JPH09312259A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH09312259A
JPH09312259A JP32797896A JP32797896A JPH09312259A JP H09312259 A JPH09312259 A JP H09312259A JP 32797896 A JP32797896 A JP 32797896A JP 32797896 A JP32797896 A JP 32797896A JP H09312259 A JPH09312259 A JP H09312259A
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thermal oxide
oxide film
silicon film
crystalline silicon
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Hisashi Otani
久 大谷
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Satoshi Teramoto
聡 寺本
Jun Koyama
潤 小山
Yasushi Ogata
靖 尾形
Masahiko Hayakawa
昌彦 早川
Mitsuaki Osame
光明 納
Toshiji Hamaya
敏次 浜谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor capable of constituting a circuit which requires high speed operation (generally, an operation speed of several tens MHz or more). SOLUTION: An nickel element is selectively brought into contact with and held in the specified area 205 of an amorphous silicon film 203. Then, crystal is grown in a direction parallel to the substrate, as shown by an arrow 207, by performing heat treatment. Then, a thermal oxidation film 209 is formed by a heat treatment in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. At this time, crystallinity improvement and nickel element gettering are proceeded. A thin film transistor is formed by matching the above crystal depositing direction with a direction which connects source and drain areas. Thus, a TFT(Thin Film Transistor) having high characteristics such as mobility of 200cm<2> /Vs or more and an S value of 100mV/dec or below is obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
結晶性を有する薄膜半導体に関する。また、その薄膜半
導体の作製方法に関する。またその薄膜半導体を利用し
た半導体装置に関する。またその半導体装置の作製方法
に関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a thin film semiconductor having crystallinity. Further, the present invention relates to a method for manufacturing the thin film semiconductor. The present invention also relates to a semiconductor device using the thin film semiconductor. Further, the present invention relates to a method for manufacturing the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス基板や石英基板上に結晶性を有す
る珪素膜を成膜し、その珪素膜でもって薄膜トランジス
タ(以下TFTと称する)を作製する技術が知られてい
る。
2. Description of the Related Art A technique is known in which a silicon film having crystallinity is formed on a glass substrate or a quartz substrate, and a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) is formed using the silicon film.

【0003】この薄膜トランジスタは、高温ポリシリコ
ンTFTや低温ポリシリコンTFTと称されている。
The thin film transistor is called a high-temperature polysilicon TFT or a low-temperature polysilicon TFT.

【0004】高温ポリシリコンTFTは、結晶性珪素膜
の作製手段として、800℃や900℃以上というよう
な比較的高温の加熱処理を利用する技術である。この技
術は、単結晶シリコンウエハーの利用したICの作製プ
ロセスの派生技術といえる。
The high-temperature polysilicon TFT is a technique that utilizes heat treatment at a relatively high temperature of 800 ° C. or 900 ° C. or higher as a means for producing a crystalline silicon film. This technology can be said to be a derivative technology of an IC manufacturing process using a single crystal silicon wafer.

【0005】当然、高温ポリシリコンTFTが作製され
る基板としては、上記加熱温度に耐える石英基板が利用
される。
Of course, a quartz substrate that can withstand the above heating temperature is used as the substrate on which the high-temperature polysilicon TFT is manufactured.

【0006】他方、低温ポリシリコンTFTは、基板と
して安価なガラス基板(当然耐熱性は石英基板に対して
劣るものとなる)を利用したものである。
On the other hand, the low-temperature polysilicon TFT uses an inexpensive glass substrate (which is naturally inferior in heat resistance to a quartz substrate) as a substrate.

【0007】低温ポリシリコンTFTの構成する結晶性
珪素膜の作製には、ガラス基板の耐える600℃以下の
加熱や、ガラス基板に対しての熱ダメージはほとんど無
いレーザーアニール技術が利用される。
For the production of the crystalline silicon film constituting the low-temperature polysilicon TFT, heating at 600 ° C. or lower, which the glass substrate can withstand, and laser annealing technology which causes almost no thermal damage to the glass substrate are used.

【0008】高温ポリシリコンTFTは、特性のそろっ
たTFTを基板上に集積化できるという特徴がある。
The high-temperature polysilicon TFT is characterized in that TFTs having uniform characteristics can be integrated on a substrate.

【0009】他方、低温ポリシリコンTFTは、基板と
して安価で大面積化が容易なガラス基板を利用できると
いう特徴がある。
On the other hand, the low-temperature polysilicon TFT has a feature that a glass substrate which is inexpensive and can be easily enlarged is used as a substrate.

【0010】なお、現状の技術においては、高温ポリシ
リコンTFTも低温ポリシリコンTFTもその特性に大
きな違いはない。
In the current technology, there is no significant difference in characteristics between the high temperature polysilicon TFT and the low temperature polysilicon TFT.

【0011】即ち、移動度でいえば50〜100(cm2/V
s)程度、S値が200〜400(mV/dec)(VD =1V)
程度のものが、両者において得られている。
That is, in terms of mobility, it is 50 to 100 (cm 2 / V
s), S value is 200 to 400 (mV / dec) (V D = 1V)
Something has been obtained by both parties.

【0012】この特性は、単結晶シリコンウエハーを利
用したMOS型トランジスタの特性に比較して大きく見
劣りするものである。一般的に、単結晶シリコンウエハ
ーを利用したMOS型トランジスタのS値は60〜70
(mV/dec)程度である。
This characteristic is significantly inferior to the characteristic of a MOS transistor using a single crystal silicon wafer. Generally, the S value of a MOS transistor using a single crystal silicon wafer is 60 to 70.
(mV / dec).

【0013】なお、現状においては、基板上に数百×数
百という数でもって多数のTFTを作製した場合におけ
るTFT特性の均一性や再現性の高さの点で高温ポリシ
リコンTFTの方が優れている。また、高温ポリシリコ
ンTFTは、従来のICプロセスにおける各種プロセス
条件や作製装置を流用できるという点において優位にあ
る。
Under the present circumstances, a high temperature polysilicon TFT is preferable in terms of uniformity of TFT characteristics and high reproducibility when a large number of TFTs of several hundreds × several hundreds are formed on a substrate. Are better. In addition, the high-temperature polysilicon TFT is advantageous in that various process conditions and manufacturing devices in the conventional IC process can be used.

【0014】[0014]

【発明が解決しよとする課題】現状においてTFTは、
アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマ
トリクス回路と周辺駆動回路とを同一基板上に集積化す
るために利用されている。即ち、アクティブマトリクス
回路と周辺駆動回路とを同一の基板上にTFTでもって
作り込むことが行われておる。
At present, the TFT is
It is used to integrate an active matrix circuit and a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device on the same substrate. That is, the active matrix circuit and the peripheral drive circuit are formed on the same substrate with TFTs.

【0015】このような構成において、周辺駆動回路の
ソースドライバー回路は、十数MHz以上の動作が要求
される。しかし、現状における高温ポリシリコンTFT
及び低温ポリシリコンTFTで構成した回路は、その動
作速度のマージンが数MHz程度までしかとれない。
In such a structure, the source driver circuit of the peripheral drive circuit is required to operate at a frequency of 10 MHz or more. However, the current high temperature polysilicon TFT
The circuit composed of the low-temperature polysilicon TFT has a margin of operating speed up to about several MHz.

【0016】従って、動作を分割する(分割駆動と呼ば
れる)などして、液晶表示を構成しているのが現状であ
る。しかし、この方法は、分割のタイミングの微妙なズ
レ等に起因して、画面に縞模様が現れてしまう等の問題
がある。
Therefore, at present, the liquid crystal display is configured by dividing the operation (called division driving). However, this method has a problem that a striped pattern appears on the screen due to a slight deviation of the division timing.

【0017】また、今後の技術として、周辺駆動回路
(シフトレジスタ回路やバッファー回路で構成される)
以外に発振回路やD/AコンバータやA/Dコンバー
タ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路を、さらに
同一基板上に集積化することが考えられている。
As a future technology, a peripheral drive circuit (including a shift register circuit and a buffer circuit)
Besides, it is considered to further integrate an oscillation circuit, a D / A converter, an A / D converter, and a digital circuit for performing various image processes on the same substrate.

【0018】しかし、上記発振回路やD/Aコンバータ
やA/Dコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタ
ル回路は、周辺駆動回路よりもさらに高い周波数で動作
することが必要とされる。
However, the oscillation circuit, the D / A converter, the A / D converter, and the digital circuit for performing various kinds of image processing are required to operate at a frequency higher than that of the peripheral drive circuit.

【0019】従って、現状の技術で得られている高温ポ
リシリコンTFTや低温ポリシリコンTFTでもってそ
れらの回路を構成することは困難である。
Therefore, it is difficult to construct those circuits by using the high temperature polysilicon TFT and the low temperature polysilicon TFT obtained by the current technology.

【0020】なお、単結晶シリコンウエハーを利用した
MOSトランジスタでもって構成した集積回路は、10
0MHz以上の動作を行わせることができるものが実用
化されている。
An integrated circuit composed of MOS transistors using a single crystal silicon wafer has 10
A device capable of operating at 0 MHz or more has been put into practical use.

【0021】本明細書で開示する発明は、上記のような
高速動作(一般に数十MHz以上の動作速度)が要求さ
れる回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることを課
題とする。
An object of the invention disclosed in this specification is to obtain a thin film transistor capable of forming a circuit which requires high-speed operation (generally, operating speed of several tens MHz or more) as described above.

【0022】また、単結晶シリコンウエハーを利用して
作製したMOS型トランジスタに匹敵するような特性が
得られる薄膜トランジスタを提供することを課題とす
る。またその作製手段を提供することを課題とする。さ
らに、そのような高い特性を有する薄膜トランジスタで
もって必要とする機能を有する半導体装置を提供するこ
とを課題とする。
It is another object of the present invention to provide a thin film transistor which has characteristics comparable to those of a MOS type transistor manufactured by using a single crystal silicon wafer. Another object is to provide a manufacturing means thereof. Further, it is an object to provide a semiconductor device having a function required for a thin film transistor having such high characteristics.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性
珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導
体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続
性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在
した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方
向とは、所定の角度を有してなり、前記結晶性珪素膜上
には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の厚い熱酸化膜が形成
されていることを特徴とする。
One of the inventions disclosed in the present specification is a semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer. The crystalline silicon film has a crystal structure having continuity in a predetermined direction, and has a crystal grain boundary extending in the predetermined direction, in the thin film transistor,
A direction connecting the source region and the drain region and the predetermined direction have a predetermined angle, and a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed on the crystalline silicon film. It is characterized by being formed.

【0024】上記ような結晶状態を有する結晶性珪素膜
の例を図6及び図7に示す。図7に示すのは、図6の一
部をさらに拡大したものである。図6及び図7に示すの
は、厚さ250Åの結晶性珪素膜の表面を透過型電子顕
微鏡(TEM)により観察した写真である。
An example of the crystalline silicon film having the above crystalline state is shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 7 shows a part of FIG. 6 further enlarged. 6 and 7 are photographs of the surface of a crystalline silicon film having a thickness of 250Å observed by a transmission electron microscope (TEM).

【0025】図6及び図7に示すような結晶性珪素膜を
得るには実施例1に示すような作製工程を採ることによ
って実現される。
The crystalline silicon film as shown in FIGS. 6 and 7 can be obtained by taking the manufacturing steps as shown in the first embodiment.

【0026】図6及び図7には、図の左下から右上に向
かって連続性を有する結晶構造が延在している状態が示
されている。またこの結晶構造の連続性が延在している
方向にほぼ平行に多数の結晶粒界が形成されている状態
も示されている。
6 and 7 show a state in which a continuous crystal structure extends from the lower left to the upper right of the drawings. Further, it is also shown that a large number of crystal grain boundaries are formed substantially parallel to the direction in which the continuity of the crystal structure extends.

