oxide film (not shown) in this state.

【0034】ただし、珪素膜中におけるニッケル濃度が
1×1016原子・cm-3以下であると、結晶化を助長す
る効果を得ることが困難である。他方ニッケル濃度が5
×1019原子/cm3 以上であると、得られた珪素膜の
半導体としての特性が損なわれて、金属としての特性が
表れてしまうので、最終的に得られる珪素膜中における
平均ニッケル濃度が1×1016〜5×1019原子/cm
3 となるように、予めニッケル酢酸溶液中のニッケルの
濃度や、塗布回数、塗布量等の工程条件を設定する。な
お、ニッケルの濃度はSIMS(2次イオン質量分析方
法)で計測すればよい。
However, if the nickel concentration in the silicon film is 1 × 10 16 atoms · cm −3 or less, it is difficult to obtain the effect of promoting crystallization. On the other hand, the nickel concentration is 5
If it is × 10 19 atoms / cm 3 or more, the characteristics of the obtained silicon film as a semiconductor will be impaired and the characteristics as a metal will appear, so that the average nickel concentration in the finally obtained silicon film will be 1 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm
The process conditions such as the concentration of nickel in the nickel acetic acid solution, the number of times of application, and the amount of application are set in advance so as to be 3 . The concentration of nickel may be measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry method).

【0035】非晶質珪素膜103表面にニッケル元素が
保持された状態において、図1(B)に示すように、窒
素雰囲気中において加熱処理して、非晶質珪素膜103
を結晶化させて、結晶性珪素膜105を形成する。珪素
を結晶化させるには、450℃以上の温度で加熱する必
要があるが、450℃〜500℃程度の温度では、非晶
質珪素膜を結晶化させるのに数10時間以上要するの
で、550℃以上の温度で加熱することが望ましい。な
お、図1(B)に示す結晶化工程に限らず、加熱温度は
加熱によって生ずるガラス基板の変形や縮みが許容でき
る範囲とする必要がある。加熱温度の上限の基準は、例
えば、基板の歪み点とすればよい。本実施例は、歪点が
667℃のガラス基板101を使用しているため、加熱
温度を620℃として、4時間加熱する。
With the nickel element held on the surface of the amorphous silicon film 103, as shown in FIG. 1 (B), heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere to form the amorphous silicon film 103.
Is crystallized to form a crystalline silicon film 105. In order to crystallize silicon, it is necessary to heat at a temperature of 450 ° C. or higher, but at a temperature of about 450 ° C. to 500 ° C., it takes several tens of hours or more to crystallize the amorphous silicon film. It is desirable to heat at a temperature of ℃ or more. Note that the heating temperature is not limited to the crystallization step shown in FIG. 1B, and it is necessary to set the heating temperature within a range in which deformation or shrinkage of the glass substrate caused by heating can be allowed. The upper limit of the heating temperature may be, for example, the strain point of the substrate. In this embodiment, since the glass substrate 101 having a strain point of 667 ° C. is used, the heating temperature is 620 ° C. and heating is performed for 4 hours.

【0036】加熱により、ニッケルが非晶質珪素膜10
3の表面から下地膜102との界面向かって、ガラス基
板101に略直交する方向に沿って拡散するのに伴っ
て、珪素の結晶成長が進行して、結晶性珪素膜105が
形成される。この結晶成長はガラス基板101に垂直な
方向に、かつ無秩序に進行する。このような結晶過程を
ここでは縦成長と称することとする。なお、必要であれ
ば、結晶化工程後に、レーザー光や赤外光による光アニ
ールや、熱アニールを実施して、結晶性珪素膜105の
結晶性をより向上させてもよい。また光アニールと熱ア
ニールとを併用してもよい。
By heating, nickel is converted into the amorphous silicon film 10.
From the surface of No. 3 toward the interface with the base film 102, the crystal growth of silicon progresses as it diffuses along a direction substantially orthogonal to the glass substrate 101, and a crystalline silicon film 105 is formed. This crystal growth proceeds randomly in a direction perpendicular to the glass substrate 101. Such a crystallization process will be referred to as vertical growth here. If necessary, the crystallinity of the crystalline silicon film 105 may be further improved by performing optical annealing with laser light or infrared light or thermal annealing after the crystallization step. Also, optical annealing and thermal annealing may be used together.

【0037】ただし、レーザーアニールを実施する場合
には、レーザー光によって、熱エネルギを結晶性珪素膜
105に効果的に供与するために、結晶性珪素膜105
の出発膜となる非晶質珪素膜103の膜厚は1000Å
以下、700Å〜800Å程度とすることが好ましい。
However, when the laser annealing is performed, the crystalline silicon film 105 is effectively supplied with heat energy by the laser light to the crystalline silicon film 105.
The film thickness of the amorphous silicon film 103, which is the starting film of
Hereinafter, it is preferable to set it to about 700Å to 800Å.

【0038】次にフッ素原子を含有する酸化雰囲気中で
加熱することにより、結晶性珪素膜105の表面に熱酸
化膜106を200〜500Åの膜厚に形成する。本実
施例では、酸素ガス中にNF3 を400ppm添加した
雰囲気中で、600℃の温度で4時間加熱して、熱酸化
膜106を200Å程度の膜厚に形成する。この結果、
結晶性珪素膜105の膜厚は700Å程度であったもの
が、600Å程度となる。結晶性珪素膜105は最終的
にTFTの活性層を構成するため、必要な厚さの活性層
を得ることができるように、酸化膜106の膜厚を考慮
して、非晶質珪素膜103の膜厚を決定する必要があ
る。
Next, by heating in an oxidizing atmosphere containing fluorine atoms, a thermal oxide film 106 is formed on the surface of the crystalline silicon film 105 to a film thickness of 200 to 500 Å. In this embodiment, the thermal oxide film 106 is formed to a thickness of about 200 Å by heating at a temperature of 600 ° C. for 4 hours in an atmosphere in which 400 ppm of NF 3 is added to oxygen gas. As a result,
The film thickness of the crystalline silicon film 105 is about 700 Å, but is about 600 Å. Since the crystalline silicon film 105 finally forms the active layer of the TFT, the amorphous silicon film 103 is considered in consideration of the film thickness of the oxide film 106 so that an active layer having a necessary thickness can be obtained. It is necessary to determine the film thickness of.

【0039】結晶性珪素膜105の表面に熱酸化膜10
6が形成されるに従って、未結合状態のSiが生成され
る。この余剰のSiは熱酸化膜106と結晶性珪素膜1
05との界面から、結晶性珪素膜105内部に拡散し
て、結晶粒界に存在するSiのダングリングボンドと結
合して、結晶性珪素膜105の結晶粒界の欠陥密度が減
少される。また、以降の加熱を伴う作製工程において、
欠陥をパッシベーションしているSiは、Hのように容
易に結晶性珪素膜105から離脱することがないため、
結晶性珪素膜105はTFT等の半導体装置の材料に好
適である。
The thermal oxide film 10 is formed on the surface of the crystalline silicon film 105.
As 6 is formed, unbonded Si is generated. This excess Si is caused by the thermal oxide film 106 and the crystalline silicon film 1.
05 from the interface with the crystalline silicon film 105 to diffuse into the inside of the crystalline silicon film 105 and combine with the dangling bond of Si existing in the crystal grain boundary to reduce the defect density of the crystal grain boundary of the crystalline silicon film 105. Also, in the subsequent manufacturing process involving heating,
Si, which is passivated with defects, does not easily separate from the crystalline silicon film 105 like H does.
The crystalline silicon film 105 is suitable as a material for a semiconductor device such as a TFT.

