JPH0950960A - Manufacture of crystalline semiconductor - Google Patents

Manufacture of crystalline semiconductor

Info

Publication number
JPH0950960A
JPH0950960A JP21953195A JP21953195A JPH0950960A JP H0950960 A JPH0950960 A JP H0950960A JP 21953195 A JP21953195 A JP 21953195A JP 21953195 A JP21953195 A JP 21953195A JP H0950960 A JPH0950960 A JP H0950960A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
amorphous silicon
film
gas
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP21953195A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3889071B2 (en
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Hisashi Otani
久 大谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP21953195A priority Critical patent/JP3889071B2/en
Priority to KR1019960032547A priority patent/KR100300808B1/en
Priority to US08/691,956 priority patent/US6337109B1/en
Publication of JPH0950960A publication Critical patent/JPH0950960A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3889071B2 publication Critical patent/JP3889071B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin film crystalline silicon semiconductor by a method wherein energy such as heat, light, etc., is applied to vapor or gas of organic metal having catalyst element to decompose it and a film of the catalyst element or its compound is deposited on the surface of an amorphous silicon film. SOLUTION: First, a silicon oxide film 12 is formed on a substrate 11. Then, an amorphous silicon film 13 is formed by a plasma CVD method. Organic nickel gas or vapor is introduced into a chamber and the substrate 11 is placed above a heater in the chamber and heated. Then organic metal containing catalyst metal element is introduced and is adsorbed by the surface of the amorphous silicon film 13 to form an organic nickel adsorption layer 14. A laser beam is applied to the surface of the amorphous silicon film 13 by which organic metal molecules containing catalyst metal element are adsorbed synchronously with the application to the organic metal gas to make a single atomic Ni layer adsorbed and a nickel compound film 15 is formed on the substrate surface. After that, the substrate 11 is transferred to a solid phase growth process to form a crystalline silicon film 16.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する珪素半導
体被膜、例えば、多結晶珪素膜、単結晶珪素膜、微結晶
珪素膜の作製方法に関する。本発明を用いて作製された
結晶性珪素膜は各種半導体デバイスに用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a crystalline silicon semiconductor film, for example, a polycrystalline silicon film, a monocrystalline silicon film, and a microcrystalline silicon film. The crystalline silicon film manufactured by using the present invention is used for various semiconductor devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体を用いた薄膜トランジスタ
(以下TFT等)が知られている。これは、基板上に薄
膜半導体、特に珪素半導体膜を形成し、この薄膜半導体
を用いて構成されるものである。TFTは、各種集積回
路に利用されているが、特にアクティブマトリックス型
の液晶表示装置の各画素の設けられたスイッチング素
子、周辺回路部分に形成されるドライバー素子として注
目されている。
2. Description of the Related Art Thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) using thin film semiconductors are known. This is one in which a thin film semiconductor, particularly a silicon semiconductor film, is formed on a substrate, and is configured using this thin film semiconductor. The TFT is used in various integrated circuits, and is particularly noted as a switching element provided in each pixel of an active matrix type liquid crystal display device and a driver element formed in a peripheral circuit portion.

【0003】TFTに利用される珪素膜としては、非晶
質珪素膜を用いることが簡便であるが、その電気的特性
は半導体集積回路に用いられる単結晶半導体のものに比
較するとはるかに低いという問題がある。このため、ア
クティブマトリクス回路のスイッチング素子のような限
られた用途にしか用いられなかった。TFTの特性向上
のためには、結晶性を有する珪素薄膜を利用するばよ
い。単結晶珪素以外で、結晶性を有する珪素膜は、多結
晶珪素、ポリシリコン、微結晶珪素等と称されている。
このような結晶性を有する珪素膜を得るためには、まず
非晶質珪素膜を形成し、しかる後に加熱(熱アニール)
によって結晶化させればよい。この方法は、固体の状態
を保ちつつ非晶質状態が結晶状態に変化するので、固相
成長法と呼ばれる。
It is convenient to use an amorphous silicon film as a silicon film used for a TFT, but its electrical characteristics are much lower than those of a single crystal semiconductor used for a semiconductor integrated circuit. There's a problem. Therefore, they have been used only for limited applications such as switching elements of active matrix circuits. In order to improve the characteristics of the TFT, a silicon thin film having crystallinity may be used. A silicon film having crystallinity other than single crystal silicon is called polycrystalline silicon, polysilicon, microcrystalline silicon, or the like.
In order to obtain a silicon film having such crystallinity, first, an amorphous silicon film is formed and then heated (thermal annealing).
May be crystallized. This method is called a solid phase growth method because an amorphous state changes to a crystalline state while maintaining a solid state.

【0004】しかしながら、珪素の固相成長において
は、加熱温度が600℃以上、時間は10時間以上が必
要であり、基板として安価なガラス基板を用いることが
困難であるという問題がある。例えばアクティブ型の液
晶表示装置に用いられるコーニング7059ガラスはガ
ラス歪点が593℃であり、基板の大面積化を考慮した
場合、600℃以上の熱アニールをおこなうことには問
題がある。
However, in the solid phase growth of silicon, a heating temperature of 600 ° C. or more and a time of 10 hours or more are required, and there is a problem that it is difficult to use an inexpensive glass substrate as the substrate. For example, Corning 7059 glass used for an active type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C., and there is a problem in performing thermal annealing at 600 ° C. or more in consideration of increasing the area of a substrate.

【0005】このような問題に対して、本発明者らの研
究によれば、非晶質珪素膜の表面にニッケルやパラジウ
ム、さらには鉛等の元素を微量に堆積させ、しかる後に
加熱することで、550℃、4時間程度の処理時間で結
晶化を行なえることが判明している。
In order to solve such a problem, according to the research conducted by the present inventors, a small amount of elements such as nickel, palladium, and lead are deposited on the surface of the amorphous silicon film, and then heated. It has been found that crystallization can be performed at 550 ° C. for about 4 hours.

【0006】上記のような微量な元素(結晶化を助長す
る触媒元素)を導入するには、スパッタリングによっ
て、触媒元素もしくはその化合物の被膜を堆積すればよ
い。しかしながら、上記のような元素が半導体中に多量
に存在していることは、これら半導体を用いた装置の信
頼性や電気的安定性を阻害するものであり好ましいこと
ではない。スパッタリングによって成膜をおこなうと、
その量、すなわち厚さを精密に制御することは難しく、
また、基板内で均一な厚さを得ることはさらに困難であ
った。このため、得られる半導体デバイスの特性にバラ
ツキが生じた。
In order to introduce such a trace amount of element (catalyst element that promotes crystallization), a film of the catalyst element or its compound may be deposited by sputtering. However, the presence of a large amount of such elements in a semiconductor impairs the reliability and electrical stability of a device using such a semiconductor, and is not preferable. When a film is formed by sputtering,
It is difficult to precisely control the amount, that is, the thickness,
Further, it was more difficult to obtain a uniform thickness in the substrate. For this reason, the characteristics of the obtained semiconductor device varied.

【0007】また、スパッタリングによる成膜において
は、スパッタリングの衝撃によって、非晶質珪素膜が大
きなダメージを受けることから、得られる半導体デバイ
スの特性は必ずしも満足のゆくものではなかった。
[0007] In the film formation by sputtering, since the amorphous silicon film is greatly damaged by the impact of sputtering, the characteristics of the obtained semiconductor device are not always satisfactory.