【0027】即ち、結晶構造の連続性が存在している方
向に対して直角または概略直角な方向(図6または図7
の右下から右上に向かう方向)には、明確な結晶粒界が
多数、間隔をおいて存在しており、その方向へは結晶構
造は不連続なものとなっている。即ち、この方向には結
晶構造の連続性が損なわれたものとなっている。
That is, a direction perpendicular or approximately perpendicular to the direction in which the continuity of the crystal structure exists (see FIG. 6 or FIG. 7).
In the direction from the lower right to the upper right), there are many clear grain boundaries at intervals, and the crystal structure is discontinuous in that direction. That is, the continuity of the crystal structure is impaired in this direction.

【0028】この結晶構造の連続性が延在している方向
は、格子構造の連続性がほぼ保たれており、キャリアの
移動に際しての散乱やトラップが他の方向に比較して非
常に少ないものとなっている。
In the direction in which the continuity of the crystal structure extends, the continuity of the lattice structure is substantially maintained, and scattering and traps during carrier movement are extremely small as compared with other directions. Has become.

【0029】即ち、上記結晶構造が連続している方向
は、キャリアにとっては、結晶粒界からの散乱を受けな
い、または受けにくい実質的な単結晶状態になっている
と見ることができる。
That is, it can be considered that the direction in which the above-mentioned crystal structures are continuous is in a substantially single crystal state in which carriers are not, or hardly, scattered from the crystal grain boundaries.

【0030】上記の構成を得るには、ゲイト絶縁膜を構
成する熱酸化膜の膜厚を活性層を構成する結晶性珪素膜
の膜厚よりも厚くすることが重要となる。
In order to obtain the above structure, it is important to make the film thickness of the thermal oxide film forming the gate insulating film larger than the film thickness of the crystalline silicon film forming the active layer.

【0031】ゲイト絶縁膜を構成する熱酸化膜の形成工
程は、上記のような結晶構造を得、さらに後述するよう
な高い特性を有するTFTを得るために重要な要件であ
る。これは、熱酸化膜の形成時において、結晶性珪素膜
中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有す
る珪素原子が熱酸化膜の形成に利用され、そのことによ
り、結晶性の向上、結晶性珪素膜中における欠陥の減少
といった作用が得られるからである。
The step of forming the thermal oxide film which constitutes the gate insulating film is an important requirement for obtaining the above-mentioned crystal structure and a TFT having high characteristics as described later. This is because during formation of the thermal oxide film, interstitial silicon atoms existing in the crystalline silicon film or silicon atoms having an unstable bond state are utilized for forming the thermal oxide film, and as a result, the crystallinity of the crystalline This is because such effects as improvement and reduction of defects in the crystalline silicon film can be obtained.

【0032】特に熱酸化膜の形成に従い、上述するよう
な特異な結晶構造が顕著な状態で得ることができる。
(熱酸化膜の形成を行わないと、線欠陥が多数存在した
結晶の連続性が損なわれた膜質となる)
In particular, with the formation of the thermal oxide film, the above-mentioned unique crystal structure can be obtained in a remarkable state.
(If the thermal oxide film is not formed, the continuity of crystals with many line defects will be impaired.)

【0033】また、上記発明の構成は、この結晶構造の
連続している方向と薄膜トランジスタのソース領域とド
レイン領域とを結ぶ方向との関係を規定したものであ
る。高速動作を狙うのであれば、上記の結晶構造の連続
している方向とソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向
とを一致または概略一致させることが好ましい。こうす
ることで、MOS型の薄膜トランジスタの動作におい
て、キャリアが最も移動し易い構造とすることができ
る。
The structure of the above invention defines the relationship between the direction in which the crystal structure is continuous and the direction connecting the source region and the drain region of the thin film transistor. For the purpose of high-speed operation, it is preferable that the continuous direction of the crystal structure described above and the direction connecting the source region and the drain region are matched or substantially matched. By doing so, in the operation of the MOS type thin film transistor, it is possible to provide a structure in which carriers are most likely to move.

【0034】また、上記2つの方向のなす角度を所定の
ものに設定することで、得られる薄膜トランジスタの特
性を制御することができる。例えば、同一の基板上に多
数の薄膜トランジスタ群を作製する際に、上記2つの角
度のなす角度を異ならせた群を複数形成することによ
り、このトランジスタ群の特性を異ならせることができ
る。
By setting the angle formed by the above two directions to a predetermined value, the characteristics of the obtained thin film transistor can be controlled. For example, when a large number of thin film transistor groups are formed on the same substrate, the characteristics of the transistor groups can be made different by forming a plurality of groups having different angles formed by the above two angles.

【0035】また、N字型やコの字型、さらにはM字型
等の形状を有する活性層が折れ曲がっているような薄膜
トランジスタの場合は以下のようにすればよい。即ち、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ線が直線でなく、屈
曲したものとなるような薄膜トランジスタの場合は、以
下のようにすればよい。
Further, in the case of a thin film transistor in which an active layer having an N-shape, a U-shape, or an M-shape is bent, the following may be performed. That is,
In the case of a thin film transistor in which the line connecting the source region and the drain region is not a straight line but is bent, the following may be done.

【0036】この場合、チャネル領域におけるキャリア
の移動方向(全体として見た場合のキャリアに移動方
向)に合わせて、前述した結晶構造の連続性の方向を設
定すればよい。
In this case, the continuity direction of the crystal structure described above may be set in accordance with the carrier moving direction in the channel region (the carrier moving direction when viewed as a whole).

【0037】この場合もキャリアの移動方向と結晶構造
の連続性の方向とのなす角度を0°とした場合に最も高
速動作を期待できる。勿論、必要に合わせてこの角度を
設定することができる。
Also in this case, the highest speed operation can be expected when the angle formed by the carrier moving direction and the crystal structure continuity direction is 0 °. Of course, this angle can be set as needed.

【0038】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トラン
ジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜
は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄
膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してな
り、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜
厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。
Another structure of the present invention is a semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, the crystalline silicon film having a crystal grain boundary. The extending direction has anisotropy, and in the thin film transistor, the direction connecting the source region and the drain region and the extending direction have a predetermined angle, and the thin film is formed on the crystalline silicon film. Is characterized in that a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed.

【0039】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トラン
ジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜
は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄
膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリ
アの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有
してなり、前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よ
りも膜厚の厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴と
する。
Another structure of the present invention is a semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, wherein the crystalline silicon film has a crystal grain boundary. Having anisotropy in the extending direction, in the thin film transistor, the moving direction of carriers in the channel region and the extending direction have a predetermined angle, and on the crystalline silicon film, A thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed.

【0040】本明細書で開示する発明における結晶性珪
素膜は、以下の工程によって得られる。
The crystalline silicon film in the invention disclosed in this specification is obtained by the following steps.

【0041】(1)非晶質珪素膜に対してニッケルに代
表される珪素の結晶化を助長する金属元素を導入し、さ
らに加熱処理を施し結晶化させる。
(1) A metal element that promotes crystallization of silicon typified by nickel is introduced into an amorphous silicon film, and heat treatment is performed to crystallize it.

【0042】(2)ハロゲン元素を含んだ雰囲気中での
加熱処理により熱酸化膜を形成する。
(2) A thermal oxide film is formed by heat treatment in an atmosphere containing a halogen element.

【0043】(3)上記(2)の熱酸化膜を除去する。(3) The thermal oxide film of (2) above is removed.

【0044】(4)ゲイト絶縁膜として機能する熱酸化
膜を再度成膜する。
(4) A thermal oxide film functioning as a gate insulating film is formed again.

【0045】上記金属元素としては、ニッケルが再現性
や効果の点で極めて好ましい。一般にこの金属元素とし
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
のものを利用することができる。
As the metal element, nickel is extremely preferable in terms of reproducibility and effect. Generally, this metal element includes Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, I
One or more kinds selected from r, Pt, Cu, and Au can be used.

【0046】ニッケル元素を利用した場合、最終的に珪
素膜中に残留するニッケルの濃度は、1×1014原子個
/cm3 〜5×1018原子個/cm3 程度となる。
When nickel element is used, the concentration of nickel finally remaining in the silicon film is about 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 .

【0047】ゲッタリングを行うための熱酸化膜の成膜
条件や金属元素の導入条件を詰めることにより、この濃
度の上限は5×1017原子個/cm3 程度にまで低減す
ることができる。この濃度の計測は、SIMS(2次イ
オン分析方法)を利用して計測できる。
[0047] By filling the delivery conditions of the film formation conditions and the metal elements of the thermal oxide film for performing gettering, the upper limit of this concentration can be reduced to about 5 × 10 17 atoms pieces / cm 3. This concentration can be measured using SIMS (secondary ion analysis method).

【0048】一般的には、上記ニッケル濃度の下限は、
1×1016原子個/cm3 程度となる。これは、コスト
との兼ね合いを考えた場合、基板や装置に付着するニッ
ケル元素の影響を排除することが通常は困難であり、上
記程度のニッケル元素の残留が生じてしまうからであ
る。
Generally, the lower limit of the nickel concentration is
It is about 1 × 10 16 atoms / cm 3 . This is because it is usually difficult to eliminate the influence of the nickel element adhering to the substrate or the device in consideration of the cost, and the nickel element remains to the above degree.

【0049】勿論、全体的な作製プロセスの見直し、洗
浄工程の徹底、装置の洗浄度の徹底、といったことを行
うことにより、上記結晶性珪素膜中に残留するニッケル
元素濃度をさらに低減することは可能である。
Of course, it is possible to further reduce the concentration of nickel element remaining in the crystalline silicon film by reviewing the overall manufacturing process, thoroughly cleaning the apparatus, and thoroughly cleaning the apparatus. It is possible.

【0050】よって、一般的な作製工程に従った場合、
残留するニッケル元素の濃度は、1×1016原子個/c
3 〜5×1017原子個/cm3 となる。
Therefore, when a general manufacturing process is followed,
The concentration of the remaining nickel element is 1 × 10 16 atoms / c
m 3 55 × 10 17 atoms / cm 3 .

【0051】また、熱酸化膜の作製工程において、当該
金属元素が熱酸化膜中に移動する関係から、得られた結
晶性珪素膜の厚さ方向におけるニッケル元素の濃度分布
に勾配または分布が発生する。
Further, in the process of forming the thermal oxide film, a gradient or a distribution is generated in the concentration distribution of the nickel element in the thickness direction of the obtained crystalline silicon film due to the relationship that the metal element moves into the thermal oxide film. To do.

【0052】一般に、熱酸化膜が形成される界面に向か
って当該金属元素の濃度が高くなる傾向が観察される。
また、条件によっては、基板または下地膜に向かって、
即ち裏面側の界面に向かって当該金属元素の濃度が高く
なる傾向も観察される。(この違いは、出発膜となる非
晶質珪素膜の膜質に大きく左右される)
Generally, it is observed that the concentration of the metal element increases toward the interface where the thermal oxide film is formed.
Also, depending on the conditions, toward the substrate or the underlying film,
That is, it is observed that the concentration of the metal element increases toward the interface on the back surface side. (This difference largely depends on the quality of the amorphous silicon film that is the starting film)

【0053】また、熱酸化膜の形成時に雰囲気中にハロ
ゲン元素を含有させた場合、このハロゲン元素も上記金
属元素と同様な濃度分布を示すものとなる。即ち、結晶
性珪素膜の表面および/または裏面に向かって含有濃度
が高くなる濃度分布を示すものとなる。(濃度分布の違
いは、やはり出発膜の膜質によって左右される)
When a halogen element is contained in the atmosphere when the thermal oxide film is formed, the halogen element also has the same concentration distribution as the above metal element. In other words, the concentration distribution becomes higher toward the front surface and / or the rear surface of the crystalline silicon film. (The difference in concentration distribution depends on the quality of the starting film)

【0054】本明細書で開示する発明における結晶性珪
素膜は、その最終的な膜厚を好ましくは100Å〜75
0Å、より好ましくは150Å〜450Åとする。この
ような膜厚とすることにより、図6や図7に示すような
一方向に結晶性が連続した特異な結晶構造をより顕著な
形で再現性良く得ることができる。
The crystalline silicon film in the invention disclosed in this specification preferably has a final film thickness of 100Å to 75.
0 °, more preferably 150 ° to 450 °. With such a film thickness, a peculiar crystal structure in which crystallinity is continuous in one direction as shown in FIGS. 6 and 7 can be obtained in a more remarkable form with good reproducibility.