【0040】また、結晶性珪素膜105の表面は、凸部
と凹部の酸化速度の違いのために、凸部が丸められ、平
坦化される。なお、結晶性珪素膜105にレーザー光を
照射した場合には、その表面にリッジが形成されている
ため、そのリッジが可能な限り平坦化・除去できるよう
に、熱酸化工程後の結晶性珪素膜105の膜厚を考慮し
て、熱酸化膜106の膜厚やNF3 ガス濃度等の熱酸化
の工程条件を設定すればよい。
On the surface of the crystalline silicon film 105, the convex portions are rounded and flattened due to the difference in oxidation rate between the convex portions and the concave portions. When the crystalline silicon film 105 is irradiated with laser light, a ridge is formed on the surface of the crystalline silicon film 105. Therefore, the crystalline silicon after the thermal oxidation process is made so that the ridge can be planarized and removed as much as possible. The thermal oxidation process conditions such as the thickness of the thermal oxide film 106 and the NF 3 gas concentration may be set in consideration of the film thickness of the film 105.

【0041】図1(D)に示すように、エッチングによ
って熱酸化膜106を除去する。この際には、酸化珪素
と珪素とのエッチングレートの高いエッチング液、エッ
チングガスを使用する。本実施例では、バッファーフッ
酸等のフッ酸系のエッチャントを使用して、ウェットエ
ッチングにより熱酸化膜106を除去する。
As shown in FIG. 1D, the thermal oxide film 106 is removed by etching. At this time, an etching solution or etching gas having a high etching rate of silicon oxide and silicon is used. In this embodiment, the thermal oxide film 106 is removed by wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant such as buffer hydrofluoric acid.

【0042】そして、結晶性珪素膜105を島状にパタ
ーニングして、TFTの活性層107を形成する。そし
てゲイト絶縁膜108として酸化珪素膜を1000Åの
厚さにプラズマCVD法で成膜する。活性層107の表
面は熱酸化工程において、平坦化されているため、ゲイ
ト絶縁膜108を被覆性を良好に堆積することできる。
Then, the crystalline silicon film 105 is patterned into an island shape to form an active layer 107 of the TFT. Then, as the gate insulating film 108, a silicon oxide film is formed to a thickness of 1000 Å by the plasma CVD method. Since the surface of the active layer 107 is flattened in the thermal oxidation process, the gate insulating film 108 can be deposited with good coverage.

【0043】次に、ゲイト絶縁膜108の表面に、図示
しないスカンジウムを微量に含有したアルミニウム膜を
6000Åの厚さに電子ビーム蒸着法で成膜して、図1
(E)に示すようにパターニングして、ゲイト電極10
9を形成する。そして電解溶液中において、ゲイト電極
109を陽極として陽極酸化を行うことにより、酸化物
層110を形成する。この場合には、3%の酒石酸を含
有するエチレングリコール溶液中で、ゲイト電極109
を陽極とし、白金を陰極として、電圧を印加することに
より、緻密な構造を有する陽極酸化物層110を200
0Åの厚さに形成する。なお、陽極酸化物110の膜厚
は電圧の印加時間で制御可能である。
Next, on the surface of the gate insulating film 108, an aluminum film containing a small amount of scandium (not shown) is formed to a thickness of 6000 Å by the electron beam evaporation method, and then, as shown in FIG.
Patterning is performed as shown in FIG.
9 is formed. Then, an oxide layer 110 is formed by anodizing in the electrolytic solution using the gate electrode 109 as an anode. In this case, the gate electrode 109 is placed in an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid.
Is used as an anode and platinum is used as a cathode, and a voltage is applied to form an anode oxide layer 110 having a dense structure to 200
It is formed to a thickness of 0 °. The film thickness of the anodic oxide 110 can be controlled by the voltage application time.

【0044】次に、図2(A)に示すように、ソース/
ドレイン領域111、112を形成するために、イオン
注入法或いはプラズマイオン注入法等により、活性層1
07に一導電型を付与する不純物イオンを注入する。n
チャネル型のTFTを形成する場合には、H2 ガスによ
り1〜10%に希釈されたフォスフィンを使用して、リ
ン(P)オンを活性層106に注入する。他方、pチャ
ネル型TFTを作製する場合には、1〜10%に希釈さ
れたジボランを使用して、硼素(B)イオンを注入す
る。
Next, as shown in FIG.
In order to form the drain regions 111 and 112, the active layer 1 is formed by an ion implantation method or a plasma ion implantation method.
Impurity ions imparting one conductivity type are implanted into 07. n
When forming a channel type TFT, phosphine diluted to 1 to 10% with H 2 gas is used to inject phosphorus (P) on to the active layer 106. On the other hand, when a p-channel TFT is manufactured, boron (B) ions are implanted using diborane diluted to 1 to 10%.

【0045】不純物イオンが活性層107に注入される
と、ゲイト電極109とその周囲の陽極酸化物110が
マスクとして機能して、不純物イオンが注入された領域
がソース/ドレイン111、112として画定され、不
純物イオンが注入されない領域がチャネル113として
画定される。なお、ソース/ドレイン111、112の
不純物イオンの濃度が3×1019〜1×1021原子/c
3 となるように、ドーズ量、加速電圧等のドーピング
条件を制御する。ドーピング後に、レーザー光を照射し
て、ソース/ドレイン111、112に注入された不純
物イオンを活性化させる。
When the impurity ions are implanted into the active layer 107, the gate electrode 109 and the surrounding anodic oxide 110 function as a mask, and the regions into which the impurity ions are implanted are defined as the source / drains 111 and 112. A region where impurity ions are not implanted is defined as the channel 113. The impurity ion concentration of the source / drain 111, 112 is 3 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / c.
Doping conditions such as dose amount and accelerating voltage are controlled so as to be m 3 . After the doping, laser light is irradiated to activate the impurity ions implanted in the source / drain 111, 112.

【0046】次に層間絶縁膜114として酸化珪素膜を
7000Åの厚さにプラズマCVD法で成膜する。そし
てコンタクトホールを形成して、アルミニウムを主成分
とする材料でソース/ドレイン111、112と接続さ
れる電極115、116が形成される。最後に300℃
で水素プラズマ処理を行うことにより、図2(B)に示
す薄膜トランジスタを完成させる。なお、この水素プラ
ズマ処理は活性層107の欠陥をパッシベーションする
のではなく、活性層107とアルミニウムから成る電極
115、116との界面のパッシベーションを主な目的
とする。
Next, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 114 to a thickness of 7,000 Å by the plasma CVD method. Then, contact holes are formed, and electrodes 115 and 116 connected to the source / drains 111 and 112 are formed of a material containing aluminum as a main component. Finally 300 ℃
Then, hydrogen plasma treatment is performed to complete the thin film transistor shown in FIG. The main purpose of this hydrogen plasma treatment is not passivation of defects in the active layer 107, but passivation of interfaces between the active layer 107 and the electrodes 115 and 116 made of aluminum.

【0047】本実施例の作製工程に従って作製されたp
チャネル型のTFTの電界効果移動度は、水素プラズマ
処理を実施する前と、水素プラズマ処理を実施した後と
で大きなきな変化は無かった。これは、図1(C)に示
す熱酸化工程にパッシベーションの効果が無いのではな
く、上述したように、水素プラズマ処理のみのパッシベ
ーションでは、pチャネル型TFTの電界効果移動度が
顕著に改善されないのことから予想されるように、pチ
ャネル型TFTにおいては、活性層107の結晶粒界の
欠陥をパッシベーションすることは、電界効果移動度を
改善する最良の手段ではないためであると考えられる。
P manufactured according to the manufacturing process of this embodiment
The field-effect mobility of the channel-type TFT did not significantly change before and after the hydrogen plasma treatment. This is not because the thermal oxidation step shown in FIG. 1C does not have the effect of passivation, but as described above, the field effect mobility of the p-channel TFT is not significantly improved only by the hydrogen plasma treatment. As is expected from the above, it is considered that in the p-channel TFT, passivation of defects at the crystal grain boundaries of the active layer 107 is not the best means for improving the field effect mobility.