【0008】スパッタリングの代わりにスピンコーティ
ングのごとき手段によって被膜を形成する方法もある。
しかしながら、スピンコーティング法によって均一な被
膜を得ることは難しかった。例えば、液晶ディスプレー
のごとき、長方形の基板においては、四端に溶液が集ま
りやすく、膜厚は不均一であった。また、溶媒が乾燥し
て触媒元素化合物の被膜が生成する際には、乾燥の不均
一性や結晶核の発生によって膜の厚さが不均一となり、
半導体デバイスのバラツキの要因となった。
There is also a method of forming a film by means such as spin coating instead of sputtering.
However, it was difficult to obtain a uniform coating by the spin coating method. For example, in the case of a rectangular substrate such as a liquid crystal display, the solution tends to collect at the four ends, and the film thickness is not uniform. Further, when the solvent is dried to form a coating film of the catalytic element compound, the thickness of the film becomes non-uniform due to non-uniformity of drying and generation of crystal nuclei,
It was a cause of variations in semiconductor devices.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、触媒元素を
用いた通常の固相成長法に必要な温度よりも低い温度に
おける熱処理によって、結晶性を有する薄膜珪素半導体
の作製において、 (1)触媒元素の微量の制御を可能とする。 (2)触媒元素の均一な導入を可能とする。 といった要求を満たすことを目的とする。さらに、 (3)触媒元素の導入に際して生産性を高める ことも目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a thin film silicon semiconductor having crystallinity by heat treatment at a temperature lower than a temperature required for a normal solid phase growth method using a catalytic element. Enables control of a very small amount of catalytic elements. (2) The catalyst element can be introduced uniformly. It is intended to satisfy such requirements. Further, (3) it is also intended to improve productivity when introducing the catalyst element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を満
足するために、触媒元素を有する有機金属の蒸気もしく
はガスに熱、光等のエネルギ─を与え分解せしめること
によって、非晶質珪素膜表面に触媒元素もしくはその化
合物の被膜を堆積する、という構成を特徴とするもので
ある。また、上記堆積工程に際しては単純に堆積せしめ
ただけではその膜厚をÅオ─ダ─で制御することは困難
であるため、吸着過程と分解過程をシ─ケンシャルに行
う単原子層吸着を用いることが特徴である。
In order to achieve the above object, the present invention provides amorphous silicon by applying energy such as heat or light to vapor or gas of an organic metal having a catalytic element to decompose it. It is characterized in that a film of a catalytic element or its compound is deposited on the film surface. Also, in the above deposition process, it is difficult to control the film thickness by Å order by simply depositing it. Therefore, the adsorption process and the decomposition process are performed by using monoatomic layer adsorption in order. It is a feature.

【0011】上記構成は以下の基本的な有意性を有す
る。 (a)非晶質珪素膜中の触媒元素の濃度は、表面に堆積
する原子層の厚さと非晶質珪素膜の厚さの比で一義的に
決定し、基板全体に渡り極めて均一に制御することが可
能となる。また、吸着種に立体障害のある様な、側鎖の
大きな原料を用いることにより被着率を低下させ、同一
の原子層吸着過程においても更に微量元素添加の制御が
可能となる。 (b)表面への吸着過程、及び外部からのエネルギ─印
加による分解過程では、表面に極めて均一な被膜が形成
され、何らのダメージも非晶質珪素膜に与えられない。 (c)外部からのエネルギ─印加による分解によって触
媒元素もしくはその化合物の被膜の堆積の工程の後、引
き続き加熱処理をおこなえば、連続的に固相成長がおこ
なわれる。したがって、生産性の向上に寄与できる。
The above configuration has the following basic significance. (A) The concentration of the catalytic element in the amorphous silicon film is uniquely determined by the ratio of the thickness of the atomic layer deposited on the surface to the thickness of the amorphous silicon film, and is controlled extremely uniformly over the entire substrate. It becomes possible to do. Further, by using a raw material having a large side chain such that the adsorbed species has a steric hindrance, the deposition rate can be reduced, and the addition of trace elements can be controlled even in the same atomic layer adsorption process. (B) In the adsorption process on the surface and the decomposition process by applying energy from the outside, a very uniform film is formed on the surface, and no damage is given to the amorphous silicon film. (C) After the step of depositing the coating film of the catalytic element or its compound by decomposition by applying energy from the outside, if the heat treatment is continued, solid phase growth is continuously performed. Therefore, it can contribute to improvement in productivity.

【0012】本発明において、触媒元素としてニッケル
を用いる場合には、ビスシクロペンタジエニルニッケル
(Bis(cyclopemtadienyl)nic
kel、Ni(C552 、以下、BCPニッケル、
もしくはBCP塩という)やビスメチルシクロペンタジ
エニルニッケル(Bis(methylcyclope
ntadienyl)nickel、Ni(CH35
42 、以下、BMCPニッケル、もしくはBMCP
塩という)、ビス−2,2,6,6−テトラメチル−
3,5−ヘプタンジオノニッケル(Bis−(2,2,
6,6−tetramethyl−3,5−hptan
ediono)nickel、Ni(C11192
2 )等を用いればよい。
In the present invention, when nickel is used as the catalytic element, biscyclopentadienyl nickel (Bis (cyclopemetadienyl) nic) is used.
kel, Ni (C 5 H 5 ) 2, hereinafter, BCP nickel,
Or BCP salt) or bismethylcyclopentadienyl nickel (Bis (methylcyclope)
ntadienyl) nickel, Ni (CH 3 C 5)
H 4 ) 2 , hereinafter referred to as BMCP nickel or BMCP
Salt)), bis-2,2,6,6-tetramethyl-
3,5-Heptanediononickel (Bis- (2,2,
6,6-tetramethyl-3,5-hptan
ediono) nickel, Ni (C 11 H 19 O 2)
2 ) etc. may be used.

【0013】BCPニッケルの場合には融点は173〜
174℃であり、90℃、130℃における蒸気圧はそ
れぞれ、0.04torr、0.6torrである。B
MCPニッケルの場合には融点は34℃であり、90
℃、130℃における蒸気圧はそれぞれ、1.6tor
r、15torrである。
In the case of BCP nickel, the melting point is 173-
174 ° C., and the vapor pressures at 90 ° C. and 130 ° C. are 0.04 torr and 0.6 torr, respectively. B
In the case of MCP nickel, the melting point is 34 ° C.
The vapor pressure at 130 ° C. and 130 ° C. is 1.6 torr, respectively.
r, 15 torr.

【0014】これらの有機金属の分解によって得られる
被膜は、触媒元素が導入されるべき領域の非晶質珪素膜
に直接堆積されてもよいが、非晶質珪素膜表面は非常に
活性であって容易に酸化されやすく、その結果表面状態
しいては吸着形態にむらが生じやすいという問題があ
る。その際には、逆に非晶質珪素膜表面に100Å以下
の薄い酸化膜をまず形成し、その上に堆積してもよい。
The film obtained by decomposing these organic metals may be directly deposited on the amorphous silicon film in the region where the catalytic element is to be introduced, but the surface of the amorphous silicon film is very active. Therefore, there is a problem that it is easily oxidized, and as a result, uneven adsorption is likely to occur in the surface state. In that case, conversely, a thin oxide film having a thickness of 100 Å or less may be first formed on the surface of the amorphous silicon film and deposited on it.

【0015】また、触媒元素もしくはその化合物の被膜
を選択的に堆積することにより、結晶成長を選択的に行
なうことができる。例えば、選択的にマスク膜を形成
し、特定の部分だけ、非晶質珪素膜の表面が実質的に露
出されているようにする。マスク膜に要求される厚さは
マスク膜の材質によって異なるが、酸化珪素の場合には
500Å以上で十分である。そして、触媒元素を有する
被膜を本発明によって堆積させることにより、非晶質珪
素膜の特定の部分だけ触媒元素が導入されるようにす
る。またこのようにマスクを使用しなくても、単原子層
吸着後光を照射した領域のみの分解、堆積を促進させ、
それ以外の領域の吸着種を再脱離せしめる、あるいはそ
の後の洗浄工程において洗い流す等の手法を用いること
により、光が照射された領域のみに触媒元素を導入する
ことが可能である。
Further, by selectively depositing a film of the catalytic element or its compound, crystal growth can be selectively performed. For example, a mask film is selectively formed so that the surface of the amorphous silicon film is substantially exposed only at a specific portion. The thickness required for the mask film varies depending on the material of the mask film, but in the case of silicon oxide, 500 ° or more is sufficient. Then, the catalyst element is introduced into only a specific portion of the amorphous silicon film by depositing a film having the catalyst element according to the present invention. In addition, even without using a mask in this way, the decomposition and deposition of only the region irradiated with light after adsorption of the monoatomic layer is promoted,
It is possible to introduce the catalytic element only to the region irradiated with light by using a technique such as re-desorbing the adsorbed species in the other region or washing out in the subsequent washing step.

【0016】この場合には、触媒元素もしくはその化合
物の被膜が導入されなかった領域に向かって、被膜が堆
積された領域から珪素膜の面に平行な方向に結晶成長を
おこなうことができる。このように珪素膜の面に平行な
方向に結晶成長が行なわれた領域を本明細書中において
は横方向に結晶成長した領域と称する。
In this case, crystal growth can be performed in a direction parallel to the surface of the silicon film from the region where the coating is deposited, toward the region where the coating of the catalytic element or its compound is not introduced. In this specification, a region where crystal growth is performed in a direction parallel to the surface of the silicon film is referred to as a region where crystal growth is performed in a lateral direction.