【0055】この最終的な結晶性珪素膜の膜厚は、熱酸
化膜の成膜により膜厚を目減りすることを考慮して決定
する必要がある。
The final film thickness of the crystalline silicon film must be determined in consideration of the fact that the film thickness is reduced by forming the thermal oxide film.

【0056】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜
に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に
導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方
向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有さ
せた酸化性雰囲気中での加熱処理により第1の熱酸化膜
を形成する工程と、前記第1の熱酸化膜を除去する工程
と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第2
の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られ
る珪素膜の膜厚は、前記第2の熱酸化膜の膜厚より薄い
ことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and a metal element that partially promotes crystallization of silicon in the amorphous silicon film are selected. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from a region where the metal element is selectively introduced to another region, and an oxidation containing a halogen element. Forming a first thermal oxide film by heat treatment in an oxidizing atmosphere, removing the first thermal oxide film, and performing a second heating in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.
And the step of forming a thermal oxide film, the thickness of the finally obtained silicon film is smaller than the thickness of the second thermal oxide film.

【0057】上記ような構成を採ることにより、ハロゲ
ン元素を含有させた酸化性雰囲気中での熱酸化膜の形成
の作用を大きく得ることができる。
By adopting the above structure, it is possible to obtain a large effect of forming a thermal oxide film in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.

【0058】また、他の発明の構成は、絶縁表面を有す
る基板上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質
珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択
的に導入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選
択的に導入された領域から他の領域に向かって基板に平
行な方向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を
含有させた酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃で
の加熱処理により第1の熱酸化膜を形成する工程と、前
記第1の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含
有させた酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃での
加熱処理により第2の熱酸化膜を形成する工程と、を有
し、最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第2の熱酸
化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
According to another aspect of the invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a metal element that partially promotes crystallization of silicon on the amorphous silicon film. And a step of performing a heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the region where the metal element is selectively introduced to the other region, and containing a halogen element. A first thermal oxide film by heat treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere, a step of removing the first thermal oxide film, and an oxidizing property containing a halogen element. And a step of forming a second thermal oxide film by heat treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. in an atmosphere, and the film thickness of the finally obtained silicon film is the same as that of the second thermal oxide film. It is characterized by being thinner than the film thickness.

【0059】ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中
での第2の熱酸化膜の成膜の効果をより高い得るのであ
れば、上記構成のように加熱処理温度を800℃〜11
00℃とすることが好ましい。この温度が低い場合、そ
の効果は大きく低下するので注意が必要である。
If the effect of forming the second thermal oxide film in an oxidizing atmosphere containing a halogen element can be further enhanced, the heat treatment temperature is set in the range of 800 ° C. to 11 ° C. as in the above structure.
The temperature is preferably set to 00 ° C. Note that if this temperature is low, the effect will be greatly reduced.

【0060】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜
に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に
導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方
向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有さ
せた酸化性雰囲気中での加熱処理により第1の熱酸化膜
を形成する工程と、前記第1の熱酸化膜を除去する工程
と、ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第2
の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最終的に得られ
る珪素膜の膜厚は、前記第1の熱酸化膜と前記第2の熱
酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴とする。
According to another aspect of the invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a metal element that partially promotes crystallization of silicon in the amorphous silicon film are selected. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from a region where the metal element is selectively introduced to another region, and an oxidation containing a halogen element. Forming a first thermal oxide film by heat treatment in an oxidizing atmosphere, removing the first thermal oxide film, and performing a second heating in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.
And a step of forming a thermal oxide film, the thickness of the finally obtained silicon film is smaller than the total thickness of the first thermal oxide film and the second thermal oxide film. Characterize.

【0061】上記構成のように、2つの熱酸化膜の合計
が、最終的に得られる結晶性珪素膜の膜厚よりも厚くな
るようにすることで、熱酸化膜の形成の作用を顕著に得
ることができる。
As described above, by making the total thickness of the two thermal oxide films thicker than the thickness of the crystalline silicon film finally obtained, the action of forming the thermal oxide film becomes remarkable. Obtainable.

【0062】具体的には、図6及び図7に示すような特
異な結晶構造を有した結晶性珪素膜を得ることができ、
その結晶性珪素膜を用いて活性層を構成することで、S
値が100mV/dec以下で、移動度が200(cm2/V
s)以上といような特に優れた特性を有するTFTを得る
ことができる。
Specifically, a crystalline silicon film having a unique crystal structure as shown in FIGS. 6 and 7 can be obtained,
By forming an active layer using the crystalline silicon film, S
When the value is 100 mV / dec or less, the mobility is 200 (cm 2 / V
s) It is possible to obtain a TFT having particularly excellent characteristics as described above.

【0063】他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板
上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜
に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に
導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方
向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有さ
せた酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃での加熱
処理により第1の熱酸化膜を形成する工程と、前記第1
の熱酸化膜を除去する工程と、ハロゲン元素を含有させ
た酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃での加熱処
理により第2の熱酸化膜を形成する工程と、を有し、最
終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第1の熱酸化膜と
前記第2の熱酸化膜の合計の膜厚よりも小さいことを特
徴とする。
According to another aspect of the invention, a step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a metal element that partially promotes crystallization of silicon in the amorphous silicon film are selected. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from a region where the metal element is selectively introduced to another region, and an oxidation containing a halogen element. Forming a first thermal oxide film by heat treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. in a neutral atmosphere;
Of removing the thermal oxide film, and forming the second thermal oxide film by heat treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. The film thickness of the obtained silicon film is smaller than the total film thickness of the first thermal oxide film and the second thermal oxide film.

【0064】熱酸化膜を形成することの効果を最大限に
得るのは、上記構成のように、加熱の温度を800℃〜
1100℃というような高い温度にすることが非常に重
要となる。
In order to maximize the effect of forming the thermal oxide film, the heating temperature is 800 ° C.
It is very important to have a high temperature such as 1100 ° C.

【0065】上記のような工程を採用することにより、
本明細書で開示する結晶性珪素膜を得ることができ、さ
らにその結晶構造の特異性を利用したMOS型薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。
By adopting the above steps,
The crystalline silicon film disclosed in this specification can be obtained, and further, a MOS type thin film transistor utilizing the uniqueness of its crystal structure can be obtained.

【0066】金属元素の導入方法としては、当該金属元
素を含んだ溶液を塗布する方法、CVD法による方法、
スパッタ法や蒸着法による方法、当該金属を含んだ電極
を利用したプラズマ処理による方法、ガス吸着法による
方法を挙げることができる。
As a method of introducing the metal element, a method of applying a solution containing the metal element, a method of the CVD method,
Examples thereof include a method by a sputtering method and a vapor deposition method, a method by a plasma treatment using an electrode containing the metal, and a method by a gas adsorption method.

【0067】ハロゲン元素を導入する方法としては、H
Cl、HF、HBr、Cl2 、F2、Br2 、CF4
を酸化性雰囲気(例えば酸素雰囲気)中に含有させる手
段を利用することができる。
As a method of introducing a halogen element, H
Means for containing Cl, HF, HBr, Cl 2 , F 2 , Br 2 , CF 4, or the like in an oxidizing atmosphere (eg, an oxygen atmosphere) can be used.

【0068】また、熱酸化膜の形成時における雰囲気中
に水素ガスや水分(水蒸気)の導入を合わせて行い、ウ
エット酸化の作用を利用することも有効である。これ
は、より短時間で平滑性の高い熱酸化膜を形成すること
に効果がある。
It is also effective to utilize the action of wet oxidation by introducing hydrogen gas or moisture (water vapor) into the atmosphere during formation of the thermal oxide film. This is effective in forming a thermal oxide film having high smoothness in a shorter time.

【0069】熱酸化膜の形成するための温度は極めて重
要なものとなる。後述するような素子単体で数十MHz
以上の動作を行わせることが可能で、S値が100(mV/
dec)以下というようなTFTを得るのであれば、熱酸化
膜の形成時における加熱温度を好ましくは800℃以
上、より好ましくは900°以上とすることが必要であ
る。
The temperature for forming the thermal oxide film is extremely important. Several tens of MHz for the element alone as described later
The above operation can be performed, and the S value is 100 (mV /
dec) In order to obtain a TFT as described below, it is necessary to set the heating temperature during the formation of the thermal oxide film to preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher.

【0070】なおこの加熱温度の上限は、石英基板の耐
熱温度の上限である1100℃程度とすることが適当で
ある。
The upper limit of the heating temperature is appropriately about 1100 ° C. which is the upper limit of the heat resistant temperature of the quartz substrate.

【0071】[0071]

【発明の実施の形態】非晶質珪素膜を加熱により結晶化
させ結晶性珪素膜を得る技術において、非晶質珪素膜の
表面の一部の領域にニッケル元素を接して保持させた状
態で加熱処理を施すことにより、前記一部の領域から他
の領域へと基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a technique for crystallizing an amorphous silicon film by heating to obtain a crystalline silicon film, a nickel element is held in contact with a partial region of the surface of the amorphous silicon film. By performing the heat treatment, crystal growth is performed in the direction parallel to the substrate from the partial region to the other region.

【0072】そして、前記結晶成長を行わした珪素膜の
表面に第1の熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は、ハ
ロゲン元素を含んだ酸化性雰囲気化で800℃〜110
0℃の加熱処理を施すことにより形成する。
Then, a first thermal oxide film is formed on the surface of the crystal-grown silicon film. This thermal oxide film is 800 ° C. to 110 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.
It is formed by performing a heat treatment at 0 ° C.

【0073】そしてこの熱酸化膜を除去する。こうして
得られた結晶性珪素膜は、図6及び図7に示すような特
定の方向に結晶粒界が延在し、その方向に結晶構造が連
続した構造を有するものとなる。
Then, this thermal oxide film is removed. The crystalline silicon film thus obtained has a structure in which crystal grain boundaries extend in a specific direction as shown in FIGS. 6 and 7 and the crystal structure is continuous in that direction.

【0074】この熱酸化膜の形成の作用は、以下のよう
に説明される。即ち、熱酸化膜の形成に従って、珪素膜
中に存在する格子間珪素原子や不安定な結合状態を有す
る珪素原子が熱酸化膜の形成に利用される。そしてこの
ことにより、得られる結晶性珪素膜の結晶構造がより明
確なものとなり、さらに膜中に存在する欠陥が大きく減
少する。
The operation of forming this thermal oxide film will be described as follows. That is, according to the formation of the thermal oxide film, interstitial silicon atoms existing in the silicon film and silicon atoms having an unstable bond state are utilized for forming the thermal oxide film. As a result, the crystal structure of the obtained crystalline silicon film becomes clearer, and the defects existing in the film are greatly reduced.

【0075】上記第1の熱酸化膜は、珪素膜中から結晶
化に寄与した金属元素を除去(ゲッタリング)するとい
う役割もある。即ち、熱酸化膜の形成中に珪素膜中から
熱酸化膜中に移動した当該金属元素を、この熱酸化膜を
除去することにより、外部に除去してしまうという作用
もある。
The first thermal oxide film also has a role of removing (gettering) the metal element contributing to crystallization from the silicon film. That is, there is also an effect that the metal element that has moved from the silicon film into the thermal oxide film during the formation of the thermal oxide film is removed to the outside by removing the thermal oxide film.

【0076】本明細書で開示する発明においては、第1
の熱酸化膜を除去した後に、第2の熱酸化膜を形成す
る。
In the invention disclosed in this specification, the first
A second thermal oxide film is formed after removing the thermal oxide film.