【0048】他方、本実施例の作製工程に従って作製さ
れたnチャネル型のTFTは、水素プラズマ処理を実施
する前では、電界効果移動度は200cm2 ・V-1・s
-1であったが、水素プラズマ処理を実施した後では、電
界効果移動度は10〜20%程度の増加下のみであっ
た。これは、従来、nチャネル型TFTは水素プラズマ
処理をしないと、実用にならないが、本実施例のよう
に、NF3 を添加して熱酸化処理のみで、実用可能なn
チャネル型TFTを作製することが可能であることを示
唆している。
On the other hand, the n-channel TFT manufactured according to the manufacturing process of this embodiment has a field effect mobility of 200 cm 2 · V −1 · s before the hydrogen plasma treatment.
It was -1, but after performing the hydrogen plasma treatment, the field effect mobility was only under increased 10 to 20%. Conventionally, an n-channel TFT cannot be put into practical use unless it is subjected to hydrogen plasma treatment, but as in the present embodiment, it can be put into practical use only by adding NF 3 and performing thermal oxidation treatment.
It suggests that a channel type TFT can be manufactured.

【0049】即ち、水素プラズマ処理において、水素に
よってパッシベーションされた活性層107の結晶粒界
の欠陥は余り多くなく、結晶粒界の欠陥の多くは、図1
(C)に示す熱酸化工程において、パッシベーションさ
れていることを示している。従って、本実施例の水素プ
ラズマ処理によりパッシベーションされる欠陥の殆どは
熱酸化工程以降に生ずる欠陥であり、主に、電極11
5、116を形成した際に生じた欠陥である。
That is, in the hydrogen plasma treatment, there are not so many defects at the crystal grain boundaries of the active layer 107 that are passivated by hydrogen, and most of the defects at the crystal grain boundaries are as shown in FIG.
In the thermal oxidation step shown in (C), it is shown that it is passivated. Therefore, most of the defects that are passivated by the hydrogen plasma treatment of the present embodiment are defects that occur after the thermal oxidation process, and the electrode 11 is mainly used.
This is a defect that occurred when forming 5, 116.

【0050】また、本実施例では、活性層107の結晶
粒界の欠陥はSiでパッシベーションされている。Si
はHのように熱的な影響によって容易に活性層から離脱
しないので、耐熱性に優れた高信頼性のTFTを形成す
ることが可能になる。
Further, in this embodiment, defects in the crystal grain boundaries of the active layer 107 are passivated with Si. Si
Since H does not easily separate from the active layer due to thermal influence like H, it is possible to form a highly reliable TFT having excellent heat resistance.

【0051】〔実施例2〕 図3、4は、本実施例のT
FTの作製工程の説明図であり、工程毎の断面図であ
る。本実施例においては、珪素の結晶化を助長する金属
元素の触媒作用を利用して結晶化した珪素膜を使用し
て、TFTを作製する。本実施例では、金属元素として
ニッケルを採用する。
Example 2 FIGS. 3 and 4 show T of this example.
It is explanatory drawing of the manufacturing process of FT, and is sectional drawing for every process. In this embodiment, a TFT is manufactured using a silicon film crystallized by utilizing the catalytic action of a metal element that promotes crystallization of silicon. In this embodiment, nickel is used as the metal element.

【0052】図3(A)に示すように、ガラス基板20
1(コーニング1737、歪点667℃)上に、下地膜
202として酸化珪素膜を3000Åの厚さにプラズマ
CVD法又は減圧熱CVD法で成膜する。次にプラズマ
CVD法又は減圧熱CVD法により、実質的に真性な非
晶質珪素膜203を700Å〜1000Åの厚さに成膜
する。ここでは非晶質珪素膜103の膜厚を1000Å
とする。
As shown in FIG. 3A, the glass substrate 20
On 1 (Corning 1737, strain point 667 ° C.), a silicon oxide film is formed as a base film 202 to a thickness of 3000 Å by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Next, a substantially intrinsic amorphous silicon film 203 is formed to a thickness of 700 Å to 1000 Å by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Here, the thickness of the amorphous silicon film 103 is 1000 Å
And

【0053】酸化性雰囲気中においてUV光を非晶質珪
素膜203の表面に照射して、その表面に、図示しない
酸化膜を数20Åの厚さに形成する。酸化膜の表面にニ
ッケル元素を含有する溶液を塗布する。酸化膜は非晶質
珪素膜203表面の濡れ性を改善して、溶液が弾かれる
のを抑制するためのものである。
UV light is applied to the surface of the amorphous silicon film 203 in an oxidizing atmosphere to form an oxide film (not shown) with a thickness of several 20 Å on the surface. A solution containing nickel element is applied to the surface of the oxide film. The oxide film is for improving the wettability of the surface of the amorphous silicon film 203 and suppressing the repulsion of the solution.

【0054】図示しない酸化膜の表面に、1500Åの
膜厚の酸化珪素膜から成る開孔部204aを有するマス
ク膜204を形成する。開孔部204aは紙面に垂直な
方向に長手を有するスリット状の形状を有する。開孔部
204aの幅は20μm以上とするのが適当であり、他
方、長手方向の寸法は基板寸法等に合わせて適宜に決定
する。
A mask film 204 having an opening portion 204a made of a silicon oxide film having a thickness of 1500 Å is formed on the surface of an oxide film (not shown). The opening portion 204a has a slit-like shape having a long side in a direction perpendicular to the paper surface. It is appropriate that the width of the opening portion 204a is 20 μm or more, while the dimension in the longitudinal direction is appropriately determined according to the substrate dimension and the like.

【0055】次に、スピナーによって、ニッケル元素を
1〜100ppm程度含有するニッケル酢酸塩溶液をニ
ッケル酢酸塩溶液を塗布して、乾燥して、ニッケル層2
05を形成する。ニッケル層205は完全な膜を成して
いるとは限らないが、この状態では、マスク膜204の
開孔部204aにおいて図示しない酸化膜を介して、ニ
ッケル元素が非晶質珪素膜203の表面に接して保持さ
れている。
Next, a nickel acetate solution containing about 1 to 100 ppm of nickel element is applied to the nickel acetate solution by a spinner and dried to form a nickel layer 2.
05 is formed. Although the nickel layer 205 does not necessarily form a perfect film, in this state, the nickel element is contained in the surface of the amorphous silicon film 203 through the oxide film (not shown) in the opening portion 204a of the mask film 204. Held in contact with.