【0017】このような横方向に結晶成長が行なわれた
領域では、触媒元素の濃度が低いことが確かめられてい
る。半導体装置の活性層領域として、結晶性珪素膜を利
用することは有用であるが、活性層領域中における触媒
元素の濃度は一般に低い方がより好ましい。従って、上
記横方向に結晶成長が行なわれた領域を用いて半導体装
置の活性層領域を形成することはデバイス作製上有用で
ある。しかしながら、従来の触媒元素の添加方法におい
ては、このような選択的な触媒元素を有する被膜の堆積
をおこなうには、その前にフォトリソグラフィー工程を
経ねばならず工程が複雑になってしまうという欠点があ
った。しかしながら、本発明にある光をアシストに用い
た単原子層吸着(詳細は後述する)を用いれば、光照射
を行った領域のみに触媒金属を含む被膜を形成すること
が可能であり、工程の簡略化が可能となる。しかしなが
ら、その後のフォトリソグラフィー工程(一般的にはア
イランド形成)の前に加熱結晶化工程が存在するため、
基板の収縮等の障害が生じる可能性もある。したがっ
て、横方向の結晶成長を選択するには、そのような問題
を考慮する必要がある。
It has been confirmed that the concentration of the catalytic element is low in the region where the crystal growth is performed in the lateral direction. It is useful to use a crystalline silicon film as the active layer region of the semiconductor device, but it is generally preferable that the concentration of the catalytic element in the active layer region is low. Therefore, it is useful in device fabrication to form an active layer region of a semiconductor device using the region where the crystal growth has been performed in the lateral direction. However, in the conventional method of adding a catalytic element, a photolithography step must be performed before the deposition of a film having such a selective catalytic element, which is a disadvantage. was there. However, the use of light-assisted monoatomic layer adsorption (details will be described later) according to the present invention makes it possible to form a coating film containing a catalytic metal only in a region irradiated with light. It is possible to simplify. However, since there is a heating crystallization step before the subsequent photolithography step (generally island formation),
Problems such as contraction of the substrate may occur. Therefore, such a problem must be taken into consideration in selecting lateral crystal growth.

【0018】本発明は、通常は以下の工程によって実施
される。すなわち、 チャンバー内に基板を配置し、基板を所定の温度に加
熱する。 チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒
元素を有する有機金属の蒸気もしくはガスを導入し、非
晶質珪素膜表面に吸着させる。 前記非晶質珪素膜表面に吸着した触媒元素を有する有
機金属あるいはその一部分解物に対し、熱、光、を作用
させて分解させ、基板表面に触媒元素もしくはその化合
物の被膜を堆積する。 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより、結晶化
させる。 である。
The present invention is usually carried out by the following steps. That is, a substrate is placed in a chamber, and the substrate is heated to a predetermined temperature. An organometallic vapor or gas having a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is introduced into the chamber and adsorbed on the surface of the amorphous silicon film. The organic metal having a catalytic element or a partially decomposed product thereof adsorbed on the surface of the amorphous silicon film is decomposed by applying heat or light to deposit a film of the catalytic element or its compound on the surface of the substrate. The amorphous silicon film is crystallized by heat treatment. It is.

【0019】このうち、の工程においては、該有機金
属の蒸気もしくはガスは、絶えず流しつづけるのではな
く、一定量(例えば、1sccm)だけチャンバー内に
導入するに留めてもよい。これは基本的には温度及び原
料ガスによって決定される。即ち、横軸に流量を取り、
縦軸に吸着量をとってプロットした場合、吸着量が単原
子層に相当し、且つ流量に依存せずプラト─な領域を用
いさえすれば良いということになる。この領域を一般的
にはALEウィンドウと呼ぶが、これができるだけ広く
なるように条件を設定する。単純に温度を調整するだけ
でALEウィンドウが広くとれる場合には、特に光等を
用いなくても上記からの工程が実現される。しかし
原料によっては温度制御だけではALEウィンドウが殆
どない場合があり、この際には光を照射する、あるいは
原料ガスの流速を非常に高めて、基板表面に単原子層以
上吸着できない状況をつくり出す等の工夫が必要であ
る。
In the above steps, the vapor or gas of the organic metal may be introduced into the chamber in a fixed amount (for example, 1 sccm) instead of being continuously flowed. This is basically determined by the temperature and the source gas. That is, the flow rate is taken on the horizontal axis,
When the adsorption amount is plotted on the vertical axis, it means that the adsorption amount corresponds to a monoatomic layer and a plateau region is used regardless of the flow rate. Although this area is generally called an ALE window, conditions are set so that this area is as wide as possible. When the ALE window can be widened by simply adjusting the temperature, the above steps can be realized without using light or the like. However, depending on the raw material, there is a case where there is almost no ALE window only by controlling the temperature. At this time, light is irradiated or the flow velocity of the raw material gas is extremely increased to create a situation in which the substrate surface cannot adsorb more than a monoatomic layer. It is necessary to devise.

【0020】また上記吸着及び分解工程における雰囲気
は減圧でもよいし、大気圧で行っても良い。減圧で行う
場合にはLPCVDの如き構成の装置を流用すれば良
く、また大気圧の場合にはAPCVD(常圧CVD)の
如き装置を用いることが可能である。ただしこれらも温
度と原料で決定されるものであり、吸着と再脱離が丁度
バランスしてALEウィンドウが広くとれる領域を用い
れば良いということになる。ただ一般的には減圧装置の
使用はスル─プットおよびコストの面から望ましくな
く、大気圧に近い領域でALEウィンドウが広くとれる
様に原料及び温度を工夫することが望ましい。
The atmosphere in the adsorption and decomposition steps may be reduced pressure or atmospheric pressure. When the process is performed under reduced pressure, an apparatus having a structure such as LPCVD may be used, and when the atmospheric pressure is used, a device such as APCVD (normal pressure CVD) can be used. However, these are also determined by the temperature and the raw material, and it means that it is sufficient to use a region in which adsorption and re-desorption are just balanced and an ALE window can be wide. However, it is generally not desirable to use a decompression device from the viewpoint of throughput and cost, and it is desirable to devise the raw material and temperature so that the ALE window can be wide in the region close to atmospheric pressure.

【0021】またの工程中あるいは該工程後に堆積し
た触媒元素と非晶質珪素とを界面において反応させ、反
応生成物を形成することは有用である。該生成物を予め
形成しておくことにより、その後の熱結晶化工程におけ
る結晶化をより容易に行うことが可能である。この理由
は明確ではないが、それら生成物が結晶核として作用し
たものと推測される。
It is useful to react the catalyst element deposited during or after this step with the amorphous silicon at the interface to form a reaction product. By forming the product in advance, crystallization in the subsequent thermal crystallization step can be performed more easily. The reason for this is not clear, but it is presumed that those products acted as crystal nuclei.

【0022】の工程に関しては、チャンバーからいっ
たん外部に取り出したのち、別の熱アニール装置におい
ておこなってもよいが、チャンバー内で引き続きおこな
ってもよい。
The step (1) may be carried out in the chamber after being taken out from the chamber and then carried out in another thermal annealing apparatus.

【0023】なお、の工程の後に、レーザー等の強光
を照射すると、固相成長によって完全に結晶化しなかっ
た部分まで結晶化させることができ、より特性の良好な
結晶性珪素を得ることができる。用いるべきレーザーに
関しては、各種エキシマレーザーが利用しやすい。
By irradiating strong light such as a laser after the above step, it is possible to crystallize even a portion that has not been completely crystallized by solid phase growth, and it is possible to obtain crystalline silicon having better characteristics. it can. Regarding the laser to be used, various excimer lasers are easily used.

【0024】本発明においては、触媒元素としてニッケ
ルを用いた場合に最も顕著な効果を得ることができる
が、その他利用できる触媒元素の種類としては、好まし
くはPd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、
As、Sbを利用することができる。また、VIII族元
素、IIIb、IVb、Vb元素から選ばれた一種または複数種
類の元素を利用することもできる。
In the present invention, the most remarkable effect can be obtained when nickel is used as a catalyst element. However, other types of catalyst elements that can be used are preferably Pd, Pt, Cu, Ag, Au, and Au. In, Sn, P,
As and Sb can be used. In addition, one or more elements selected from Group VIII elements, IIIb, IVb, and Vb elements can also be used.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では、ガラス基板上の前面にわた
り結晶性を有する珪素膜を形成する例を示す。図1を用
いて、触媒元素(ここではニッケルを用いる)を導入
し、結晶化する工程までを説明する。本実施例において
は、基板としてコーニング7059ガラスを用いた。ま
たその大きさは100mm×100mmとする。
[Embodiment 1] In this embodiment, an example is shown in which a crystalline silicon film is formed on the front surface of a glass substrate. The steps up to the step of introducing a catalyst element (in this case, using nickel) and crystallization will be described with reference to FIG. In this example, Corning 7059 glass was used as the substrate. The size is 100 mm × 100 mm.