【0077】この第2の熱酸化膜は、 (1)露呈した結晶性珪素膜の表面に直接形成する。 (2)CVD法による酸化珪素膜(一般に珪化絶縁膜を
利用できる)を成膜した後に形成する。 といった大別して2つのタイミングにより形成する。
This second thermal oxide film is (1) directly formed on the surface of the exposed crystalline silicon film. (2) It is formed after forming a silicon oxide film (generally a silicified insulating film can be used) by the CVD method. It is formed according to two timings.

【0078】この第2に熱酸化膜の形成もハロゲン元素
を含有させた酸素雰囲気中で行うことが好ましい。
Second, the formation of the thermal oxide film is also preferably performed in an oxygen atmosphere containing a halogen element.

【0079】この第2の熱酸化膜の作用も第1の熱酸化
膜の作用と基本的に同じである。ただし、金属元素のゲ
ッタリングの作用より、結晶構造に与える作用の方が主
なものとなる。
The action of the second thermal oxide film is basically the same as the action of the first thermal oxide film. However, the effect on the crystal structure is more important than the effect of gettering of the metal element.

【0080】[0080]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では、非晶質珪素膜に対して、珪
素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入すること
により、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成
長を行わす方法に関する。
[Embodiment 1] In this embodiment, by selectively introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into an amorphous silicon film, crystal growth in a direction parallel to the substrate, which is called lateral growth, is performed. Concerning how to do.

【0081】図1に本実施例の作製工程を示す。まず、
石英基板201上に下地膜202として酸化珪素膜を3
000Åの厚さに成膜する。なお、石英基板の表面の平
滑性が良く、また洗浄を十分にするのであれば、この下
地膜202は特に必要ない。
FIG. 1 shows the manufacturing process of this embodiment. First,
On a quartz substrate 201, a silicon oxide film is
A film is formed to a thickness of 000 mm. Note that the base film 202 is not particularly required if the surface of the quartz substrate has good smoothness and sufficient cleaning is performed.

【0082】なお、基板としては石英基板を利用するこ
とが現状においては好ましい選択となるが、加熱処理温
度に耐える基板であれば、石英に限定されるものではな
い。
It should be noted that the use of a quartz substrate as the substrate is the preferable choice under the present circumstances, but the substrate is not limited to quartz as long as it can withstand the heat treatment temperature.

【0083】次に結晶性珪素膜の出発膜となる非晶質珪
素膜203を減圧熱CVD法でもって、500Åの厚さ
に成膜する。
Next, an amorphous silicon film 203 serving as a starting film of a crystalline silicon film is formed to a thickness of 500 ° by a low pressure thermal CVD method.

【0084】次に図示しない酸化珪素膜を1500Åの
厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、2
04で示されるマスクを形成する。このマスクは205
で示される領域に開口が形成されている。この開口20
5が形成されている領域においては、非晶質珪素膜20
3が露呈する。
Next, a silicon oxide film (not shown) is formed to a thickness of 1500 ° and is patterned to
A mask indicated by 04 is formed. This mask is 205
An opening is formed in a region indicated by. This opening 20
5 is formed in the region where the amorphous silicon film 20 is formed.
3 is exposed.

【0085】開口205は、図面の奥行及び手前方向に
長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口
203の幅は20μm以上とするのが適当である。また
その長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すれ
ばよい。
The opening 205 has an elongated rectangular shape having a longitudinal direction in the depth direction and the front direction in the drawing. It is appropriate that the width of the opening 203 is 20 μm or more. The length in the longitudinal direction may be formed to a required length.

【0086】そして重量換算で10ppmのニッケル元
素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布する。そして図示し
ないスピナーを用いてスピンドライを行い余分な溶液を
除去する。ニッケル元素の導入量は、上記溶液中におけ
るニッケル元素の含有濃度で制御することができる。
Then, a nickel acetate solution containing 10 ppm by weight of nickel element is applied. Then, spin drying is performed using a spinner (not shown) to remove an excess solution. The introduction amount of the nickel element can be controlled by the content concentration of the nickel element in the solution.

【0087】こうして、ニッケル元素が図1(A)の点
線206で示されるような状態で存在した状態が得られ
る。この状態では、ニッケル元素が開口205の底部に
おいて、非晶質珪素膜の一部に選択的に接して保持され
た状態が得られる。
In this way, the state where the nickel element exists in the state shown by the dotted line 206 in FIG. 1A is obtained. In this state, a state in which the nickel element is selectively held in contact with a part of the amorphous silicon film at the bottom of the opening 205 is obtained.

【0088】次に水素を3%含有した極力酸素を含まな
い窒素雰囲気中(また窒素雰囲気中)において、600
℃、8時間の加熱処理を行う。すると、図1(B)の2
07で示されるような基板201に平行な方向への結晶
成長が進行する。この結晶成長の状態を上面からみた模
式図を図9に示す。
Next, in a nitrogen atmosphere containing 3% of hydrogen and containing oxygen as little as possible (also in a nitrogen atmosphere), 600
Heat treatment at 8 ° C. for 8 hours. Then, 2 in FIG. 1 (B)
Crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate 201 as indicated by 07. FIG. 9 shows a schematic diagram of the state of this crystal growth seen from the upper surface.

【0089】この結晶成長は、ニッケル元素が導入され
た開口205の領域から周囲に向かって進行する。この
基板に平行な方向への結晶成長を横成長またはラテラル
成長と称する。
This crystal growth proceeds from the region of the opening 205 into which the nickel element has been introduced to the periphery. The crystal growth in the direction parallel to the substrate is called lateral growth or lateral growth.

【0090】この結晶成長により得られる横成長した結
晶性珪素膜の表面は、従来の低温ポリシリコンや高温ポ
リシリコンに比較して非常に平滑性の良いものが得られ
る。これは、結晶粒界の延在する方向が概略そろってい
ることに起因すると考えられる。
The surface of the laterally grown crystalline silicon film obtained by this crystal growth has very good smoothness as compared with the conventional low temperature polysilicon or high temperature polysilicon. This is considered to be due to the fact that the directions in which the crystal grain boundaries extend are substantially uniform.

【0091】一般の多結晶珪素やポリシリコンと呼ばれ
る珪素膜は、その表面の凹凸は±100Å以上ある。し
かし、本実施例で示すような横成長をさせた場合は、そ
の表面の凹凸は±30Å以下であることが観察されてい
る。この凹凸は、ゲイト絶縁膜との間の界面特性を悪化
させるものであり、極力小さいものであることが好まし
い。
The surface of a silicon film, which is generally called polycrystalline silicon or polysilicon, has unevenness of ± 100 Å or more. However, when lateral growth is performed as shown in this example, it has been observed that the surface irregularities are ± 30 ° or less. The unevenness deteriorates the interface characteristics with the gate insulating film and is preferably as small as possible.

【0092】上記の結晶化のために加熱処理条件におい
ては、この横成長を100μm以上にわたって行わすこ
とができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜2
08を得る。
Under the heat treatment conditions for the above crystallization, this lateral growth can be performed over 100 μm or more. The silicon film 2 having the region laterally grown in this manner.
I get 08.

【0093】この結晶成長のための加熱処理は、450
℃〜1100℃(上限は基板の耐熱性で規制される)で
行うことができる。ある程度の横成長距離を確保するの
であれば、加熱処理の温度を600℃以上とすることが
好ましい。しかし、それ以上に温度を上げることによる
結晶成長距離や結晶性の向上はそれ程大きくない。(従
って、経済性や工程の簡略化を考慮した場合、600℃
〜650℃程度の加熱処理で十分である)
The heat treatment for crystal growth is 450
C. to 1100 C. (the upper limit is regulated by the heat resistance of the substrate). In order to secure a certain lateral growth distance, the temperature of the heat treatment is preferably set to 600 ° C. or higher. However, improvements in crystal growth distance and crystallinity by increasing the temperature above that level are not so large. (Accordingly, in consideration of economy and simplification of the process, 600 ° C.
Heat treatment at about 650 ° C is sufficient.)

【0094】そしてニッケル元素を選択的に導入するた
めの酸化珪素膜でなるマスク204を除去する。
Then, the mask 204 made of a silicon oxide film for selectively introducing the nickel element is removed.

【0095】この状態においては、ニッケル元素が膜中
に偏在している。特に、開口205が形成されていた領
域と、207で示される結晶成長の先端部分において
は、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。
In this state, the nickel element is unevenly distributed in the film. In particular, the nickel element is present at a relatively high concentration in the region where the opening 205 has been formed and in the tip portion of the crystal growth indicated by 207.

【0096】従って、活性層の形成においては、それら
の領域を避けることが重要となる。即ち、活性層中に上
記ニッケル元素が偏在した領域が存在しないようにする
ことが重要である。
Therefore, in forming the active layer, it is important to avoid those regions. That is, it is important that the region where the nickel element is unevenly distributed does not exist in the active layer.

【0097】結晶化の後にさらに、レーザー光の照射を
行なってもよい。即ち、レーザー光の照射により、さら
に結晶化を助長させてもよい。このレーザー光の照射
は、膜中に存在するニッケル元素の固まりを分散させ、
後にニッケル元素を除去し易くする効果を有している。
なお、この段階でレーザー光の照射を行っても、さらに
横成長が進行することはない。
Irradiation with laser light may be further performed after crystallization. That is, crystallization may be further promoted by irradiation with a laser beam. This laser beam irradiation disperses the mass of nickel element present in the film,
This has the effect of making it easier to remove the nickel element later.
Note that, even if laser light irradiation is performed at this stage, lateral growth does not further progress.

【0098】レーザー光としては、紫外領域の波長を有
するエキシマレーザーを利用することができる。例え
ば、KrFエキシマレーザー(波長248nm)やXe
Clエキシマレーザー(波長308nm)を利用するこ
とができる。
As the laser light, an excimer laser having a wavelength in the ultraviolet region can be used. For example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or Xe
A Cl excimer laser (wavelength 308 nm) can be used.

【0099】次にHClを3体積%含んだ酸素雰囲気中
において、950℃の加熱処理を行い、熱酸化膜209
を200Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜の形成に従
い、珪素膜208の膜厚は100Å程度その膜厚が減少
する。即ち、珪素膜の膜厚は、400Å程度となる。
(図1(C))
Next, a heat treatment is performed at 950 ° C. in an oxygen atmosphere containing 3% by volume of HCl to obtain a thermal oxide film 209.
Is formed to a thickness of 200 °. With the formation of this thermal oxide film, the film thickness of the silicon film 208 decreases by about 100Å. That is, the thickness of the silicon film is about 400 °.
(Fig. 1 (C))

【0100】一般に、珪素膜の表面に形成される熱酸化
膜は、表面に盛り上がる厚さと、内部に進行する酸化の
距離とがほぼ同じものとなる。従って、例えば100Å
の珪素膜の表面に100Åの熱酸化膜を形成すると、珪
素膜の厚さは50Å目減りし、50Å厚の珪素膜とその
表面に形成された100Å厚の熱酸化膜という構成とな
る。
In general, the thermal oxide film formed on the surface of the silicon film has substantially the same swelling thickness on the surface and the distance of the oxidation that proceeds inside. Thus, for example, 100 °
When a 100.degree. Thermal oxide film is formed on the surface of the silicon film, the thickness of the silicon film is reduced by 50.degree., Resulting in a structure of a 50.degree. Thick silicon film and a 100.degree. Thick thermal oxide film formed on the surface.

【0101】上記の工程においては、熱酸化膜の形成に
従い、膜中の不安定な結合状態を有する珪素元素が熱酸
化膜の形成に利用される。そして、膜中の欠陥が減少
し、より高い結晶性を得ることができる。
In the above steps, as the thermal oxide film is formed, the silicon element having an unstable bonded state in the film is used for forming the thermal oxide film. Then, defects in the film are reduced, and higher crystallinity can be obtained.

【0102】また同時に熱酸化膜の形成および塩素の作
用により膜中よりニッケル元素のゲッタリングが行われ
る。
At the same time, nickel element is gettered from the film by the formation of the thermal oxide film and the action of chlorine.