【0056】次に620℃で4時間加熱して、非晶質珪
素膜203を結晶化して、結晶性珪素膜206を形成す
る。加熱することにより、非晶質珪素膜203におい
て、マスク膜204の開孔部204aにおいて露出され
た領域206aの表面から下地膜202に向かって、結
晶が縦成長するため、領域206aは縦成長領域とな
る。やがて、領域206bにおいて、縦成長領206a
を起点にして、矢印で指示するように結晶性珪素膜20
6表面に平行に結晶成長が進行する。このように1方向
に結晶成長する結晶化過程を横成長と称する。従って、
結晶珪素膜206の領域206bは横成長領域である。
Next, the amorphous silicon film 203 is crystallized by heating at 620 ° C. for 4 hours to form a crystalline silicon film 206. By heating, in the amorphous silicon film 203, crystals grow vertically from the surface of the region 206a exposed in the opening 204a of the mask film 204 toward the base film 202, so that the region 206a is a vertically grown region. Becomes Eventually, in the region 206b, the vertical growth region 206a
Starting from the crystalline silicon film 20 as indicated by an arrow.
6 Crystal growth proceeds parallel to the surface. The crystallization process in which crystals grow in one direction is called lateral growth. Therefore,
A region 206b of the crystalline silicon film 206 is a lateral growth region.

【0057】次に図3(C)に示すように、酸化珪素膜
から成るマスク膜204を除去した後に、フッ素原子を
含有する酸化雰囲気中で加熱することにより、結晶性珪
素膜206の表面に熱酸化膜207を200〜500Å
の膜厚に形成する。なお、必要であれば、熱酸化工程前
に、レーザー光や赤外光による光アニールや、熱アニー
ルを実施して、結晶性珪素膜105の結晶性をより向上
させてもよい。また光アニールと熱アニールとを併用し
てもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, after the mask film 204 made of a silicon oxide film is removed, the surface of the crystalline silicon film 206 is heated by heating in an oxidizing atmosphere containing fluorine atoms. Thermal oxide film 207 200-500 Å
To a film thickness of If necessary, the crystallinity of the crystalline silicon film 105 may be further improved by performing optical annealing with laser light or infrared light or thermal annealing before the thermal oxidation step. Also, optical annealing and thermal annealing may be used together.

【0058】熱酸化工程を実施するには、酸素雰囲気中
にNF3 ガスを450ppm添加した雰囲気で、600
℃の温度で12時間加熱して、熱酸化膜207を500
Å程度の膜厚に形成する。この結果、結晶性珪素膜20
6の膜厚は1000Å程度であったものが、750Å程
度となる。
In order to carry out the thermal oxidation step, 600 NF 3 gas was added in an oxygen atmosphere in an amount of 450 ppm.
The thermal oxide film 207 is heated to 500 ° C. for 12 hours.
It is formed to a thickness of about Å. As a result, the crystalline silicon film 20
The film thickness of No. 6 was about 1000 Å, but becomes about 750 Å.

【0059】結晶性珪素膜206の表面に熱酸化膜20
7が形成されるに従って、未結合状態のSiが生成され
る。このSi原子は結晶性珪素膜206の結晶粒界にお
いて、Siのダングリングボンドと結合して、結晶性珪
素膜206の欠陥がパッシベーションされる。1000
Åの膜厚の結晶性珪素膜206に対して、酸化珪素膜1
06を500Å程度形成することで、結晶性珪素膜20
6の結晶粒界の欠陥密度を十分に減少させることでき
る。
The thermal oxide film 20 is formed on the surface of the crystalline silicon film 206.
As 7 is formed, unbonded Si is generated. The Si atoms bond with dangling bonds of Si at the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film 206, and the defects in the crystalline silicon film 206 are passivated. 1000
For the crystalline silicon film 206 having a thickness of Å, the silicon oxide film 1
The crystalline silicon film 20 is formed by forming 06 about 500Å.
The defect density of the crystal grain boundary of No. 6 can be sufficiently reduced.

【0060】次に、図3(D)に示すように、エッチン
グによって熱酸化膜207を除去する。この際には、酸
化珪素と珪素とのエッチングレートの高いエッチング
液、エッチングガスを使用する。本実施例では、バッフ
ァーフッ酸等のフッ酸系のエッチャントを使用して、ウ
ェットエッチングにより熱酸化膜106を除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, the thermal oxide film 207 is removed by etching. At this time, an etching solution or etching gas having a high etching rate of silicon oxide and silicon is used. In this embodiment, the thermal oxide film 106 is removed by wet etching using a hydrofluoric acid-based etchant such as buffer hydrofluoric acid.

【0061】次に、図3(E)に示すように、結晶性珪
素膜206を島状にエッチングして、TFTの活性層2
08を形成する。この際に、活性層208は横成長領域
206bのみで構成されるようにすると良い。活性層2
08の表面にゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素膜209
をプラズマCVD法又は減圧CVDによって、成膜す
る。更に酸化珪素膜209の表面に、ゲイト電極210
を構成するアルミニウム膜をスパッタ法により5000
Åの厚さに堆積する。アルミニウムには、予め、スカン
ジウムを0.2重量%含有させておくと、後の加熱工程
等において、ヒロックやウィスカーが発生するのを抑制
することがてきる。
Next, as shown in FIG. 3E, the crystalline silicon film 206 is etched into an island shape to form the active layer 2 of the TFT.
08 is formed. At this time, the active layer 208 may be composed of only the lateral growth region 206b. Active layer 2
Silicon oxide film 209 forming a gate insulating film on the surface of 08
Is formed by plasma CVD or low pressure CVD. Further, the gate electrode 210 is formed on the surface of the silicon oxide film 209.
The aluminum film forming the
Deposit to a thickness of Å. If 0.2% by weight of scandium is contained in advance in aluminum, generation of hillocks and whiskers can be suppressed in the subsequent heating step and the like.

【0062】次に、アルミニウム膜の表面を陽極酸化し
て、図示しない緻密な陽極酸化物を極薄く形成する。次
に、アルミニウム膜の表面にレジストのマスク211を
形成する。この際に、アルミニウム膜の表面に図示しな
い緻密な陽極酸化物が形成されているため、マスク21
1を密着させて形成することができる。次にレジストの
マスク211を使用して、アルミニウム膜をエッチング
して、図3(E)に示すようにゲイト電極210を形成
する。
Next, the surface of the aluminum film is anodized to form a dense anodic oxide (not shown) to be extremely thin. Next, a resist mask 211 is formed on the surface of the aluminum film. At this time, since a dense anodic oxide not shown is formed on the surface of the aluminum film, the mask 21
1 can be formed in close contact with each other. Next, using the resist mask 211, the aluminum film is etched to form a gate electrode 210 as shown in FIG.

【0063】図4(A)に示すように、レジストのマス
ク211を残したまま、ゲイト電極210を陽極酸化し
て、多孔質の陽極酸化物212を4000Åの厚さに形
成する。この際に、ゲイト電極210の表面にレジスト
のマスク208が密着しているため、多孔質の陽極酸化
物212はゲイト電極210の側面のみに形成される。
As shown in FIG. 4A, the gate electrode 210 is anodized while leaving the resist mask 211, and a porous anodic oxide 212 is formed to a thickness of 4000 Å. At this time, since the resist mask 208 is in close contact with the surface of the gate electrode 210, the porous anodic oxide 212 is formed only on the side surface of the gate electrode 210.

【0064】次に、図4(B)に示すように、レジスト
のマスク211を剥離した後に、ゲイト電極210を電
解溶液中で再び陽極酸化して、緻密な陽極酸化物213
を1000Åの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after removing the resist mask 211, the gate electrode 210 is anodized again in an electrolytic solution to form a dense anodic oxide 213.
Is formed to a thickness of 1000 °.