【0026】まず、基板11上に酸化珪素膜12をスパ
ッタリング法やプラズマCVD法によって形成した。酸
化珪素膜12の厚さは1000〜5000Å、例えば、
2000Åとした。
First, the silicon oxide film 12 was formed on the substrate 11 by the sputtering method or the plasma CVD method. The thickness of the silicon oxide film 12 is 1000 to 5000Å, for example,
It was set to 2000Å.

【0027】次に、非晶質珪素膜13をプラズマCVD
法やLPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜
を100〜1500Å形成する。ここでは、プラズマC
VD法によって非晶質珪素膜13を500Åの厚さに成
膜した。(図1(A))
Next, the amorphous silicon film 13 is subjected to plasma CVD.
An amorphous silicon film is formed at a temperature of 100 to 1500 ° by a CVD method or an LPCVD method. Here, the plasma C
An amorphous silicon film 13 was formed to a thickness of 500 ° by the VD method. (Fig. 1 (A))

【0028】そして、汚れ及び自然酸化膜を取り除くた
めにフッ酸処理を行い、基板を図2に示されるチャンバ
ー201に設置した。ここで、チャンバー201につい
て簡単に説明する。チャンバー201には外部からガス
を導入するチューブと排気するチューブが接続されてお
り、前者は2系統ある。第1は有機ニッケルガス・蒸気
を導入する系統であり、第2はそのキャリヤガスであ
る。第1の系統では、ベーパライザーから発生した有機
ニッケルガス・蒸気(例えば、BMCPニッケル)を適
当なガス(例えば、水素)によって搬送する。この際に
は有機ニッケルが配管内に凝結しないように、配管は適
当な温度、好ましくはベーパライザーと同じ温度か、そ
れよりも高い温度に保たれている必要がある。
Then, hydrofluoric acid treatment was carried out to remove dirt and a natural oxide film, and the substrate was placed in the chamber 201 shown in FIG. Here, the chamber 201 will be briefly described. A tube for introducing gas and a tube for exhausting gas from the outside are connected to the chamber 201, and the former has two systems. The first is a system for introducing organic nickel gas / vapor, and the second is a carrier gas thereof. In the first system, the organic nickel gas / vapor (for example, BMCP nickel) generated from the vaporizer is carried by an appropriate gas (for example, hydrogen). At this time, the pipe must be kept at an appropriate temperature, preferably the same temperature as the vaporizer or higher, so that the organic nickel does not condense in the pipe.

【0029】第1のガス系統からは有機ニッケルガス・
蒸気が得られるが、その濃度を必要とする量に制御する
ことは難しい。すなわち、蒸気圧はベーパライザーの温
度によって決定されるからであり、温度のわずかの違い
によって濃度が著しく変動するからである。そこで、第
2のガス系統からキャリヤガス(例えば、水素)を導入
して、有機ニッケルガス・蒸気を希釈する。またこの希
釈は、流速をコントロ─ルすることにも用いる。
From the first gas system, organic nickel gas
Although steam is obtained, it is difficult to control its concentration to the required amount. That is, the vapor pressure is determined by the temperature of the vaporizer, and the concentration fluctuates significantly due to a slight difference in the temperature. Therefore, a carrier gas (for example, hydrogen) is introduced from the second gas system to dilute the organic nickel gas / vapor. This dilution is also used to control the flow rate.

【0030】このようにして有機ニッケルガスもしくは
蒸気はチャンバー201に導入される。チャンバー内に
はヒ─タ─204が設けられており、その上に基板を設
置する。そして基板は材料に応じてALEウィンドウが
最も大きくなるような温度に加熱される。この温度は一
般的には300℃〜500℃程度であり、今回は350
℃に加熱を行った。
In this way, the organic nickel gas or vapor is introduced into the chamber 201. A heater 204 is provided in the chamber, and the substrate is placed thereon. The substrate is then heated to a temperature that maximizes the ALE window depending on the material. This temperature is generally about 300 ° C to 500 ° C, and this time is 350 ° C.
Heated to ℃.

【0031】もちろん、チャンバー全体も有機ニッケル
が凝結しない程度の温度に保つことが望まれる。
Of course, it is desirable to keep the temperature of the entire chamber at a level at which organic nickel does not condense.

【0032】本構成のチャンバーを用いたニッケル膜の
堆積方法について述べる。まず、基板をセットする。そ
して、チャンバー内を適当な圧力まで排気する。本工程
はそれほどの高真空を必要とされないので、1〜500
mTorrの排気でも十分である。次にヒーター204
に通電して、基板を350℃に加熱する。
A method of depositing a nickel film using the chamber of this structure will be described. First, the substrate is set. Then, the inside of the chamber is evacuated to an appropriate pressure. This process does not require a high vacuum, so 1 to 500
Exhaust of mTorr is also sufficient. Next, the heater 204
To heat the substrate to 350 ° C.

【0033】この状態でV12を開け水素ガスを流し、
チャンバ─内を所定の圧力にする。水素流量は3SLM
とし、反応圧力は今回は1×104 Paで行った。次
に、所定の圧力及び温度で定常状態になったのを確認し
た後、触媒金属元素を含有する有機金属を導入する。今
回は、BMCPニッケルを用い、その流量は100sc
cmとし、キャリアガスである水素と同時に1秒間だけ
V11を開けることにより表面に照射して、非晶質珪素
膜表面に吸着せしめる。(図1(B))
In this state, open V12 and let hydrogen gas flow,
The inside of the chamber is brought to a predetermined pressure. Hydrogen flow rate is 3 SLM
The reaction pressure was 1 × 10 4 Pa this time. Next, after confirming that a steady state is achieved at a predetermined pressure and temperature, an organic metal containing a catalytic metal element is introduced. This time, BMCP nickel is used and the flow rate is 100sc
cm, and V11 is opened at the same time as hydrogen as a carrier gas for 1 second to irradiate the surface and cause it to be adsorbed on the surface of the amorphous silicon film. (Fig. 1 (B))

【0034】そして有機金属ガスの照射と同期して、触
媒金属元素を含む有機金属分子が表面に吸着した非晶質
珪素膜表面に対し、光源202から光を照射する。(図
1(C))この光源はレ─ザ─光等でも良いし、他の光
源例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、低圧及び高
圧水銀ランプ等でも良い。これはあくまでも非晶質珪素
膜表面における有機金属の分解をアシストするだけであ
り、その為それほど強い強度の光は必要ない。この光照
射の意義について、図4を用いて説明する。
Then, in synchronization with the irradiation of the organic metal gas, the light source 202 irradiates the surface of the amorphous silicon film on which the organic metal molecules containing the catalytic metal element are adsorbed. This light source may be a laser light or the like, or another light source such as a xenon lamp, a halogen lamp, a low pressure or high pressure mercury lamp, or the like. This only assists the decomposition of the organic metal on the surface of the amorphous silicon film, and therefore light of such a high intensity is not necessary. The significance of this light irradiation will be described with reference to FIG.

【0035】非晶質珪素膜表面に有機ニッケル金属ガス
を照射した場合、その瞬間においてはまだ前記ガスが吸
着していない部分501、及び多原子層吸着している分
子502等が存在する。503は有機部分が一部分解
し、非晶質珪素膜表面に化学吸着した原子団である。こ
の後、有機ニッケルが供給されなくなると、単に物理吸
着あるいはファンデルワ─ルス力で吸着している502
及び504等は脱離してしまい、表面に完全な単原子層
吸着を行うことはできない。ここに光照射を同時に行う
と、光により表面でのマイグレ─ションが増速し、被着
率を増加させることが可能である(例えば分子502の
様に)と共に、表面に緩く結合しただけの分子に対し光
アシストによる分解を行わしめ、その後脱離できなくす
ることができる。この結果、ほぼ完全な単原子層を形成
することが可能となる。
When the surface of the amorphous silicon film is irradiated with the organonickel metal gas, at that moment, there are a portion 501 where the gas is not adsorbed, and a molecule 502 which is adsorbed in the polyatomic layer. Reference numeral 503 is an atomic group in which the organic portion is partially decomposed and chemically adsorbed on the surface of the amorphous silicon film. After that, when the organic nickel is no longer supplied, it is simply adsorbed by physical adsorption or van der Waals force.
And 504 and the like are desorbed, and complete monoatomic layer adsorption cannot be performed on the surface. When light irradiation is performed at the same time, the migration on the surface is accelerated by the light, and it is possible to increase the deposition rate (for example, like the molecule 502), and at the same time, it is only loosely bound to the surface. It is possible to perform photo-assisted decomposition on the molecule and then prevent the molecule from being desorbed. As a result, it becomes possible to form a substantially complete monoatomic layer.