【0103】当然、熱酸化膜中には、比較的高濃度にニ
ッケル元素が取り込まれることになる。そして相対的に
珪素膜208中のニッケル元素は減少する。こうして図
1(C)に示す状態を得る。
Naturally, the nickel element is incorporated into the thermal oxide film in a relatively high concentration. Then, the nickel element in the silicon film 208 is relatively reduced. Thus, the state shown in FIG. 1C is obtained.

【0104】熱酸化膜209を形成したら、この熱酸化
膜209を除去する。こうして、ニッケル元素の含有濃
度を減少させた結晶性珪素膜208を得る。
After forming the thermal oxide film 209, the thermal oxide film 209 is removed. Thus, a crystalline silicon film 208 with a reduced nickel element concentration is obtained.

【0105】こうして得られた結晶性珪素膜は、図6ま
たは図7に示すように一方向に結晶構造が延在した(こ
の方向は結晶成長方向に一致する)構造を有している。
即ち、細長い円柱状の結晶体が複数の一方向に延在した
結晶粒界を介して、複数平行に並んでいるような構造を
有している。
The crystalline silicon film thus obtained has a structure in which the crystal structure extends in one direction (this direction coincides with the crystal growth direction) as shown in FIG. 6 or 7.
That is, it has a structure in which a plurality of elongated columnar crystals are arranged in parallel through a plurality of crystal grain boundaries extending in one direction.

【0106】次にパターニングを行うことにより、横成
長領域でなるパターン210を形成する。この島状の領
域210が後にTFTの活性層となる。
Then, patterning is performed to form a pattern 210 composed of a lateral growth region. This island-shaped region 210 will later become the active layer of the TFT.

【0107】ここでは、ソース領域とドレイン領域とを
結ぶ方向と結晶成長方向とが一致または概略一致するよ
うにパターンの位置取りを行う。こうすることで、キャ
リアの移動する方向と結晶格子が連続して延在する方向
とを合わせることができ、結果として高い特性のTFT
を得ることができる。
Here, the pattern is positioned so that the direction connecting the source region and the drain region and the crystal growth direction coincide or substantially coincide with each other. By doing so, the direction in which carriers move and the direction in which the crystal lattice extends continuously can be matched, and as a result, TFTs with high characteristics can be obtained.
Can be obtained.

【0108】そして、210でなるパターンを形成後に
熱酸化膜211を300Åの厚さに成膜する。この熱酸
化膜は、HClを3%含有した酸素雰囲気中において、
950℃の加熱処理を行うことによって得る。
After forming the pattern 210, a thermal oxide film 211 is formed to a thickness of 300 Å. This thermal oxide film, in an oxygen atmosphere containing HCl 3%,
Obtained by performing heat treatment at 950 ° C.

【0109】熱酸化膜211を成膜することにより、パ
ターン(活性層となるパターン)210の膜厚は、25
0Åとなる。
By forming the thermal oxide film 211, the thickness of the pattern (pattern to be the active layer) 210 becomes 25.
0 °.

【0110】この工程においても熱酸化膜209を成膜
する場合と同様の効果を得ることができる。なお、この
熱酸化膜209は、TFTのゲイト絶縁膜の一部とな
る。
Also in this step, the same effect as in the case of forming the thermal oxide film 209 can be obtained. The thermal oxide film 209 becomes a part of the gate insulating film of the TFT.

【0111】本実施例においては、最終的に得られる結
晶性珪素膜でなる活性層210の膜厚(250Å)は、
第2の熱酸化膜211の膜厚(300Å)よりも薄くな
る。こうすることで、熱酸化膜の形成に従う図6や図7
に示すような特異な結晶構造を得るために効果を得るこ
とができる。
In this embodiment, the thickness (250 Å) of the active layer 210, which is the finally obtained crystalline silicon film, is
It becomes thinner than the film thickness (300 Å) of the second thermal oxide film 211. By doing so, as shown in FIG. 6 and FIG.
The effect can be obtained in order to obtain a unique crystal structure as shown in.

【0112】この後、熱酸化膜と共にゲイト絶縁膜を構
成する酸化珪素膜304を1000Åの厚さにプラズマ
CVD法により成膜する。(図2(A))
After that, a silicon oxide film 304 forming a gate insulating film together with the thermal oxide film is formed to a thickness of 1000 Å by the plasma CVD method. (Fig. 2 (A))

【0113】次にゲイト電極を形成するためのアルミニ
ウム膜をスパッタ法で4000Åの厚さに成膜する。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。
Next, an aluminum film for forming a gate electrode is formed to a thickness of 4000Å by the sputtering method. 0.2% by weight of scandium is contained in this aluminum film.

【0114】アルミニウム膜中にスカンジウムを含有さ
せるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが
発生することを抑制するためである。ヒロックやウィス
カーというのは、加熱の際のアルミニウムの異常成長に
起因する針状あるいは刺状の突起部のことである。
The reason why scandium is contained in the aluminum film is to suppress the generation of hillocks and whiskers in the subsequent steps. Hillocks and whiskers are needle-like or barbed protrusions caused by abnormal growth of aluminum during heating.

【0115】アルミニウム膜を成膜したら、図示しない
緻密な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ルコール溶液を電解溶液と
し、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として行う。こ
の工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有
する陽極酸化膜を100Åの厚さに成膜する。
After forming the aluminum film, a dense anodic oxide film (not shown) is formed. This anodic oxide film is 3%
An ethylene glycol solution containing tartaric acid is used as an electrolytic solution, an aluminum film is used as an anode, and platinum is used as a cathode. In this step, an anodic oxide film having a dense film quality is formed to a thickness of 100 ° on the aluminum film.

【0116】この図示しない陽極酸化膜は、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。
The anodic oxide film (not shown) has a role of improving the adhesion with a resist mask formed later.

【0117】この陽極酸化膜の膜厚は、陽極酸化時の印
加電圧によって制御することができる。
The thickness of this anodic oxide film can be controlled by the voltage applied during anodic oxidation.

【0118】次にレジストマスク306を形成する。そ
してこのレジストマスクを利用して、アルミニウム膜を
305で示されるパターンにパターニングする。こうし
て図2(B)に示す状態を得る。
Next, a resist mask 306 is formed. Then, using this resist mask, the aluminum film is patterned into a pattern indicated by 305. Thus, the state shown in FIG. 2B is obtained.

【0119】ここで再度の陽極酸化を行う。ここでは、
3%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン305を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、308で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
Here, anodic oxidation is performed again. here,
A 3% oxalic acid aqueous solution is used as the electrolytic solution. By performing anodization in this electrolytic solution using the aluminum pattern 305 as an anode, a porous anodic oxide film 308 is formed.

【0120】この工程においては、上部に密着性の高い
レジストマスク306が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜308が形成され
る。
In this step, the anodic oxide film 308 is selectively formed on the side surface of the aluminum pattern due to the existence of the resist mask 306 having high adhesiveness on the upper portion.

【0121】この陽極酸化膜は、その膜厚を数μmまで
成長させることができる。ここでは、その膜厚を600
0Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によ
って制御することができる。
This anodic oxide film can be grown to a thickness of several μm. Here, the film thickness is 600
0 °. The growth distance can be controlled by the anodic oxidation time.

【0122】そしてレジストマスク306を除去する。
次に再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、前述
した3%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電
解溶液とした陽極酸化を再び行う。
Then, the resist mask 306 is removed.
Next, a dense anodic oxide film is formed again. That is, anodic oxidation is again performed using the above-described ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid as an electrolytic solution.

【0123】この工程においては、多孔質状の陽極酸化
膜308中に電解溶液が進入する関係から、309で示
されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成され
る。
In this step, an anodic oxide film having a dense film quality is formed as indicated by 309 because the electrolytic solution enters the porous anodic oxide film 308.

【0124】この緻密な陽極酸化膜309の膜厚は10
00Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行
う。
The film thickness of the dense anodic oxide film 309 is 10
00 °. This film thickness is controlled by the applied voltage.

【0125】ここで、露呈した酸化珪素膜304をエッ
チングする。また同時に熱酸化膜300をエッチングす
る。このエッチングはドライエッチングを利用する。そ
して酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔
質状の陽極酸化膜308を除去する。こうして図2
(D)に示す状態を得る。
Here, the exposed silicon oxide film 304 is etched. At the same time, the thermal oxide film 300 is etched. This etching uses dry etching. Then, the porous anodic oxide film 308 is removed using a mixed acid obtained by mixing acetic acid, nitric acid, and phosphoric acid. Thus, FIG.
The state shown in (D) is obtained.

【0126】図2(D)に示す状態を得たら、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(リン)イオンの注入をプ
ラズマドーピング法でもって行う。
After obtaining the state shown in FIG. 2D, impurity ions are implanted. Here, P (phosphorus) ions are implanted by a plasma doping method in order to manufacture an N-channel thin film transistor.

【0127】この工程においては、ヘビードープがされ
る311と315の領域とライトドープがされる312
と314の領域が形成される。これは、残存した酸化珪
素膜310が半透過なマスクとして機能し、注入された
イオンの一部がそこで遮蔽されるからである。
In this step, regions 311 and 315 that are heavily doped and 312 that are lightly doped are used.
And 314 are formed. This is because the remaining silicon oxide film 310 functions as a semi-transparent mask, and some of the implanted ions are shielded there.

【0128】そしてレーザー光(またはランプを用いた
強光)の照射を行うことにより、不純物イオンが注入さ
れた領域の活性化を行う。こうして、ソース領域31
1、チャネル形成領域313、ドレイン領域315、低
濃度不純物領域312と314が自己整合的に形成され
る。
Then, irradiation with laser light (or intense light using a lamp) is performed to activate the region into which the impurity ions are implanted. Thus, the source region 31
1. A channel formation region 313, a drain region 315, and low concentration impurity regions 312 and 314 are formed in a self-aligned manner.

【0129】ここで、314で示されるのが、LDD
(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。
(図2(D))
Here, LDD is indicated by 314.
This is a region called a (lightly doped drain) region.
(Fig. 2 (D))

【0130】なお、緻密な陽極酸化膜309の膜厚を2
000Å以上というように厚くした場合、その膜厚でも
ってチャネル形成領域313の外側にオフセットゲイト
領域を形成することができる。
The thickness of the dense anodic oxide film 309 is set to 2
When the thickness is made thicker than 000Å or more, the offset gate region can be formed outside the channel formation region 313 with the thickness.

【0131】本実施例においてもオフットゲイト領域は
形成されているが、その寸法が小さいのでその存在によ
る寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記
載していない。
Although the off-gate region is formed also in this embodiment, it is not shown in the drawing because its size is small, its contribution is small, and the drawing is complicated.

【0132】なお、緻密な膜質を有する陽極酸化膜を2
000Å以上というように厚く形成するのには、200
V以上の印加電圧が必要とされるので、再現性や安全性
に関して、注意が必要である。
It is to be noted that the anodic oxide film having a dense film quality is
To make it as thick as 2,000 mm or more, 200
Since an applied voltage of V or more is required, attention must be paid to reproducibility and safety.

【0133】次に層間絶縁膜316として酸化珪素膜、
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を用いてもよい。
Next, as the interlayer insulating film 316, a silicon oxide film,
Alternatively, a silicon nitride film or a stacked film thereof is formed. As the interlayer insulating film, a layer made of a resin material over a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used.

【0134】そしてコンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極317とドレイン電極318の形成を行う。こ
うして図3(E)に示す薄膜トランジスタが完成する。
Then, contact holes are formed, and a source electrode 317 and a drain electrode 318 are formed. Thus, the thin film transistor shown in FIG. 3E is completed.

【0135】本実施例に示すTFTは、その特性として
従来には得られなかった極めて高いものを得ることがで
きる。
The TFT shown in this embodiment can have extremely high characteristics which have not been obtained conventionally.