【0065】陽極酸化物の作り分けは使用する電解溶液
を変えればよく、多孔質の陽極酸化物212を形成する
場合には、クエン酸、シュウ酸、クロム酸又は硫酸を3
〜20%含有した酸性溶液を使用すればよい。他方、緻
密な陽極酸化物213を形成する場合には、酒石酸、ほ
う酸、又は硝酸を3〜10%含有するエチレングリコー
ル溶液をPHを7程度に調整した電解溶液を使用すれば
よい。
The anodic oxides may be selectively made by changing the electrolytic solution used. When the porous anodic oxide 212 is formed, citric acid, oxalic acid, chromic acid or sulfuric acid is used in 3 parts.
An acidic solution containing ~ 20% may be used. On the other hand, in the case of forming the dense anodic oxide 213, an electrolytic solution in which the pH of the ethylene glycol solution containing tartaric acid, boric acid or nitric acid is adjusted to about 7 may be used.

【0066】図4(C)に示すように、ゲイト電極21
0及びその周囲の多孔質の陽極酸化物212、緻密な陽
極酸化物213をマスクにして、酸化珪素膜209をエ
ッチングして、ゲイト絶縁膜214を形成する。
As shown in FIG. 4C, the gate electrode 21
0 and its surrounding porous anodic oxide 212 and dense anodic oxide 213 are used as a mask to etch the silicon oxide film 209 to form a gate insulating film 214.

【0067】図4(D)に示すように、多孔質の陽極酸
化物212を除去した後に、イオンドーピング法によ
り、ゲイト電極210、緻密な陽極酸化物213、及び
ゲイト絶縁膜214をマスクにして、活性層208に導
電型を付与する不純物を注入する。本実施例では、nチ
ャネル型TFTを形成するために、ドーピングガスにフ
ォスフィンを使用して、燐(P)イオンをドーピングす
る。なおドーピングの際に、ゲイト絶縁膜212は半透
過なマスクとして機能するように、ドーズ量、加速電圧
等の条件を制御する。
As shown in FIG. 4D, after removing the porous anodic oxide 212, the gate electrode 210, the dense anodic oxide 213, and the gate insulating film 214 are used as a mask by an ion doping method. Impurity imparting conductivity type is implanted into the active layer 208. In this embodiment, phosphine is used as a doping gas to dope phosphorus (P) ions in order to form an n-channel TFT. During the doping, the conditions such as the dose amount and the acceleration voltage are controlled so that the gate insulating film 212 functions as a semitransparent mask.

【0068】ドーピングの結果、ゲイト絶縁膜212に
覆われていない領域は高濃度に燐イオンが注入されて、
ソース/ドレイン215、216が形成される。また、
ゲイト絶縁膜214のみに覆われている領域には、低濃
度に燐イオンが注入されて、低濃度不純物領域217、
218が形成される。ゲイト電極210の直下の領域に
は不純物が注入されないため、チャネル219が形成さ
れる。ドーピイング工程の後に、熱アニール、レーザア
ニール等を実施して、ドーピイングされた燐イオンを活
性化する。
As a result of doping, phosphorus ions are implanted at a high concentration in a region not covered with the gate insulating film 212,
Source / drain 215, 216 are formed. Also,
In the region covered only by the gate insulating film 214, phosphorus ions are implanted at a low concentration, and the low concentration impurity region 217,
218 is formed. Since impurities are not injected into the region directly below the gate electrode 210, the channel 219 is formed. After the doping step, thermal annealing, laser annealing or the like is performed to activate the doped phosphorus ions.

【0069】低濃度不純物領域217、218は高抵抗
領域として機能するため、オフ電流の低減に寄与する。
特に、ドレイン216側の低濃度不純物領域218はL
DDと呼ばれている。また、緻密な陽極酸化物212を
十分に厚くすることにより、ゲイト電極210の端面か
ら不純物領域がずれているオフセット構造とすることが
できため、オフ電流をより低減することができる。
Since the low-concentration impurity regions 217 and 218 function as high-resistance regions, they contribute to the reduction of off current.
Particularly, the low concentration impurity region 218 on the drain 216 side is L
It is called DD. Further, by sufficiently thickening the dense anodic oxide 212, an offset structure in which the impurity region is displaced from the end face of the gate electrode 210 can be formed, and thus the off current can be further reduced.

【0070】図4(E)に示すように、プラズマCVD
法により、層間絶縁物220として酸化珪素膜を500
0Åの厚さに成膜する。なお、層間絶縁物220とし
て、酸化珪素膜の単層膜の代わりに、窒化珪素膜の単層
膜、又は酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層膜を形成しても
よい。次に、公知のエッチング法によって酸化珪素膜か
ら成る層間絶縁物220をエッチングして、ソース/ド
レイン215、216それぞれにコンタクトホールを形
成する。次に、アルミニウム膜を4000Åの厚さにス
パッタリング法により成膜し、これをパターニングし
て、ソース/ドレイン215、216のコンタクトホー
ルに電極221、222を形成する。
As shown in FIG. 4E, plasma CVD
A silicon oxide film as an interlayer insulator 220 by
A film is formed to a thickness of 0 °. Note that as the interlayer insulator 220, a single-layer film of a silicon nitride film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be formed instead of the single-layer film of a silicon oxide film. Next, the interlayer insulator 220 made of a silicon oxide film is etched by a known etching method to form contact holes in the source / drain 215 and 216, respectively. Next, an aluminum film is formed to a thickness of 4000 Å by a sputtering method and is patterned to form electrodes 221 and 222 in the contact holes of the source / drain 215 and 216.

【0071】最後に、水素雰囲気中で300℃の温度で
加熱処理する。以上の工程を経て、LDD構造を有する
TFTが作製される。なお、この水素プラズマ処理は活
性層208の欠陥をパッシベーションするのではなく、
活性層107とアルミニウムから成る電極213、21
4との界面のパッシベーションを主な目的とする。
Finally, heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. in a hydrogen atmosphere. Through the above steps, a TFT having an LDD structure is manufactured. Note that this hydrogen plasma treatment does not passivate defects in the active layer 208, but
Electrodes 213 and 21 made of active layer 107 and aluminum
The main purpose is passivation of the interface with 4.

【0072】本実施例の作製工程に従って作製されたn
チャネル型のTFTは、水素プラズマ処理を実施した後
の電界効果移動度は水素プラズマ処理を実施する前の1
0〜20%程度の増加下のみであった。これは、従来、
nチャネル型TFTは水素プラズマ処理をしないと、実
用にならないが、NF3 を添加する熱酸化処理のみで、
活性層208の結晶粒界の欠陥が効果的にパッシベーシ
ョンされていることを示唆している。
N produced according to the production process of this embodiment
The channel-type TFT has a field-effect mobility of 1 before the hydrogen plasma treatment after the hydrogen plasma treatment.
The increase was only 0 to 20%. This is traditionally
The n-channel TFT is not practical without hydrogen plasma treatment, but only thermal oxidation treatment with NF 3 is added.
This suggests that defects in the crystal grain boundaries of the active layer 208 are effectively passivated.

【0073】〔実施例3〕 本実施例では、nチャネル
型TFTとpチャネル型TFTとを相補的に組み合わせ
たCMOS型のTFTを作製する例を示す。図5は本実
施例のTFTの作製工程の説明図であり、図5(A)に
示すように、ガラス基板(コ−ニング1737)301
上に、2000Åの膜厚の酸化珪素膜から成る下地膜3
02を形成したプラズマCVD法又は減圧熱CVD法に
より真性(I型)の非晶質珪素膜を700Åの厚さに形
成する。そして、実施例1、2に示す方法や、加熱処
理、レーザー照射等の適当な結晶化方法によって非晶質
珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜303を形成する。
[Embodiment 3] In this embodiment, an example of manufacturing a CMOS TFT in which an n-channel TFT and a p-channel TFT are complementarily combined is shown. FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the TFT of this embodiment. As shown in FIG. 5A, a glass substrate (coning 1737) 301 is used.
An underlying film 3 made of a silicon oxide film having a thickness of 2000 Å
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film is formed to a thickness of 700 Å by the plasma CVD method or the low pressure thermal CVD method in which 02 is formed. Then, the amorphous silicon film is crystallized by the method shown in Examples 1 and 2 or an appropriate crystallization method such as heat treatment or laser irradiation to form a crystalline silicon film 303.