【0036】光源として今回はキセノンランプを用い、
シャッタ─203を用いてガスの照射と同期するように
した。すると、上記ガス照射及び光照射の1シ─ケンス
毎に、ほぼ単原子層のNiを吸着させることができた。
上記条件とほぼ同様の条件を用いて、有機金属としてB
MCPニッケルを用いた場合には、1シ─ケンスで成膜
されるニッケル層が完全な単原子層とはならないことが
見出された。これは、立体障害が大きいために被着率が
1を下回った結果であると考えられる。この様にして基
板表面にはニッケル化合物膜14が形成される。(図1
(D))
As a light source, a xenon lamp is used this time,
A shutter 203 was used to synchronize with the irradiation of gas. Then, it was possible to adsorb almost a monoatomic layer of Ni every one sequence of the gas irradiation and the light irradiation.
Using almost the same conditions as above, the organic metal B
It has been found that when MCP nickel is used, the nickel layer formed by one sequence does not become a complete monatomic layer. It is considered that this is a result of the deposition rate being less than 1 due to the large steric hindrance. In this way, the nickel compound film 14 is formed on the surface of the substrate. (Figure 1
(D))

【0037】その後、固相成長の工程に移る。固相成長
工程は、ニッケル化合物膜を堆積したチャンバ─と同一
チャンバ─内で行っても良い。しかしながら、一般的に
はスル─プットが大きく低下してしまう(枚葉式である
ため)ので、外部に取り出し、拡散炉等で行うことが妥
当である。今回も別の縦型炉を用いることにする。ヒー
ター204を切り、基板を冷却し、その後チャンバー内
のガスを人体に対して無害なガスに完全に置換する。そ
して、チャンバーを大気に開放し、基板を取り出す。そ
の後の固相成長工程は従来の場合と同様である。
After that, a solid phase growth step is performed. The solid phase growth step may be performed in the same chamber as the chamber in which the nickel compound film is deposited. However, since the throughput generally decreases significantly (because it is a single wafer type), it is appropriate to take it out to the outside and use a diffusion furnace or the like. This time, another vertical furnace will be used. The heater 204 is turned off to cool the substrate, and then the gas in the chamber is completely replaced with a gas harmless to the human body. Then, the chamber is opened to the atmosphere and the substrate is taken out. The subsequent solid phase growth process is the same as the conventional case.

【0038】固相成長時は基板を500〜650℃、例
えば、コ─ニングの7059基板を用いた場合には55
0℃に加熱するように設定し、この状態で放置すること
によって、固相成長が進行する。基板としてコ─ニング
1737基板を用いた場合には更に温度を上げることが
可能で600℃程度での結晶化が可能となる。この様に
温度を上げた場合にも、従来の触媒金属を添加した場合
に比較して非常に短時間で結晶成長が可能(従来法で2
4時間程度が2時間程度に短縮される)となるため、十
分なアドバンテ─ジを得ることができる。このようにし
て結晶化した珪素膜15を得ることができた。前述の通
り、上記の加熱処理は450℃以上の温度で行うことが
できるが、温度が低いと加熱時間を長くしなけらばなら
ず、生産効率が低下する。また、650℃程度以上とす
ると基板として用いるガラス基板の耐熱性の問題が表面
化してしまう。熱アニール温度はこのように生産性と基
板の耐熱性とを考慮して決定されなければならない。
(図1(E))
The substrate is 500 to 650 ° C. during solid phase growth, for example, 55 when using a Corning 7059 substrate.
The solid phase growth proceeds by setting the temperature to 0 ° C. and leaving it in this state. When the Corning 1737 substrate is used as the substrate, the temperature can be further increased and crystallization at about 600 ° C. is possible. Even when the temperature is increased in this way, crystal growth is possible in a very short time compared to the case where the conventional catalyst metal is added (2
4 hours will be shortened to about 2 hours), so a sufficient advantage can be obtained. Thus, the crystallized silicon film 15 could be obtained. As described above, the above heat treatment can be performed at a temperature of 450 ° C. or higher, but if the temperature is low, the heating time must be lengthened and the production efficiency will be reduced. Further, when the temperature is about 650 ° C. or higher, the problem of heat resistance of the glass substrate used as the substrate is exposed. Thus, the thermal annealing temperature must be determined in consideration of the productivity and the heat resistance of the substrate.
(Fig. 1 (E))

【0039】〔実施例2〕本実施例では、実施例1と同
様の原料を用い、選択的に光照射を行って、該光照射が
行われた領域のみにニッケルを添加する例を示す。図3
を用いて、触媒元素(ここではニッケルを用いる)を導
入し、結晶化する工程までを説明する。本実施例におい
ても、基板としてコーニング1737ガラスを用いた。
またその大きさは100mm×100mmとする。
[Embodiment 2] This embodiment shows an example in which the same raw material as in Embodiment 1 is used, and light irradiation is selectively performed to add nickel only to the region irradiated with the light. FIG.
The process up to the step of crystallizing by introducing a catalytic element (here, nickel is used) will be described. Also in this example, Corning 1737 glass was used as the substrate.
The size is 100 mm × 100 mm.

【0040】基板11上に非晶質珪素膜13を形成し、
自然酸化膜除去後にチャンバ─101内に導入するまで
は実施例1と同様であるため割愛する。
An amorphous silicon film 13 is formed on the substrate 11,
Since the process is the same as in Example 1 until the chamber 101 is introduced after the natural oxide film is removed, the description thereof is omitted.

【0041】次に選択的に光照射を行う部分について図
3を用いながら説明する。チャンバー101内に基板1
1を設置後、実施例1と同様の操作により有機ニッケル
ガスを導入する。そして該有機ニッケルガスの導入に同
期してアルゴンレ─ザ─105を基板表面に照射する。
この照射に関しては、アルゴンレ─ザ─がCWレ─ザ─
であるため、シャッタ─106を用いて完全に同期する
よう構成した。その後10秒程度水素のみを流し、次に
またガス及び光照射を行った。この様なシ─ケンスを1
0回程度繰り返すことにより、単原子層の厚み×シ─ケ
ンスの回数分の厚さのニッケル層を厳密に形成すること
が可能であった。今回実施例1と異なり複数回繰り返し
成膜したのは、横成長を十分に行わしめるためである。
また、光を照射しなかった部分においては、表面での有
機ニッケルの分解が殆ど起こらないため、水素のみを流
している10秒程度のインタ─バルの間に殆どが再脱離
してしまい、その部分には実質的にニッケルが添加され
ない。
Next, a portion for selectively irradiating light will be described with reference to FIG. Substrate 1 in chamber 101
After installing No. 1, organic nickel gas is introduced by the same operation as in Example 1. Then, the surface of the substrate is irradiated with an argon laser 105 in synchronization with the introduction of the organic nickel gas.
For this irradiation, an argon laser is a CW laser.
Therefore, the shutter 106 is used for perfect synchronization. After that, only hydrogen was flowed for about 10 seconds, and then gas and light irradiation were performed again. 1 such sequence
By repeating the process about 0 times, it was possible to form a nickel layer having a thickness equal to (the thickness of the monoatomic layer) × (the number of sequences) exactly. This time, unlike Example 1, the reason why the film formation was repeated a plurality of times is to sufficiently perform lateral growth.
Further, in the portion not irradiated with light, the decomposition of the organic nickel on the surface hardly occurs, so most of the nickel is re-desorbed during the interval of about 10 seconds in which only hydrogen is flown. Substantially no nickel is added to the part.

【0042】チャンバー内にヒーター104を設け、そ
の上に試料107を置く構成は実施例1と同様である。
もちろん、チャンバー全体も有機ニッケルが凝結しない
程度の温度に保つことが望まれる。そして、本実施例に
おいては、基板もチャンバ─全体と同程度の有機ニッケ
ルが凝結しない程度の温度に保った。これは気相中で熱
分解した有機ニッケルが基板表面に堆積することを防ぐ
為である。
The structure in which the heater 104 is provided in the chamber and the sample 107 is placed on the heater 104 is the same as in the first embodiment.
Of course, it is desired that the entire chamber be maintained at a temperature at which the organic nickel does not condense. In this embodiment, the temperature of the substrate was also maintained at the same level as that of the entire chamber し な い such that organic nickel did not condense. This is to prevent organic nickel that is thermally decomposed in the vapor phase from depositing on the substrate surface.