【0136】例えば、NTFT(Nチャネル型のTF
T)で、移動度が200〜300(cm2/Vs)、S値が75
〜90(mV/dec)(VD =1V)という高性能なものが得ら
れる。PTFT(Pチャネル型のTFT)で120〜1
80(cm2/Vs)、S値が75〜100(mV/dec)(VD =1
V)という高性能なものを得ることができる。
For example, NTFT (N-channel type TF
T), the mobility is 200 to 300 (cm 2 / Vs), and the S value is 75
A high performance device of up to 90 (mV / dec) (V D = 1 V) can be obtained. 120 to 1 for PTFT (P-channel type TFT)
80 (cm 2 / Vs), S value is 75 to 100 (mV / dec) (V D = 1
It is possible to obtain a high-performance product called V).

【0137】特にS値は、従来の高温ポリシリコンTF
T及び低温ポリシリコンTFTの値に比較して、1/2
以下という驚異的に良い値である。
Particularly, the S value is the same as that of the conventional high temperature polysilicon TF.
及 び compared to the values of T and low temperature polysilicon TFT.
The following are surprisingly good values.

【0138】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、ゲイト絶縁膜の形成方法を工夫した例に
関する。
[Embodiment 2] This embodiment relates to an example in which a method for forming a gate insulating film is devised in the structure shown in Embodiment 1.

【0139】図3に本実施例の作製工程を示す。まず図
1(A)及び(B)に示す工程に従い横成長領域を有す
る結晶性珪素膜208を得る。なおここでは、出発膜の
非晶質珪素膜を500Åとする。
FIG. 3 shows the manufacturing process of this embodiment. First, a crystalline silicon film 208 having a lateral growth region is obtained according to the steps shown in FIGS. In this case, the starting amorphous silicon film has a thickness of 500 Å.

【0140】結晶性珪素膜を得たら、HClを3%含有
させた酸素雰囲気中において950℃の加熱処理を行う
ことにより、熱酸化膜209を200Åの厚さに成膜す
る。(図3(A))
After the crystalline silicon film is obtained, heat treatment is performed at 950 ° C. in an oxygen atmosphere containing 3% HCl to form a thermal oxide film 209 to a thickness of 200Å. (Fig. 3 (A))

【0141】次に熱酸化膜209を除去する。そして、
パターニングを施すことにより、後に薄膜トランジスタ
の活性層となるパターン210を形成する。(図3
(B))
Next, the thermal oxide film 209 is removed. And
By patterning, a pattern 210 to be an active layer of a thin film transistor later is formed. (Fig. 3
(B))

【0142】次にプラズマCVD法により、ゲイト絶縁
膜304を1000Åの厚さに成膜する。(図3
(C))
Next, the gate insulating film 304 is formed to a thickness of 1000 Å by the plasma CVD method. (Fig. 3
(C))

【0143】次にHClを3%含有させた酸素雰囲気中
において950℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化
膜211を300Åの厚さに成膜する。(図3(D))
Next, heat treatment is performed at 950 ° C. in an oxygen atmosphere containing 3% of HCl to form a thermal oxide film 211 with a thickness of 300 Å. (FIG. 3 (D))

【0144】この際、熱酸化膜は、CVD酸化膜304
の内側において成長し、図3(D)に示すような状態で
成膜される。
At this time, the thermal oxide film is the CVD oxide film 304.
3D, and is formed into a film as shown in FIG.

【0145】本実施例に示す作製工程を採用した場合、
ゲイト絶縁膜は熱酸化膜211とCVD酸化膜304と
の積層膜でもって構成されることになる。
When the manufacturing process shown in this embodiment is adopted,
The gate insulating film is composed of a laminated film of the thermal oxide film 211 and the CVD oxide film 304.

【0146】本実施例に示す作製工程を採用した場合、
ゲイト絶縁膜と活性層との界面における界面準位密度を
低いものとすることができる。
When the manufacturing process shown in this embodiment is adopted,
The interface state density at the interface between the gate insulating film and the active layer can be made low.

【0147】〔実施例3〕本実施例は、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路部
分の作製工程を示す。
[Embodiment 3] This embodiment shows a manufacturing process of an active matrix circuit portion of an active matrix type liquid crystal display device.

【0148】図4に本実施例の作製工程の概略を示す。
まず、図1及び図2に示す工程に従って、図2(D)に
示す状態を得る。(図4(A)に示す状態)
FIG. 4 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
First, according to the steps shown in FIGS. 1 and 2, the state shown in FIG. 2D is obtained. (State shown in FIG. 4 (A))

【0149】次に第1の層間絶縁間膜として、窒化珪素
膜401を2000Åの厚さにプラズマCVD法で成膜
する。さらにポリイミド樹脂膜402をスピンコート法
で成膜する。こうして、図4(B)に示す状態を得る。
なお、樹脂材料としては、ポリイミド以外にポリアミド
やポリイミドアミドを利用することができる。
Next, as a first interlayer insulating film, a silicon nitride film 401 is formed to a thickness of 2000 Å by the plasma CVD method. Further, a polyimide resin film 402 is formed by spin coating. Thus, the state shown in FIG. 4B is obtained.
As the resin material, polyamide or polyimide amide can be used in addition to polyimide.

【0150】次にソース領域311とドレイン領域31
5に達するコンタクトホールの形成を行い、ソース電極
403とドレイン電極403を形成する。これらの電極
は、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜で
もって形成する。なお、ソース電極403は、ソース線
から延在したものとして形成される。(図4(C))
Next, the source region 311 and the drain region 31
A contact hole reaching 5 is formed, and a source electrode 403 and a drain electrode 403 are formed. These electrodes are formed by a laminated film of a titanium film, an aluminum film and a titanium film. The source electrode 403 is formed as extending from the source line. (FIG. 4 (C))

【0151】ドレイン電極403は、その一部が補助容
量を形成するための電極として利用される。
A part of the drain electrode 403 is used as an electrode for forming a storage capacitor.

【0152】ソース及びドレイン電極を形成したら、第
2の層間絶縁膜としてポリイミド樹脂膜404を成膜す
る。こうして図4(C)に示す状態を得る。
After forming the source and drain electrodes, a polyimide resin film 404 is formed as a second interlayer insulating film. Thus, the state shown in FIG. 4C is obtained.

【0153】次に樹脂層間絶縁膜404に開口を形成
し、さらにチタン膜とアルミニウム膜との積層膜でもっ
てなるブラックマトリクス(BM)405を形成する。
このブラックマトリクス405は、本来の遮光膜として
の機能以外に補助容量を形成するための電極として機能
する。
Next, an opening is formed in the resin interlayer insulating film 404, and a black matrix (BM) 405 made of a laminated film of a titanium film and an aluminum film is further formed.
The black matrix 405 functions as an electrode for forming an auxiliary capacitance in addition to the original function as a light shielding film.

【0154】ブラックマトリクス405を形成したら、
第3の層間絶縁膜として、ポリイミド樹脂膜406を成
膜する。そして、ドレイン電極403へのコンタクトホ
ールを形成し、ITOでなる画素電極407を形成す
る。
After forming the black matrix 405,
A polyimide resin film 406 is formed as a third interlayer insulating film. Then, a contact hole to the drain electrode 403 is formed, and a pixel electrode 407 made of ITO is formed.

【0155】こうして、補助容量として機能するブラッ
クマトリクス405のパターンと画素電極407のパタ
ーンとの間にポリイミド樹脂膜406が挟まれた構造が
得られる。
In this way, a structure is obtained in which the polyimide resin film 406 is sandwiched between the pattern of the black matrix 405 and the pattern of the pixel electrode 407 which function as the auxiliary capacitance.

【0156】〔実施例4〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、ゲイト電極またはゲイト電極から延在し
たゲイト配線に対するコンタクトの形成の採り方を工夫
した例である。
[Embodiment 4] This embodiment is an example in which, in the structure shown in Embodiment 1, a method of forming a contact with a gate electrode or a gate wiring extending from the gate electrode is devised.

【0157】実施例1(図2参照)または実施例3
((または実施例3)に示す構成においては、ゲイト電
極の側面及び上面が緻密な膜質を有する陽極酸化膜によ
って被覆された状態となっている。
Example 1 (see FIG. 2) or Example 3
In the structure shown in (or Example 3), the side surface and the upper surface of the gate electrode are covered with the anodic oxide film having a dense film quality.

【0158】このような構造は、アルミニウムを材料と
した電極を形成する場合には、ヒロックの抑制、配線間
ショートの抑制という点において大きな効果を有してい
る。
Such a structure has a great effect in terms of suppressing hillocks and suppressing short circuits between wirings when an electrode made of aluminum is formed.

【0159】しかしながら、その強固な膜質故にコンタ
クトの形成が比較的困難であるという問題がある。
However, there is a problem that it is relatively difficult to form a contact because of its strong film quality.

【0160】本実施例は、この問題を解決する構成に関
する。図5に本実施例の作製工程を示す。他の実施例と
同じ符号箇所の詳細な作製条件等は、他の実施例と同じ
である。
This embodiment relates to a configuration that solves this problem. FIG. 5 shows a manufacturing process of this example. Detailed manufacturing conditions and the like of the same reference numerals as those of the other examples are the same as those of the other examples.

【0161】まず図5(A)に示すように、結晶性珪素
膜でなる活性層パターン210を得る。そして、熱酸化
膜211とCVD酸化膜304とが積層された状態を得
る。
First, as shown in FIG. 5A, an active layer pattern 210 made of a crystalline silicon film is obtained. Then, a state where the thermal oxide film 211 and the CVD oxide film 304 are laminated is obtained.

【0162】ここでは、まずCVD酸化膜を成膜し、そ
の後に熱酸化膜を成膜する工程を採用する。
Here, a step of first forming a CVD oxide film and then forming a thermal oxide film is adopted.

【0163】図5(A)に示す状態を得たら、アルミニ
ウム膜を成膜し、さらに窒化珪素膜を500Åの厚さに
成膜する。そして、レジストマスク306を用いてパタ
ーニングを施し、305で示されるアルミニウムパター
ンとその上の窒化珪素膜501が形成された状態を得
る。(図5(B))
When the state shown in FIG. 5A is obtained, an aluminum film is formed, and a silicon nitride film is further formed to a thickness of 500Å. Then, patterning is performed using the resist mask 306 to obtain a state in which the aluminum pattern 305 and the silicon nitride film 501 thereon are formed. (FIG. 5 (B))

【0164】図5(B)に示す状態を得たら、レジスト
マスク306を配置した状態で多孔質状の陽極酸化膜3
08を形成し、さらに緻密な膜質を有する陽極酸化膜3
09を形成する。
When the state shown in FIG. 5B is obtained, the porous anodic oxide film 3 is formed with the resist mask 306 arranged.
No. 08, and an anodic oxide film 3 having a denser film quality
09 is formed.

【0165】これらの陽極酸化膜は、ゲイト電極となる
アルミニウムパターン307の側面のみにおいて選択的
に形成される。これは、アルミニウムパターンの上面に
窒化珪素膜501が存在しているからである。
These anodic oxide films are selectively formed only on the side surface of the aluminum pattern 307 to be the gate electrode. This is because the silicon nitride film 501 exists on the upper surface of the aluminum pattern.

【0166】陽極酸化膜の形成が終了したら、レジスト
マスク306を除去する。そしてさらに露呈した酸化珪
素膜304を除去し、さらに熱酸化膜211の一部も除
去する。
After the formation of the anodic oxide film is completed, the resist mask 306 is removed. Then, the exposed silicon oxide film 304 is removed, and a part of the thermal oxide film 211 is also removed.

【0167】こうして図5(C)に示す状態を得る。図
5(C)に示す状態を得たら、レジストマスク306を
除去し、さらに多孔質状の陽極酸化膜308を除去す
る。
Thus, the state shown in FIG. 5C is obtained. After obtaining the state shown in FIG. 5C, the resist mask 306 is removed, and further the porous anodic oxide film 308 is removed.

【0168】そして、さらに窒化珪素膜501を除去す
る。こうして図5(D)に示す状態を得る。この状態で
導電型を付与する不純物のドーピングをプラズマドーピ
ング法でもって行う。
Then, the silicon nitride film 501 is further removed. Thus, the state shown in FIG. 5D is obtained. In this state, the doping of the impurity imparting the conductivity type is performed by the plasma doping method.