【0074】図5(B)に示すように、NF3 の濃度が
400ppmである酸素雰囲気中で、600℃の温度で
2時間熱酸化して、熱酸化膜304を200Å程度の膜
厚に形成して、結晶性珪素膜303の結晶粒界の欠陥を
Siでパッシベーションする。この結果、結晶性珪素膜
303はTFT等の半導体材料に好適になる。
As shown in FIG. 5B, thermal oxidation is performed at a temperature of 600 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere having a concentration of NF 3 of 400 ppm to form a thermal oxide film 304 with a thickness of about 200 Å. Then, the defects at the crystal grain boundaries of the crystalline silicon film 303 are passivated with Si. As a result, the crystalline silicon film 303 is suitable for a semiconductor material such as TFT.

【0075】次に、バッファーフッ酸等のフッ酸系のエ
ッチャントを使用して、熱酸化膜106を除去した後
に、結晶性珪素膜303を島状にパターニングして、活
性層305、306をそれぞれ形成する。さらに、プラ
ズマCVD法により、ゲイト絶縁膜を構成する酸化珪素
膜307厚さ1500Åに堆積する。なお、活性層30
5はnチャネル型TFTを構成するものであり、活性層
306はpチャネル型TFTを構成するものである。
Next, after removing the thermal oxide film 106 using a hydrofluoric acid-based etchant such as buffer hydrofluoric acid, the crystalline silicon film 303 is patterned into an island shape to form the active layers 305 and 306, respectively. Form. Further, a silicon oxide film 307 forming a gate insulating film is deposited to a thickness of 1500 Å by plasma CVD. The active layer 30
5 constitutes an n-channel TFT, and the active layer 306 constitutes a p-channel TFT.

【0076】次に、スパッタ法により、ゲイト電極30
8、309を構成するアルミニウム膜を4000Åの厚
さに堆積する。アルミニウム膜には、予めスカンジウム
を0.2wt含有させてヒロックやウィスカ−が発生す
るのを抑制する。次に、アルミニウム膜を電解液中で陽
極酸化して、表面に100Å程度の緻密な陽極酸化膜3
00を形成する。その陽極酸化膜表面ににフォトレジス
トのマスク310を形成して、アルミニウム膜をパタ−
ニングして、ゲイト電極308、309をそれぞれ形成
する。
Next, the gate electrode 30 is formed by the sputtering method.
An aluminum film constituting 8,309 is deposited to a thickness of 4000 Å. The aluminum film is made to contain 0.2 wt% of scandium in advance to suppress the generation of hillocks and whiskers. Next, the aluminum film is anodized in an electrolytic solution to form a dense anodic oxide film 3 of about 100 Å on the surface.
00 is formed. A photoresist mask 310 is formed on the surface of the anodic oxide film, and the aluminum film is patterned.
To form gate electrodes 308 and 309, respectively.

【0077】更に、フォトレジストのマスク310を着
けたままで、ゲイト電極308、309を再度陽極酸化
して、陽極酸化物311、312を形成する。電解溶液
には、クエン酸、シュウ酸、クロム酸又は硫酸を3〜2
0%含有した酸性溶液を使用すればよい。本実施例では
3%シュウ酸水溶液を使用する。ゲイト電極905、9
06の表面にはフォトレジストのマスク310と陽極酸
化膜300が存在する状態では、ゲイト電極308、3
09の側面のみに多孔質の陽極酸化物311、312が
形成される。この多孔質の陽極酸化物311、312の
成長距離は、陽極酸化の処理時間で制御することがで
き、この成長距離は低濃度不純物領域(LDD領域)の
長さを決定する。本実施例では、多孔質の陽極酸化物3
11、312を7000Åの長さに成長させる。
Further, the gate electrodes 308 and 309 are anodized again while the photoresist mask 310 is still on to form anodic oxides 311 and 312. The electrolytic solution contains 3 to 2 citric acid, oxalic acid, chromic acid or sulfuric acid.
An acidic solution containing 0% may be used. In this example, a 3% oxalic acid aqueous solution is used. Gate electrodes 905, 9
In the state where the photoresist mask 310 and the anodic oxide film 300 exist on the surface of 06, the gate electrodes 308, 3
The porous anodic oxides 311 and 312 are formed only on the side surface of 09. The growth distance of the porous anodic oxides 311 and 312 can be controlled by the treatment time of anodic oxidation, and this growth distance determines the length of the low concentration impurity region (LDD region). In this example, the porous anodic oxide 3 was used.
Grow 11, 312 to a length of 7,000 Å.

【0078】次に、フォトレジストのマスク310を除
去した後に、再びゲイト電極308、309を陽極酸化
して、図5(E)に示すように、緻密で強固な陽極酸化
膜313、314を形成する。本実施例では、電解溶液
として、3%酒石酸のエチレングリコ−ル溶液を、アン
モニア水でPH6.9に中和して使用する。
Next, after removing the photoresist mask 310, the gate electrodes 308 and 309 are again anodized to form dense and strong anodic oxide films 313 and 314 as shown in FIG. 5 (E). To do. In this example, a 3% tartaric acid ethylene glycol solution was used as an electrolytic solution after being neutralized to pH 6.9 with aqueous ammonia.

【0079】次に、ゲイト電極308、309及び多孔
質の陽極酸化物311、312をマスクにして、イオン
ド−ピング法により、島状の活性層305、306に燐
イオンを注入する。ド−ピングガスとして、水素で1〜
10%に希釈したフォスフィンを用いる。ド−ピング
は、加速電圧を60〜90kVとし、ド−ズ量を1×1
14〜8×1015原子/cm2 となるようにする。本実
施例では、加速電圧を80kVとし、ド−ズ量を1×1
15原子/cm2 とする。
Next, phosphorus ions are implanted into the island-shaped active layers 305 and 306 by an ion doping method using the gate electrodes 308 and 309 and the porous anodic oxides 311 and 312 as masks. Hydrogen as the doping gas
Use phosphine diluted to 10%. Doping is performed with an acceleration voltage of 60 to 90 kV and a dose amount of 1 × 1.
It is set to 0 14 to 8 × 10 15 atoms / cm 2 . In this embodiment, the acceleration voltage is 80 kV and the dose amount is 1 × 1.
It is set to 0 15 atoms / cm 2 .

【0080】この際には、燐イオンはゲイト電極30
8、309、多孔質の陽極酸化物311、312を透過
しないが、ゲイト絶縁膜307を透過して、島状シリコ
ン305、306に注入される。この結果、図5(E)
に示すようにn型の不純物領域315〜318がそれぞ
れ形成される。
At this time, phosphorus ions are used as the gate electrode 30.
8, 309 and porous anodic oxides 311, 312 are not permeated, but they are permeated through the gate insulating film 307 and implanted into the island-shaped silicon 305, 306. As a result, FIG. 5 (E)
As shown in FIG. 5, n type impurity regions 315 to 318 are formed respectively.