【0043】その後、固相成長の工程に移るわけである
が、本実施例においてはその基板温度と熱結晶化に必要
な基板温度が大きく異なるため、同一チャンバー内で行
うことはスループットの点から得策ではない。そこで基
板を外部に取り出して固相成長工程に移る方法であるを
採用することになる。その場合には、ヒーター104を
切り、基板を冷却し、内部を窒素でパ─ジ後チャンバー
を大気に開放し、基板を取り出す。その後の固相成長工
程は実施例1とほぼ同様であるが、今回は横成長を行わ
せるために実施例1よりも温度を高め600℃とし(コ
─ニング1737基板を使用しているため可能であ
る)、その時間を4時間とした。
After that, the process proceeds to the solid phase growth step. However, in the present embodiment, the substrate temperature and the substrate temperature required for thermal crystallization are greatly different, and therefore, performing in the same chamber is from the viewpoint of throughput. Not a good idea. Therefore, the method of taking out the substrate to the outside and moving to the solid phase growth step will be adopted. In that case, the heater 104 is turned off, the substrate is cooled, the inside is purged with nitrogen, the chamber is opened to the atmosphere, and the substrate is taken out. The subsequent solid-phase growth process is almost the same as that of Example 1, but this time, the temperature is raised to 600 ° C. higher than that of Example 1 in order to carry out lateral growth (possible because the Corning 1737 substrate is used. And that time was 4 hours.

【0044】結果として、光照射を行った領域のみに楕
円状に結晶化が発生し、該領域から周囲に100μm程
度の横成長領域が観測された。またそれ以上離れた領域
には結晶化は殆ど観測されず、選択的にニッケルが添加
できたことが確認された。
As a result, elliptical crystallization occurred only in the light-irradiated region, and a lateral growth region of about 100 μm was observed around the region. In addition, almost no crystallization was observed in the regions further apart, and it was confirmed that nickel could be selectively added.

【0045】〔実施例3〕本実施例は、実施例1に示す
方法でニッケルを非晶質珪素表面に形成後、連続してニ
ッケルシリサイドを表面において形成させ、その後熱結
晶化を施した例を示す。
[Embodiment 3] In this embodiment, nickel is formed on the surface of amorphous silicon by the method shown in Embodiment 1, nickel silicide is continuously formed on the surface, and then thermal crystallization is performed. Indicates.

【0046】キセノンランプよって有機ニッケルを分
解、堆積させるまでは実施例2と同様であるため省略す
る。
The process until the organic nickel is decomposed and deposited by the xenon lamp is the same as that of the second embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0047】その後、内部の残留ガスを追い出すために
V13を開けて、有機ニッケルを完全に排気し、その後
窒素パ─ジを行う。そして窒素を流した状態でヒ─タ─
204の温度を上げ、約450℃程度あるいはそれ以上
とする。すると単原子層として吸着したニッケルと非晶
質珪素からニッケルシリサイドが形成される。
After that, V13 is opened to expel the residual gas inside, the organic nickel is completely exhausted, and then nitrogen purge is performed. And with the nitrogen flushed,
The temperature of 204 is raised to about 450 ° C. or higher. Then, nickel silicide is formed from nickel and amorphous silicon adsorbed as a monoatomic layer.

【0048】上記工程によってシリサイドを形成したも
のを、実施例2のシリサイド化を行っていないものと比
較すると、シリサイド形成を行うことにより熱結晶化時
に核発生密度が向上することが電子顕微鏡観察から判明
した。
Comparing the case where the silicide is formed by the above process with the case where the silicidation of Example 2 is not carried out, it is observed from the electron microscope observation that the formation of the silicide improves the nucleus generation density during the thermal crystallization. found.

【0049】〔実施例4〕本実施例は、実施例1に示す
作製方法において、1200Åの酸化珪素膜を選択的に
設け、この酸化珪素膜をマスクとして選択的にニッケル
を導入し、固相成長をおこなうことによって、横方向の
結晶化をおこなう例である。図5に本実施例における作
製工程の概略を示す。まず、ガラス基板(コーニング7
059、10cm角)21上に、酸化珪素膜22を厚さ
1000〜5000Åに形成した。さらに、プラズマC
VD法もしくは減圧CVD法によって、非晶質珪素膜2
3を厚さ500〜1000Åに形成した。さらに、マス
ク膜となる酸化珪素膜24を1000Å以上、ここでは
1200Åの厚さに、スパッタ法によって成膜した。こ
の酸化珪素膜24の膜厚については、発明者等の実験に
よると500Åでも問題がないことを確認しているが、
ピンホール等の存在によって、意図しない箇所にニッケ
ルが導入されることを防ぐため、ここでは更に余裕を持
たせた。(図5(A))
[Embodiment 4] In this embodiment, in the manufacturing method shown in Embodiment 1, a 1200 Å silicon oxide film is selectively provided, and nickel is selectively introduced using this silicon oxide film as a mask to form a solid phase. This is an example of performing lateral crystallization by performing growth. FIG. 5 shows an outline of the manufacturing process in this embodiment. First, the glass substrate (Corning 7
A silicon oxide film 22 having a thickness of 1000 to 5000 Å was formed on the (059, 10 cm square) 21. Furthermore, plasma C
The amorphous silicon film 2 is formed by the VD method or the low pressure CVD method.
3 was formed to a thickness of 500 to 1000Å. Further, a silicon oxide film 24 serving as a mask film was formed to a thickness of 1000 Å or more, here 1200 Å by a sputtering method. Regarding the thickness of the silicon oxide film 24, it has been confirmed by experiments by the inventors that there is no problem even if it is 500 Å.
In order to prevent nickel from being introduced into unintended locations due to the presence of pinholes, etc., a further allowance is provided here. (Figure 5 (A))

【0050】そして通常のフォトリソパターニング工程
によって、必要とするパターンに酸化珪素膜24をパー
ニングし、ニッケル導入のための窓25を形成した。こ
のような加工をおこなった基板を、実施例1と同様にチ
ャンバー101に設置し、有機ニッケルガスを用いて、
その表面に適当な厚さのニッケル化合物膜26を堆積し
た。(図5(B))
Then, the silicon oxide film 24 was patterned into a required pattern by a usual photolithographic patterning process to form a window 25 for introducing nickel. The substrate thus processed was placed in the chamber 101 in the same manner as in Example 1, and using organic nickel gas,
A nickel compound film 26 having an appropriate thickness was deposited on the surface. (FIG. 5 (B))

【0051】そして550℃(窒素雰囲気)、8時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜23の結晶化
をおこなった。この際、まず、ニッケル化合物膜が非晶
質珪素膜と密着した部分27の領域において、結晶化が
始まった。(図5(C))
Then, the amorphous silicon film 23 was crystallized by performing a heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 8 hours. At this time, first, crystallization started in the region of the portion 27 where the nickel compound film was in close contact with the amorphous silicon film. (FIG. 5 (C))

【0052】その後、結晶化は図中の矢印に示すように
その周囲へ進行し、マスク膜24で覆われた領域28で
も結晶化がおこなわれた。(図5(D))
After that, the crystallization proceeded to the periphery as shown by the arrow in the figure, and the region 28 covered with the mask film 24 was also crystallized. (FIG. 5 (D))

【0053】このようにして、非晶質珪素膜の結晶化が
おこなわれた。図5(E)に示すように、本実施例のご
とき、横方向の結晶化をおこなった場合には、大きくわ
けて3つの性質の異なる領域が得られる。第1はニッケ
ル化合物膜が非晶質珪素膜と密着していた領域で、図5
(E)では27で示される領域である。この領域は、熱
アニール工程の最初の段階で結晶化する。この領域をタ
テ成長領域と称する。この領域では、比較的ニッケル濃
度が高く、また、結晶化の方向のそろっておらず、その
結果、珪素の結晶性がそれほど優れないため、フッ酸そ
の他の酸に対するエッチングレートが比較的大きい。
In this way, the amorphous silicon film was crystallized. As shown in FIG. 5E, when crystallization is performed in the lateral direction as in the present embodiment, three regions having different properties can be obtained. The first is a region where the nickel compound film was in close contact with the amorphous silicon film.
(E) is an area indicated by 27. This region crystallizes in the first stage of the thermal annealing process. This region is called a vertical growth region. In this region, the nickel concentration is relatively high, and the crystallization directions are not uniform. As a result, since the crystallinity of silicon is not so excellent, the etching rate for hydrofluoric acid and other acids is relatively high.