【0169】この結果、ソース領域311、低濃度不純
物領域312と314、チャネル領域313、ドレイン
領域315が自己整合的に形成される。
As a result, the source region 311, the low concentration impurity regions 312 and 314, the channel region 313, and the drain region 315 are formed in a self-aligned manner.

【0170】不純物のドーピング終了後、レーザー光の
照射を行うことにより、ドーピング時に生じた損傷のア
ニールと、ドーピングされた不純物の活性化とを行う。
After the doping of impurities is completed, laser light irradiation is performed to anneal the damage caused at the time of doping and to activate the doped impurities.

【0171】こうして図5(D)に示す状態を得る。次
に層間絶縁膜502を形成する。そしてコンタクトホー
ルの形成を行い、ソース電極317、ゲイト取り出し電
極503、ドレイン電極318を形成し、図5(E)に
示す状態を得る。
Thus, the state shown in FIG. 5D is obtained. Next, the interlayer insulating film 502 is formed. Then, a contact hole is formed, a source electrode 317, a gate extraction electrode 503, and a drain electrode 318 are formed to obtain the state shown in FIG.

【0172】この工程において、ゲイト電極307への
コンタクトホールの形成が、ゲイト電極の上面に陽極酸
化膜が存在しない関係で比較的容易に行うことができ
る。
In this step, the contact hole can be formed in the gate electrode 307 relatively easily because the anodic oxide film does not exist on the upper surface of the gate electrode.

【0173】なお図には、同じ断面上にソース/ドレイ
ン電極とゲイト電極とが形成されているように記載され
ているが、実際には、ゲイト取り出し電極はゲイト電極
307から延在した部分に形成される。
Although the drawing shows that the source / drain electrode and the gate electrode are formed on the same cross section, the gate extraction electrode is actually formed on the portion extending from the gate electrode 307. It is formed.

【0174】〔実施例5〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、基板としてガラス基板を利用した場合の
例である。
[Embodiment 5] This embodiment is an example in which a glass substrate is used as the substrate in the structure shown in the first embodiment.

【0175】本実施例では、基板として歪点が667℃
のコーニング1737ガラス基板を利用する。そして結
晶化のための加熱処理を600℃、4時間の条件で行
い。
In this example, the strain point of the substrate was 667 ° C.
Corning 1737 glass substrate of Then, heat treatment for crystallization is performed at 600 ° C. for 4 hours.

【0176】熱酸化膜の形成のための加熱処理をHCl
を3体積%含有した酸素雰囲気中での640℃の条件で
行う。この場合、形成される熱酸化膜の膜厚は処理時間
2時間で30Å程度となる。この場合は、実施例1に示
すような950℃の加熱処理を加えた場合に比較してそ
の効果は小さなものとなる。
The heat treatment for forming the thermal oxide film is HCl.
Is performed under the condition of 640 ° C. in an oxygen atmosphere containing 3% by volume. In this case, the film thickness of the thermal oxide film formed is about 30 Å in 2 hours of processing time. In this case, the effect is small as compared with the case where the heat treatment at 950 ° C. as shown in Example 1 is added.

【0177】〔実施例6〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、熱酸化膜の形成時における雰囲気中にH
Clを含有させない場合の例である。この場合、HCl
を雰囲気中に含有させた場合に比較して、ニッケルのゲ
ッタリング効果は小さなものとなる。
[Embodiment 6] In this embodiment, in the structure shown in Embodiment 1, H 2 is added in the atmosphere during the formation of the thermal oxide film.
This is an example of the case where Cl is not contained. In this case, HCl
The gettering effect of nickel becomes small as compared with the case of containing in the atmosphere.

【0178】〔実施例7〕本実施例は、実施例1に示す
構成において、熱酸化膜の形成後にレーザー光の照射を
する場合の例である。このようにすると、さらに結晶化
を助長することができる。 〔実施例8〕本実施例は、TFTを利用した半導体装置
の例を示すものである。図8に各種半導体装置の例を示
す。
[Embodiment 7] This embodiment is an example in the case of irradiating a laser beam after forming a thermal oxide film in the structure shown in Embodiment 1. With this, crystallization can be further promoted. [Embodiment 8] This embodiment shows an example of a semiconductor device using a TFT. FIG. 8 shows examples of various semiconductor devices.

【0179】図8(A)に示すのは、携帯情報端末と呼
ばれるもので、本体2001に備えられたアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置2005に必要とする情報を
内部の記憶装置から呼び出して表示したり、電話回線を
利用してアクセスした情報を表示することができる。
FIG. 8A shows a so-called personal digital assistant, which displays information required for the active matrix type liquid crystal display device 2005 provided in the main body 2001 by calling it from an internal storage device. Or you can display the information accessed using the telephone line.

【0180】表示装置の形態としては、アクティブマト
リクス型のEL表示装置を利用することも考えられる。
表示装置を構成するアクティブマトリクス回路と同一の
基板上には、各種情報処理回路や記憶回路が集積化回路
2006としてTFTを利用して集積化されている。
As a form of the display device, it may be considered to use an active matrix type EL display device.
Various information processing circuits and storage circuits are integrated by using TFTs as an integrated circuit 2006 on the same substrate as the active matrix circuit forming the display device.

【0181】また、本体2001には、カメラ部200
2が備えられており、操作スイッチ2004を操作する
ことにより、必要とする画像情報を取り込むことができ
る。カメラ部2002により取り込む画像は、受像部2
003から装置内に取り込まれる。
The main body 2001 also includes a camera section 200.
2 is provided, and necessary image information can be taken in by operating the operation switch 2004. The image captured by the camera unit 2002 is the image receiving unit 2
It is taken into the device from 003.

【0182】図8(B)に示すのは、ヘッドマウントデ
ィスプレイと呼ばれる表示装置である。この装置は、本
体2101を頭部に装着し、2つのアクティブマトリク
ス型の液晶ディスプレイ2102によって、目の前数c
mの場所に画像を表示する機能を有している。この装置
では、疑似体験的に画像を見ることができる。
FIG. 8B shows a display device called a head mounted display. In this device, a main body 2101 is mounted on the head, and two active matrix type liquid crystal displays 2102 are used to detect the number c in front of the eyes.
It has a function of displaying an image at a position of m. With this device, you can see images in a pseudo-experienced manner.

【0183】図8(C)に示すのは、カーナビゲーショ
ンシステムであり。この装置は、アンテナ2204で受
けた人工衛星からの信号を用いて、位置を計測する機能
を有している。そして、アクティブマトリクス型の液晶
表示装置2202に計測した位置が表示される。また表
示する情報の選択は、操作スイッチ2203によって行
われる。
FIG. 8C shows a car navigation system. This device has a function of measuring a position by using a signal from an artificial satellite received by an antenna 2204. Then, the measured position is displayed on the active matrix type liquid crystal display device 2202. The selection of information to be displayed is performed by the operation switch 2203.

【0184】なお、液晶表示装置の代わりにアクティブ
マトリクス型のEL表示装置を利用することもできる。
Note that an active matrix EL display device can be used instead of the liquid crystal display device.

【0185】図8(D)に示すのは、携帯電話の例であ
る。この装置は、本体2301にアンテナ2306が備
えられ、音声入力部2303と音声入力部2302とを
備えている。
FIG. 8D shows an example of a mobile phone. In this device, an antenna 2306 is provided in a main body 2301, and a voice input unit 2303 and a voice input unit 2302 are provided.

【0186】電話を掛ける場合は、操作スイッチ230
5を操作することによって行う。また表示装置2304
には、各種画像情報が表示される。表示装置の携帯とし
ては、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表示装置が利用される。
When making a call, the operation switch 230
5 is operated. A display device 2304
Various image information is displayed on the screen. As a portable display device, an active matrix type liquid crystal display device or an active matrix type EL display device is used.

【0187】図8(E)に示すのは、携帯型のビデオカ
メラである。この装置は、受像部2406から取り込ん
だ画像を本体2401内に収納した磁気テープに記憶す
る機能を備えている。
FIG. 8E shows a portable video camera. This device has a function of storing an image captured from the image receiving unit 2406 in a magnetic tape stored in the main body 2401.

【0188】画像には、各種デジタル処理が集積化回路
2407において施される。この集積化回路2407
は、従来から利用されているICチップを組み合わせた
もので構成してもよいし、本明細書で開示するようなT
FTを用いて構成してもよい。またそれらの組み合わせ
でもって構成してもよい。
Various digital processes are applied to the image in the integrated circuit 2407. This integrated circuit 2407
May be composed of a combination of IC chips that have been conventionally used, or a T chip as disclosed in this specification.
You may comprise using FT. Moreover, you may comprise by those combinations.

【0189】受像部2406で受像した画像や内部の磁
気テープに記憶された画像は、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置2402に表示される。装置の操作は、
操作スイッチ2404によって行われる。また、装置の
電力はバッテリー2405によって賄われる。
The image received by the image receiving unit 2406 and the image stored on the internal magnetic tape are displayed on the active matrix type liquid crystal display device 2402. The operation of the device
It is performed by the operation switch 2404. The power of the device is covered by the battery 2405.

【0190】図8(F)に示すのは、投射型の表示装置
である。この装置は、本体2501から投影される画像
をスクリーン上に表示する機能を有している。
FIG. 8F shows a projection type display device. This device has a function of displaying an image projected from the main body 2501 on a screen.

【0191】本体2501には、光源2502とこの光
源からの光を光学変調し画像を形成するアクティブマト
リクス型の液晶表示装置2503、画像を投影するため
の光学系2504が備えられている。
The main body 2501 is provided with a light source 2502, an active matrix type liquid crystal display device 2503 for optically modulating light from this light source to form an image, and an optical system 2504 for projecting an image.

【0192】なお、液晶表示装置の形式としては、
(B)に示す装置を除いて透過型または反射型の形式の
どちらでも利用することができる。
The type of liquid crystal display device is as follows.
Either the transmissive type or the reflective type can be used except for the device shown in FIG.

【0193】[0193]

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用して得ら
れたPTFTとNTFTとを組み合わせて、9段のリン
グオシレータを構成した場合、400MHz以上の発振
を行わせることができた。
When a PTFT and an NTFT obtained by utilizing the invention disclosed in this specification are combined to form a 9-stage ring oscillator, it is possible to oscillate at 400 MHz or more.

【0194】一般的にリングオシレータの発振周波数の
10%程度でもって実際の回路の設計を行うことを考慮
すると、上記のTFTでもって40MHz程度の周波数
で動作する回路を構成できることになる。
Considering that an actual circuit is generally designed with about 10% of the oscillation frequency of the ring oscillator, it is possible to construct a circuit which operates with a frequency of about 40 MHz with the above TFT.

【0195】このように本明細書に開示する発明を利用
することにより、高速動作(一般数十MHz以上の動作
速度)が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタ
を得ることができる。
As described above, by utilizing the invention disclosed in this specification, it is possible to obtain a thin film transistor capable of forming a circuit that requires high-speed operation (generally, operating speed of several tens MHz or more).

【0196】特にS値に関しては、100(mV/dec)以下
という単結晶シリコンウエハーを利用して作製したMO
S型トランジスタに匹敵する特性を得ることができる。
Regarding the S value in particular, the MO produced by using a single crystal silicon wafer of 100 (mV / dec) or less.
It is possible to obtain characteristics comparable to those of S-type transistors.

【0197】本明細書で開示する発明を利用することに
より、各種高速動作が要求される回路を同一基板上にT
FTでもって集積化した構成を提供することができる。
またその作製方法を提供することができる。
By utilizing the invention disclosed in this specification, circuits which require various high-speed operations can be formed on a single substrate.
It is possible to provide an integrated structure with FT.
In addition, a manufacturing method thereof can be provided.

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

【図1】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 1 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 2 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 3 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

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

【図5】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。5A to 5C are diagrams illustrating a manufacturing process of a thin film transistor.

【図6】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。FIG. 6 is an electron micrograph showing a silicon thin film.