【0081】図5(F)に示すように、緻密な陽極酸化
膜300をバッファ−フッ酸で除去した後に、燐酸、酢
酸及び硝酸を混合した混酸で、多孔質の陽極酸化物31
1、312を除去する。多孔質の陽極酸化物311、3
12は容易に除去できるため、緻密で強固な陽極酸化物
313、314がエッチングされることはない。
As shown in FIG. 5 (F), after removing the dense anodic oxide film 300 with buffer-hydrofluoric acid, a porous anodic oxide 31 is formed with a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid.
Remove 1, 312. Porous anodic oxide 311, 3
Since 12 can be easily removed, the dense and strong anodic oxides 313 and 314 are not etched.

【0082】次に、再び燐イオンをド−ピングする。加
速電圧は60〜90kVとし、ド−ズ量は1×1012
1×1014原子/cm2 とする。本実施例では、加速電
圧を80kVとし、ド−ズ量を1×1014原子/cm2
とする。この際には、燐イオンはゲイト電極308、3
09を透過しないが、ゲイト絶縁膜307を透過して、
活性層305、306に注入される。従って、燐イオン
が2度注入される領域はn型の高濃度不純物領域319
〜322となり、燐イオンが1度注入される領域は、n
型の低濃度不純物領域323〜326となる。
Then, phosphorus ions are doped again. The acceleration voltage is 60 to 90 kV, and the dose is 1 × 10 12 to
It is set to 1 × 10 14 atoms / cm 2 . In this embodiment, the acceleration voltage is 80 kV and the dose is 1 × 10 14 atoms / cm 2.
And At this time, phosphorus ions are transferred to the gate electrodes 308, 3
09 is not transmitted, but is transmitted through the gate insulating film 307,
It is injected into the active layers 305 and 306. Therefore, the region where the phosphorus ions are implanted twice is the n-type high-concentration impurity region 319.
.About.322, and the region where phosphorus ions are once implanted is n
To become the low concentration impurity regions 323 to 326 of the mold.

【0083】図5(G)に示すように、ポリイミド又は
耐熱性レジスト327でnチャネルTFTとなる領域を
被覆した後に、活性層306の導電型をn型をp型に反
転させるために、硼素イオンをイオンド−ピングする。
ドーピングガスには水素により1〜10%程度に希釈さ
れたジボランを使用し、加速電圧を80kVとし、硼素
のド−ズ量は2×1015原子/cm2 とする。ポリイミ
ド又は耐熱性レジスト327で被覆された領域は、硼素
が注入されないためn型のまま残存する。従って、活性
層305において、高濃度不純物領域319、320は
それぞれnチャネル型TFTのソース、ドレインに相当
し、またゲイト電極308の直下の領域328は燐イオ
ンおよび硼素イオンが注入されず、真性のままであり、
TFTのチャネルに相当する。
As shown in FIG. 5G, after covering a region to be an n-channel TFT with polyimide or a heat resistant resist 327, boron is added in order to reverse the conductivity type of the active layer 306 from n type to p type. Ions are ion-doped.
Diborane diluted to about 1 to 10% with hydrogen is used as a doping gas, the acceleration voltage is set to 80 kV, and the dose amount of boron is set to 2 × 10 15 atoms / cm 2 . The region covered with the polyimide or the heat resistant resist 327 remains as n-type because boron is not implanted. Therefore, in the active layer 305, the high-concentration impurity regions 319 and 320 respectively correspond to the source and drain of the n-channel TFT, and the region 328 immediately below the gate electrode 308 is not implanted with phosphorus ions and boron ions, so that the intrinsic regions are not formed. Until now,
It corresponds to the channel of the TFT.

【0084】硼素イオンのドーピングでは、硼素の注入
量が多いため、低濃度不純物領域(LDD領域)は形成
されず、p型の高濃度不純物領域329、330のみが
形成される。高濃度不純物領域329、330はpチャ
ネル型TFTのソース、ドレインにそれぞれ相当する。
また、ゲイト電極309の直下の領域331は、燐イオ
ン及び硼素イオンが注入されないために、真性のままと
されて、チャネルとなる。
In the boron ion doping, since the amount of boron implanted is large, the low concentration impurity regions (LDD regions) are not formed, but only the p-type high concentration impurity regions 329 and 330 are formed. The high-concentration impurity regions 329 and 330 correspond to the source and drain of the p-channel TFT, respectively.
Further, the region 331 immediately below the gate electrode 309 is left as an intrinsic channel because it is not implanted with phosphorus ions and boron ions and becomes a channel.

【0085】続いて、レジスト327を除去して、図5
(H)に示すように、厚さ1μmの酸化珪素膜を層間絶
縁膜332としてプラズマCVD法により形成し、これ
にコンタクトホ−ルを形成する。このコンタクトホ−ル
に、金属材料、例えばチタンとアルミニウムの多層膜に
より、ソ−ス/ドレインの電極、配線333〜335を
形成する。最後に、350℃の水素雰囲気中において、
2時間の加熱処理を行う。以上の工程を経て、CMOS
薄膜トランジスタが完成される。
Then, the resist 327 is removed, and the structure shown in FIG.
As shown in (H), a silicon oxide film having a thickness of 1 μm is formed as an interlayer insulating film 332 by a plasma CVD method, and a contact hole is formed thereon. On this contact hole, source / drain electrodes and wirings 333 to 335 are formed of a metal material, for example, a multilayer film of titanium and aluminum. Finally, in a hydrogen atmosphere at 350 ° C,
Heat treatment is performed for 2 hours. Through the above steps, CMOS
The thin film transistor is completed.

【0086】本実施例では、n型TFTとp型トランジ
スタを相補的に組み合わせたCMOS構造を形成するた
め、TFTを駆動する際に、低電力化が図れる。また、
nチャネル型TFTのチャネル328とドレイン320
の間に低濃度不純物領域321を配置する構成としたた
め、チャネル328とドレイン320の間に高電界が発
生することを防止することができる。
In this embodiment, since a CMOS structure in which an n-type TFT and a p-type transistor are complementarily combined is formed, it is possible to reduce the power consumption when driving the TFT. Also,
Channel 328 and drain 320 of n-channel TFT
Since the low-concentration impurity region 321 is provided between the two, it is possible to prevent a high electric field from being generated between the channel 328 and the drain 320.

【0087】なお、NF3 を添加した熱酸化工程の条件
は、上記の実施例1〜3の記載に限定されるものではな
く、熱酸化工程で生ずるTFTが形成される基板の歪み
や変形等が許容範囲とするために、ガラス基板の歪み点
以下の温度で、数時間加熱して、数100Åの膜厚に熱
酸化膜が成長するように、酸素雰囲気中のNF3 の濃度
等を決定すればよい。
The conditions of the thermal oxidation process to which NF 3 is added are not limited to those described in Examples 1 to 3 above, and the distortion and deformation of the substrate on which the TFT formed in the thermal oxidation process is formed. In order to keep the temperature within the allowable range, the concentration of NF 3 in the oxygen atmosphere is determined so that the thermal oxide film grows to a film thickness of several hundred liters by heating at a temperature below the strain point of the glass substrate for several hours. do it.

【0088】また、実施例1〜3においてガラス基板に
は、歪み点が667℃であるコーニング1737ガラス
を使用するようにしたため、熱酸化工程での加熱温度を
600℃したが、例えば、コーニング7059ガラスを
使用した場合には、その歪み点は593℃であるため、
熱酸化工程での加熱温度は500〜550℃程度にすれ
ばよい。
Further, in Examples 1 to 3, since Corning 1737 glass having a strain point of 667 ° C. was used as the glass substrate, the heating temperature in the thermal oxidation step was 600 ° C., for example, Corning 7059. When glass is used, the strain point is 593 ° C, so
The heating temperature in the thermal oxidation step may be about 500 to 550 ° C.