【0054】第2は横方向の結晶化のおこなわれた領域
で、図5(E)では28で示される。この領域をヨコ成
長領域と称する。この領域は結晶化の方向がそろってお
り、ニッケル濃度も比較的低く、デバイスに用いるには
好ましい領域である。第3は横方向の結晶化の及ばなか
った非晶質領域である。
The second is a region in which lateral crystallization is performed, which is indicated by 28 in FIG. 5 (E). This area is called a horizontal growth area. This region has a uniform crystallization direction and a relatively low nickel concentration, and is a preferable region for use in a device. The third is an amorphous region that has not been crystallized in the lateral direction.

【0055】〔実施例5〕本実施例は、実施例2に示さ
れた選択的結晶成長方法を実施例4に応用した例であ
る。まず大きく異なるのは酸化珪素膜よりなるマスクを
形成する必要が全くないことである。図6に本実施例に
おける作製工程の概略を示す。まず、ガラス基板(コー
ニング7059、10cm角)51上に、酸化珪素膜5
2を厚さ1000〜5000Åに形成した。さらに、プ
ラズマCVD法もしくは減圧CVD法によって、非晶質
珪素膜53を厚さ500〜1000Åに形成した。(図
5(A))
[Embodiment 5] This embodiment is an example in which the selective crystal growth method shown in Embodiment 2 is applied to Embodiment 4. The first major difference is that there is no need to form a mask made of a silicon oxide film. FIG. 6 shows an outline of the manufacturing process in this embodiment. First, a silicon oxide film 5 is formed on a glass substrate (Corning 7059, 10 cm square) 51.
2 was formed to a thickness of 1000 to 5000Å. Further, the amorphous silicon film 53 was formed to a thickness of 500 to 1000 Å by the plasma CVD method or the low pressure CVD method. (Figure 5 (A))

【0056】そして実施例1に用いたのとほぼ同様の構
成を持つチャンバ─中に前記基板を設置し、実施例1に
従い触媒金属元素(今回はニッケル)を含む有機金属5
4を非晶質珪素膜表面に吸着(分解を伴わない緩い吸
着)せしめる。(図6(B))次にこれと同期して、ニ
ッケルを添加したい領域のみに光照射を行う。(図6
(C))これは次の様に行う。
Then, the substrate was placed in a chamber having substantially the same structure as that used in Example 1, and according to Example 1, an organic metal 5 containing a catalytic metal element (nickel in this case) was used.
4 is adsorbed on the surface of the amorphous silicon film (slow adsorption without decomposition). (FIG. 6 (B)) Next, in synchronization with this, light irradiation is performed only on the region to which nickel is to be added. (FIG. 6
(C)) This is done as follows.

【0057】チャンバ─内に設置された基板の上方に窓
を設け、該窓には所定のパタ─ンが形成されたレクチル
を設置できるようにしてある。次にこの窓及びレクチル
の上方からレ─ザ─を照射し、レクチル上でマスクの無
い領域のみに光照射をせしめる。ここでレ─ザ─を用い
るのは、通常のパタ─ニングギャップよりもレクチルと
基板とが離れているため、コヒ─レントな光源を用いな
いと形成されるパタ─ンが大幅にぼやけてしまうからで
ある。勿論このパタ─ニング精度を上げるためには、前
記窓、レクチルと基板間の距離を小さくすることが望ま
しい。しかしながら基板は加熱された状態にあるため、
このギャップをステッパ─等と同等にすることは不可能
であり、そのためこの方法は比較的大きなパタ─ンを形
成するのに適していると言える。結果として、光が照射
された領域のみに単原子層のニッケル膜あるいはその化
合物膜55を形成することが可能となった。勿論実施例
2と同様に上記シ─ケンスを複数回繰り返してニッケル
添加量を調節することは重要である。(図6(D))
A window is provided above the substrate installed in the chamber, and a reticle having a predetermined pattern can be installed in the window. Then, a laser is irradiated from above this window and the reticle so that only the region without a mask on the reticle is irradiated with light. The laser is used here because the reticle and the substrate are farther apart than the normal patterning gap, so the pattern formed will be greatly blurred unless a coherent light source is used. Because. Of course, in order to improve the patterning accuracy, it is desirable to reduce the distance between the window, reticle and the substrate. However, since the substrate is in a heated state,
It is not possible to equalize this gap with a stepper, etc., so it can be said that this method is suitable for forming a relatively large pattern. As a result, it becomes possible to form the nickel film of the monoatomic layer or the compound film 55 thereof only in the region irradiated with the light. Of course, as in Example 2, it is important to repeat the above sequence a plurality of times to adjust the nickel addition amount. (FIG. 6 (D))

【0058】そして550℃(窒素雰囲気)、8時間の
加熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜53の結晶化
をおこなった。この際、まず、ニッケル化合物膜が非晶
質珪素膜と密着した部分56の領域において、結晶化が
始まった。(図6(D))
Then, the amorphous silicon film 53 was crystallized by performing a heat treatment at 550 ° C. (nitrogen atmosphere) for 8 hours. At this time, first, crystallization started in the region of the portion 56 where the nickel compound film was in close contact with the amorphous silicon film. (FIG. 6 (D))

【0059】その後、結晶化は図中の矢印に示すように
その周囲へ進行し、結果としてニッケルが堆積しなかっ
た領域57においても横成長による結晶化がおこなわれ
た。(図6(E))
After that, the crystallization proceeded to the periphery as shown by the arrow in the figure, and as a result, the crystallization by lateral growth was also performed in the region 57 where nickel was not deposited. (FIG. 6E)

【0060】このようにして、非晶質珪素膜の結晶化が
おこなわれた。図6(E)に示すように、本実施例のご
とき、横方向の結晶化をおこなった場合には、大きくわ
けて3つの性質の異なる領域が得られる。第1はニッケ
ル化合物膜が非晶質珪素膜と密着していた領域で、図6
(E)では56で示される領域である。この領域は、熱
アニール工程の最初の段階で結晶化する。この領域をタ
テ成長領域と称する。この領域では、比較的ニッケル濃
度が高く、また、結晶化の方向のそろっておらず、その
結果、珪素の結晶性がそれほど優れないため、フッ酸そ
の他の酸に対するエッチングレートが比較的大きい。
In this way, the amorphous silicon film was crystallized. As shown in FIG. 6E, when crystallization is performed in the lateral direction as in the present embodiment, three regions having different properties can be obtained. The first is the region where the nickel compound film was in close contact with the amorphous silicon film.
In (E), the area is designated by 56. This region crystallizes in the first stage of the thermal annealing process. This region is called a vertical growth region. In this region, the nickel concentration is relatively high, and the crystallization directions are not uniform. As a result, since the crystallinity of silicon is not so excellent, the etching rate for hydrofluoric acid and other acids is relatively high.

【0061】第2は横方向の結晶化のおこなわれた領域
で、図6(E)では57で示される。この領域をヨコ成
長領域と称する。この領域は結晶化の方向がそろってお
り、ニッケル濃度も比較的低く、デバイスに用いるには
好ましい領域である。第3は横方向の結晶化の及ばなか
った非晶質領域53である。
The second is a region in which lateral crystallization is performed, which is indicated by 57 in FIG. 6 (E). This area is called a horizontal growth area. This region has a uniform crystallization direction and a relatively low nickel concentration, and is a preferable region for use in a device. The third is the amorphous region 53 which has not been laterally crystallized.