【図7】 珪素薄膜を写した電子顕微鏡写真。FIG. 7 is an electron micrograph showing a silicon thin film.

【図8】 TFTを利用した各種半導体装置の概要を示
した図。
FIG. 8 is a diagram showing an outline of various semiconductor devices using TFTs.

【図9】 結晶成長の状態を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing a state of crystal growth.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201 石英基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 非晶質珪素膜 204 酸化珪素膜でなるマスク 205 マスクに形成された開口(ニッケル
元素導入領域) 206 基体に接して保持されたニッケル元
素 207 結晶成長方向 208 結晶性珪素膜 209 熱酸化膜 210 活性層を構成する珪素膜のパターン 211 熱酸化膜 304 CVD法で成膜された酸化珪素膜
(CVD酸化膜) 305 アルミニウム膜でなるパターン 306 レジストマスク 307 ゲイト電極 308 多孔質状の陽極酸化膜 309 緻密な膜質を有する陽極酸化膜 310 残存した酸化珪素膜 311 ソース領域 312 低濃度不純物領域 313 チャネル領域 314 低濃度不純物領域 315 ドレイン領域 316 層間絶縁膜 317 ソース電極 318 ドレイン電極
201 Quartz Substrate 202 Base Film (Silicon Oxide Film) 203 Amorphous Silicon Film 204 Mask Made of Silicon Oxide Film 205 Opening (Nickel Element Introduction Region) Formed in Mask 206 Nickel Element Held in Contact with Substrate 207 Crystal Growth Direction 208 Crystalline silicon film 209 Thermal oxide film 210 Pattern of silicon film constituting active layer 211 Thermal oxide film 304 Silicon oxide film (CVD oxide film) 305 formed by CVD method Pattern 306 made of aluminum film 306 Resist mask 307 Gate electrode 308 Porous anodic oxide film 309 Dense anodic oxide film 310 Remaining silicon oxide film 311 Source region 312 Low concentration impurity region 313 Channel region 314 Low concentration impurity region 315 Drain region 316 Interlayer insulating film 317 Source Electrode 318 Drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 H01L 29/78 627G (31)優先権主張番号 特願平8−32875 (32)優先日 平8(1996)1月26日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平8−32981 (32)優先日 平8(1996)1月27日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平8−58334 (32)優先日 平8(1996)2月20日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平8−88759 (32)優先日 平8(1996)3月17日 (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 小山 潤 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 (72)発明者 尾形 靖 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 (72)発明者 早川 昌彦 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 (72)発明者 納 光明 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 (72)発明者 浜谷 敏次 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 the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H01L 21/336 H01L 29/78 627G (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 8-32875 (32) Priority Day 8 (1996) January 26 (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 8-32981 (32) Priority Day January 8 (1996) January 27 ( 33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claiming number Japanese Patent Application No. 8-58334 (32) Priority date Hei 8 (1996) February 20 (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) ) Priority claim number Japanese Patent Application No. 8-88759 (32) Priority date 8 (1996) March 17 (33) Priority claim country Japan (JP) (72) Inventor Jun Koyama 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture Semiconducting Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Ogata 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Inside the Semiconductor Energy Laboratory (72) Masahiko Hayakawa 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside the Semiconductor Energy Laboratory, Inc. (72) Inventor Mitsuaki Nono Inside 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside the Semiconductor Energy Institute (72) Inventor Toshiji Hamaya 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Semiconductor Semiconductor Research Institute, Inc.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構
造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を
有してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
1. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, the crystalline silicon film having a continuity in a predetermined direction. In the thin film transistor having a structure and having a crystal grain boundary extending in the predetermined direction, the direction connecting the source region and the drain region and the predetermined direction have a predetermined angle. A semiconductor device characterized in that a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed on the crystalline silicon film.
【請求項2】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構
造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の
角度を有してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
2. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film as an active layer formed on a substrate having an insulating surface, wherein the crystalline silicon film is a crystal having continuity in a predetermined direction. Having a structure, and having a crystal grain boundary extending in the predetermined direction, in the thin film transistor, the moving direction of the carriers in the channel region and the predetermined direction have a predetermined angle, A semiconductor device, wherein a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed on the crystalline silicon film.
【請求項3】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する
結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略
直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を
有してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
3. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, the crystalline silicon film having lattice continuity in a predetermined direction. In the thin film transistor, the crystal structure has a crystal structure, and a crystal structure in which the continuity of the lattice is impaired in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the predetermined direction, and a direction connecting a source region and a drain region with the direction. The predetermined direction has a predetermined angle, and a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed on the crystalline silicon film. .
【請求項4】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する
結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略
直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の
角度を有してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
4. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, the crystalline silicon film having lattice continuity in a predetermined direction. A crystalline structure having, and having a crystalline structure in which the continuity of the lattice is impaired in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the predetermined direction, in the thin film transistor, a moving direction of carriers in a channel region and the predetermined direction. Direction has a predetermined angle, and a thermal oxide film having a thickness larger than that of the crystalline silicon film is formed on the crystalline silicon film.
【請求項5】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有し
ており、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有
してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
5. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, the crystalline silicon film being different in the extending direction of crystal grain boundaries. In the thin film transistor, the direction in which the source region and the drain region are connected to each other and the extending direction have a predetermined angle in the thin film transistor. A semiconductor device, wherein a thermal oxide film having a thickness larger than that of a silicon film is formed.
【請求項6】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有し
ており、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角
度を有してなり、 前記結晶性珪素膜上には、該結晶性珪素膜よりも膜厚の
厚い熱酸化膜が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
6. A semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface as an active layer, wherein the crystalline silicon film is different in the extending direction of crystal grain boundaries. In the thin film transistor, the moving direction of carriers in the channel region and the extending direction have a predetermined angle in the thin film transistor, and the crystalline silicon film has a predetermined angle. A semiconductor device having a thermal oxide film formed thicker than the film.
【請求項7】請求項1乃至請求項6において、所定の角
度が0°または概略0°であることを特徴とする半導体
装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined angle is 0 ° or approximately 0 °.
【請求項8】請求項1乃至請求項6において、 結晶性珪素膜中には、珪素の結晶化を助長する金属元素
が添加されていることを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a metal element that promotes crystallization of silicon is added to the crystalline silicon film.
【請求項9】請求項8において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル(N
i)が利用されていることを特徴とする半導体装置。
9. The nickel (N) is used as a metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 8.
A semiconductor device characterized in that i) is utilized.
【請求項10】請求項9において、ニッケル元素は1×
1014原子個/cm3 〜5×1018原の濃度で含まれて
いることを特徴とする半導体装置。
10. The nickel element according to claim 9, wherein the nickel element is 1 ×
A semiconductor device characterized by being contained at a concentration of 10 14 atoms / cm 3 to 5 × 10 18 original.
【請求項11】請求項9において、ニッケル元素は1×
1016原子個/cm3 〜5×1017原子個/cm3 の濃
度で含まれていることを特徴とする半導体装置。
11. The nickel element according to claim 9, wherein the nickel element is 1 ×
A semiconductor device characterized by being contained at a concentration of 10 16 atoms / cm 3 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 .
【請求項12】請求項8において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類のものが利用される
ことを特徴とする半導体装置。
12. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 8, Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
A semiconductor device characterized in that one or more kinds selected from u are used.
【請求項13】請求項8において、珪素の結晶化を助長
する金属元素は結晶性珪素膜の表面および/または裏面
に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有しているこ
とを特徴とする半導体装置。
13. The metal element according to claim 8, wherein the metal element that promotes crystallization of silicon has a concentration distribution in which the content concentration increases toward the front surface and / or the back surface of the crystalline silicon film. Semiconductor device.
【請求項14】請求項8において、結晶性珪素膜中には
ハロゲン元素が含まれており、該ハロゲン元素は、結晶
性珪素膜の表面および/または裏面に向かって含有濃度
が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導
体装置。
14. The crystalline silicon film according to claim 8, wherein the crystalline silicon film contains a halogen element, and the halogen element has a concentration distribution in which the content concentration increases toward the front surface and / or the back surface of the crystalline silicon film. A semiconductor device having:
【請求項15】請求項1乃至請求項6において、結晶性
珪素膜の膜厚は100Å〜750Åであることを特徴と
する半導体装置。
15. A semiconductor device according to claim 1, wherein the crystalline silicon film has a film thickness of 100Å to 750Å.
【請求項16】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理
により第1の熱酸化膜を形成する工程と、 前記第1の熱酸化膜を除去する工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第2の熱
酸化膜を形成する工程と、 を有し、 最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第2の熱酸化膜
の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方
法。
16. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of selectively introducing a metal element that partially promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the region where the metal element is selectively introduced to another region, and in a oxidizing atmosphere containing a halogen element. A step of forming a first thermal oxide film by heat treatment, a step of removing the first thermal oxide film, and a step of forming a second thermal oxide film in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. And a film thickness of the finally obtained silicon film is thinner than the film thickness of the second thermal oxide film.
【請求項17】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により第1の熱酸化膜を形成
する工程と、 前記第1の熱酸化膜を除去する工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により第2の熱酸化膜を形成
する工程と、 を有し、 最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第2の熱酸化膜
の膜厚より薄いことを特徴とする半導体装置の作製方
法。
17. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of selectively introducing a metal element that partially promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the region where the metal element is selectively introduced to another region, and in a oxidizing atmosphere containing a halogen element. 800 ° C
A step of forming a first thermal oxide film by heat treatment at ˜1100 ° C., a step of removing the first thermal oxide film, and a temperature of 800 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.
A step of forming a second thermal oxide film by a heat treatment at ˜1100 ° C., and the thickness of the finally obtained silicon film is smaller than that of the second thermal oxide film. A method for manufacturing a characteristic semiconductor device.
【請求項18】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での加熱処理
により第1の熱酸化膜を形成する工程と、 前記第1の熱酸化膜を除去する工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での第2の熱
酸化膜を形成する工程と、 を有し、 最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第1の熱酸化膜
と前記第2の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴
とする半導体装置の作製方法。
18. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of selectively introducing a metal element that promotes crystallization of silicon into a part of the amorphous silicon film. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the region where the metal element is selectively introduced to another region, and in a oxidizing atmosphere containing a halogen element. A step of forming a first thermal oxide film by heat treatment, a step of removing the first thermal oxide film, and a step of forming a second thermal oxide film in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. And the film thickness of the finally obtained silicon film is smaller than the total film thickness of the first thermal oxide film and the second thermal oxide film. .
【請求項19】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により第1の熱酸化膜を形成
する工程と、 前記第1の熱酸化膜を除去する工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により第2の熱酸化膜を形成
する工程と、 を有し、 最終的に得られる珪素膜の膜厚は、前記第1の熱酸化膜
と前記第2の熱酸化膜の膜厚の合計より薄いことを特徴
とする半導体装置の作製方法。
19. A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and a step of selectively introducing a metal element that partially promotes crystallization of silicon into the amorphous silicon film. And a step of performing heat treatment to perform crystal growth in a direction parallel to the substrate from the region where the metal element is selectively introduced to another region, and in a oxidizing atmosphere containing a halogen element. 800 ° C
A step of forming a first thermal oxide film by heat treatment at ˜1100 ° C., a step of removing the first thermal oxide film, and a temperature of 800 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halogen element.
A step of forming a second thermal oxide film by heat treatment at ˜1100 ° C., and the film thickness of the finally obtained silicon film is the same as the first thermal oxide film and the second thermal oxide film. A method for manufacturing a semiconductor device, which is thinner than a total film thickness.
【請求項20】請求項16乃至請求項19において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル(N
i)を利用することを特徴とする半導体装置の作製方
法。
20. The nickel (N) element according to claim 16, which is used as a metal element for promoting crystallization of silicon.
i) A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the method is used.
【請求項21】請求項16乃至請求項19において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類のものを利用するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
21. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 16, wherein Fe, Co,
Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, A
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that one or more kinds selected from u are used.
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JP4646343B2 (en) * 1998-11-27 2011-03-09 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device

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