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の作製方法にお
いて、フッ素化合物が添加された酸化性雰囲気中で熱酸
化膜を成長させるようにしたため、ガラス基板の歪み点
以下の温度で、数時間〜10数時間加熱することで、数
100Åの膜厚に熱酸化膜を成長させることが可能であ
る。また、熱酸化膜を成長させることにより、余剰のS
iが生成され、結晶性珪素膜の結晶粒界の欠陥をSiで
パッシベーションすることができるため、水素プラズマ
処理を不要にすることが可能になる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, since the thermal oxide film is grown in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound is added, the temperature is lower than the strain point of the glass substrate for several hours. By heating for 10 hours or more, it is possible to grow a thermal oxide film to a film thickness of several hundred Å. Further, by growing the thermal oxide film, excess S
Since i is generated and defects in crystal grain boundaries of the crystalline silicon film can be passivated with Si, it is possible to eliminate the need for hydrogen plasma treatment.

【0090】また、熱酸化工程により、結晶性珪素膜の
表面を平坦化することが可能であるため、レーザー光を
照射して結晶性珪素膜を得る工程を採用しても、堆積膜
から成るゲイト絶縁膜とを被覆性良く成膜することが可
能であるので、ゲイト絶縁膜と活性層との界面準位を低
くすることができる。レーザー光を照射して結晶性珪素
膜は結晶性に優れるため、半導体装置の移動度をより向
上させることもできる。
Further, since the surface of the crystalline silicon film can be flattened by the thermal oxidation step, even if the step of irradiating the laser beam to obtain the crystalline silicon film is adopted, it is formed of the deposited film. Since the gate insulating film can be formed with good coverage, the interface state between the gate insulating film and the active layer can be lowered. Since the crystalline silicon film is irradiated with laser light and has excellent crystallinity, the mobility of the semiconductor device can be further improved.

【0091】従って、ガラス基板のように、1000℃
程度の高温での処理が困難な基板上に、高移動度、高信
頼性のTFT等の絶縁ゲイト型の半導体装置を作製する
ことが可能になる。
Therefore, like a glass substrate, 1000 ° C.
It becomes possible to manufacture an insulating gate type semiconductor device such as a TFT having high mobility and high reliability on a substrate that is difficult to process at a high temperature.

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

【図1】 実施例1のTFTの作製工程の説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a TFT of Example 1.

【図2】 実施例1のTFTの作製工程の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 1.

【図3】 実施例2のTFTの作製工程の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 2.

【図4】 実施例2のTFTの作製工程の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 2.

【図5】 実施例3のTFTの作製工程の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301・・・・・・・ガラス基板 102、202、302・・・・・・・下地膜 103、203・・・・・・・・・・・非晶質珪素膜 104、205・・・・・・・・・・・ニッケル層 105、206、303・・・・・・・結晶性珪素膜 106、207、304・・・・・・・熱酸化膜 107、208、305、306・・・活性層 108、214、307・・・・・・・ゲイト絶縁膜 109、210、308、309・・・ゲイト電極 101, 201, 301 ... Glass substrate 102, 202, 302 ..... Base film 103, 203 ..... Amorphous silicon film 104, 205 ........ Nickel layer 105, 206, 303 ... Crystalline silicon film 106, 207, 304 ... Thermal oxide film 107, 208, 305, 306 ... Active layer 108, 214, 307 ... Gate insulating film 109, 210, 308, 309 ... Gate electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を形成す
る工程と、 フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱し
て、前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工
程と、 前記結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積する工程と、を
有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
1. A step of forming an amorphous silicon film, a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film, and heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added. And then growing a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, and depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film. And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 非晶質珪素膜を形成する工程と、 レーザー光を照射して前記非晶質珪素膜を結晶化して、
結晶性珪素膜を形成する工程と、 フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱し
て、前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工
程と、 前記結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜の表面に絶縁膜を堆積する工程と、を
有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A step of forming an amorphous silicon film, irradiating a laser beam to crystallize the amorphous silicon film,
Forming a crystalline silicon film; heating in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added to grow a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing a thermal oxide film; and a step of depositing an insulating film on the surface of the crystalline silicon film.
【請求項3】 絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジ
スタを作製する方法において、 非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を形成す
る工程と、 フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱し
て、前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工
程と、 前記結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜を整形して、薄膜トランジスタの活性
層を形成する工程と、 前記活性層の表面に絶縁膜を堆積して、少なくともチャ
ネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成する工程
と、 前記ゲイト電極をマスクにして前記活性層に導電型を付
与する不純物イオンを注入して、ソース、ドレインを自
己整合的に形成する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の作製方法。
3. A method of manufacturing a thin film transistor on a substrate having an insulating surface, the step of forming an amorphous silicon film, and the step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film. A step of growing a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film by heating in a oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added, and a step of removing the thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film, Shaping the crystalline silicon film to form an active layer of a thin film transistor; depositing an insulating film on a surface of the active layer to form a gate insulating film on at least a surface of a channel region; A step of forming a gate electrode on the surface of an insulating film, and a step of implanting impurity ions imparting a conductivity type to the active layer using the gate electrode as a mask to form a source and a drain in a self-aligned manner The method for manufacturing a semiconductor device characterized by having a.
【請求項4】 絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジ
スタを作製する方法において、 非晶質珪素膜を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜を結晶化して、結晶性珪素膜を形成す
る工程と、 前記結晶性珪素膜にレーザー光を照射する工程と、 フッ素化合物気体が添加された酸化性雰囲気中で加熱し
て、前記結晶性珪素膜の表面に熱酸化膜を成長させる工
程と、 前記結晶性珪素膜表面の熱酸化膜を除去する工程と、 前記結晶性珪素膜を整形して、薄膜トランジスタの活性
層を形成する工程と、 前記活性層の表面に絶縁膜を堆積して、少なくともチャ
ネル領域の表面にゲイト絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲイト絶縁膜の表面にゲイト電極を形成する工程
と、 前記ゲイト電極をマスクにして前記活性層に導電型を付
与する不純物イオンを注入して、ソース、ドレインを自
己整合的に形成する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の作製方法。
4. A method of manufacturing a thin film transistor on a substrate having an insulating surface, the step of forming an amorphous silicon film, and the step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film. Irradiating the crystalline silicon film with laser light, heating the crystalline silicon film in an oxidizing atmosphere to which a fluorine compound gas is added, and growing a thermal oxide film on the surface of the crystalline silicon film; Of the thermal oxide film on the surface of the conductive silicon film, shaping the crystalline silicon film to form an active layer of a thin film transistor, depositing an insulating film on the surface of the active layer, and forming at least the channel region. A step of forming a gate insulating film on the surface of the gate insulating layer, a step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film, and implanting impurity ions imparting a conductivity type to the active layer using the gate electrode as a mask. And a step of forming a source and a drain in a self-aligned manner.
【請求項5】請求項1〜4において、前記熱酸化膜の膜
厚は200〜500Åであることを特徴とする半導体装
置の作製方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal oxide film has a film thickness of 200 to 500 Å.
【請求項6】請求項1〜4において、前記非晶質珪素膜
を形成する工程の後に、前記非晶質珪素膜に金属元素を
1×1016〜5×1019原子/cm3 の濃度で添加する
工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. The method according to claim 1, wherein after the step of forming the amorphous silicon film, the concentration of the metal element in the amorphous silicon film is 1 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm 3 . A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of:
【請求項7】請求項6において、前記金属元素は、F
e、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、C
u、Auから選ばれた少なくとも1種類以上の元素であ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. The metal element according to claim 6, wherein the metal element is F
e, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, C
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least one element selected from u and Au.
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