【0062】〔実施例6〕本実施例は、本発明の方法を
利用して作製した結晶性珪素膜を用いて、薄膜トランジ
スタ(TFT)を作製する例を示す。図7に本実施例の
作製工程の概要を示す。まずガラス基板301上に下地
の酸化珪素膜302を2000Åの厚さに成膜した。こ
の酸化珪素膜302は、ガラス基板からの不純物の拡散
を防ぐために設けられる。そして、非晶質珪素膜を実施
例1と同様な方法で500Åの厚さに成膜した。(図7
(A))
[Embodiment 6] This embodiment shows an example of manufacturing a thin film transistor (TFT) using a crystalline silicon film manufactured by using the method of the present invention. FIG. 7 shows an outline of the manufacturing process of this example. First, an underlying silicon oxide film 302 was formed to a thickness of 2000 ° on a glass substrate 301. This silicon oxide film 302 is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Then, an amorphous silicon film was formed in a thickness of 500Å in the same manner as in Example 1. (Fig. 7
(A))

【0063】そして,実施例1と同様にニッケル化合物
膜304を非晶質珪素膜表面に有機ニッケル蒸気の分解
によって単原子層堆積した。(図7(B))
Then, in the same manner as in Example 1, a nickel compound film 304 was deposited on the surface of the amorphous silicon film by monoatomic layer deposition by decomposition of organic nickel vapor. (Fig. 7 (B))

【0064】その後、550℃で4時間の熱アニールを
おこなうことによって、非晶質珪素膜303を結晶化さ
せ、結晶性珪素膜305とした。そして、これにKrF
エキシマーレーザー光(波長248nm)を照射し、さ
らに、結晶化を向上せしめた。レーザーのエネルギー密
度は300〜400mJ/cm2 が好ましかった。この
ように、固相成長による結晶化に加えて、レーザー光を
照射して、さらに結晶性を高めるのは、実施例5におい
ても述べたが、ニッケル化合物膜と非晶質珪素が密着し
た部分では結晶化の方向がそろっておらず、かつ今回の
ニッケル添加で得られる結晶が針状晶であるために固相
成長のみでは十分に結晶化できない領域が形成されてし
まうためである。特に、結晶粒界には多くの非晶質の残
存物が観察された。そこで、レーザー照射をおこなうこ
とによって、このような結晶粒界の非晶質成分まで完全
に結晶化させてしまうことが望まれるのである。(図7
(C))
After that, the amorphous silicon film 303 was crystallized by performing thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours to form a crystalline silicon film 305. And to this KrF
Irradiation with excimer laser light (wavelength 248 nm) was performed to further improve crystallization. The energy density of the laser is preferably 300 to 400 mJ / cm 2 . In this way, in addition to crystallization by solid phase growth, irradiation with laser light to further enhance crystallinity has been described in Example 5, but the portion where the nickel compound film and amorphous silicon are in close contact This is because the crystallization directions are not uniform, and the crystals obtained by the addition of nickel this time are needle-like crystals, so that a region that cannot be sufficiently crystallized only by solid phase growth is formed. In particular, many amorphous residues were observed at the crystal grain boundaries. Therefore, it is desired to completely crystallize such amorphous components at the crystal grain boundaries by performing laser irradiation. (Fig. 7
(C))

【0065】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域306を形成した。この島状の領域30
6はTFTの活性層を構成する。そして、プラズマCV
D法によって厚さ200〜1500Å、ここでは100
0Åの酸化珪素膜307を堆積した。この酸化珪素膜は
ゲイト絶縁膜としても機能する。(図7(D))
Next, the crystallized silicon film was patterned to form island regions 306. This island-shaped area 30
6 constitutes an active layer of the TFT. And plasma CV
According to the D method, the thickness is 200 to 1500 °, here 100
A 0 ° silicon oxide film 307 was deposited. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. (FIG. 7 (D))

【0066】上記酸化珪素膜307の作製には注意が必
要である。ここでは、TEOSを原料とし、酸素ととも
に基板温度150〜600℃、好ましくは300〜45
0℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積した。TE
OSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は
0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜25
0Wとした。あるいはTEOSを原料としてオゾンガス
とともに減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、
基板温度を350〜600℃、好ましくは400〜55
0℃として形成した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰
囲気で400〜600℃で30〜60分アニールしても
よい。
Attention must be paid to the formation of the silicon oxide film 307. Here, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 45 ° C. together with oxygen.
Decomposition and deposition were performed at 0 ° C. by an RF plasma CVD method. TE
The pressure ratio between OS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, the pressure is 0.05 to 0.5 torr, and the RF power is 100 to 25.
It was set to 0W. Alternatively, by using TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method,
The substrate temperature is set to 350 to 600 ° C, preferably 400 to 55.
Formed at 0 ° C. After film formation, annealing may be performed in an atmosphere of oxygen or ozone at 400 to 600 ° C. for 30 to 60 minutes.

【0067】その後、厚さ2000Å〜1μmの燐のド
ープされた多結晶珪素膜を減圧CVD法によって形成し
て、これをパターニングし、ゲイト電極308を形成し
た。その後、イオンドーピング法(プラズマドーピング
法ともいう)によって、TFTの島状シリコン膜中に、
ゲイト電極をマスクとして自己整合的に不純物(燐)を
注入した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH
3 )を用いた。ドーズ量は、1×1014〜4×1015
-2とした。こうして、N型不純物(燐)領域309、
310を形成した。(図7(E))
After that, a phosphorus-doped polycrystalline silicon film having a thickness of 2000Å to 1 μm was formed by the low pressure CVD method, and this was patterned to form a gate electrode 308. Then, by ion doping (also called plasma doping) in the island-shaped silicon film of the TFT,
Impurities (phosphorus) were implanted in a self-aligning manner using the gate electrode as a mask. Phosphine (PH
3 ) was used. Dose amount is 1 × 10 14 to 4 × 10 15 c
m -2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) region 309,
310 was formed. (Fig. 7 (E))

【0068】その後、全面に層間絶縁物311として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000〜8000Å形
成した。基板温度は250〜450℃、例えば、350
℃とした。成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化
珪素膜を機械的に研磨したり、エッチバック方式による
平坦化をおこなってもよい。そして、層間絶縁物311
をエッチングして、TFTのソース/ドレインにコンタ
クトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタンの配線
・電極312、313を形成した。
After that, an interlayer insulator 311 is formed on the entire surface,
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A silicon oxide film was formed to a thickness of 3000 to 8000 ° by Method D. The substrate temperature is 250 to 450 ° C., for example, 350
° C. After film formation, in order to obtain surface flatness, the silicon oxide film may be mechanically polished or planarized by an etch-back method. And the interlayer insulator 311
Were etched to form contact holes in the source / drain of the TFT, and wirings / electrodes 312 and 313 made of chromium or titanium nitride were formed.

【0069】最後に、水素中で300〜400℃で0.
1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了す
る。このようにして、TFTが完成した。同時に多数の
TFTを作製し、マトリクス状に配列せしめてアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置等の集積回路としてもよ
い。(図7(F))
Finally, in hydrogen at 300 to 400 ° C.
Anneal for 1-2 hours to complete silicon hydrogenation. Thus, the TFT was completed. At the same time, a large number of TFTs may be manufactured and arranged in a matrix to form an integrated circuit such as an active matrix liquid crystal display device. (Figure 7 (F))

【0070】〔実施例7〕本実施例はTFTを作製する
工程に関する。図8に本実施例の作製工程の概要を示
す。まずガラス基板401上に下地の酸化珪素膜402
を2000Å、さらにその上に非晶質珪素膜403を5
00Åの厚さにそれぞれ成膜した。そして、マスク膜4
04に選択的に窓404を開けた。(図8(A))
[Embodiment 7] This embodiment relates to a process of manufacturing a TFT. FIG. 8 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment. First, the underlying silicon oxide film 402 is formed on the glass substrate 401.
2000 mm, and an amorphous silicon film 403
Each film was formed to a thickness of 00Å. And the mask film 4
A window 404 was selectively opened at 04. (FIG. 8A)

【0071】そして,実施例5と同様の手法によりニッ
ケル化合物膜406を有機ニッケル蒸気の選択的単原子
層堆積により形成する。尚、吸着をより容易せしめるべ
く、非晶質珪素膜表面には薄く酸化膜層をオゾン処理に
よって形成しておいた(図示せず)。(図8(B))
Then, a nickel compound film 406 is formed by selective monoatomic layer deposition of organic nickel vapor by the same method as in the fifth embodiment. In order to facilitate the adsorption, a thin oxide film layer was formed on the surface of the amorphous silicon film by ozone treatment (not shown). (Fig. 8 (B))

【0072】その後、550℃で8時間の熱アニールを
おこなうことによって、非晶質珪素膜403を図の矢印
の示すように横方向に結晶化させ、タテ成長領域408
とヨコ成長領域409を形成した。この工程で結晶化し
なかった領域は非晶質領域410のままであった。(図
8(C))
Thereafter, by performing thermal annealing at 550 ° C. for 8 hours, the amorphous silicon film 403 is crystallized in the lateral direction as shown by the arrow in the figure, and the vertical growth region 408 is formed.
And a horizontal growth region 409 was formed. The region that was not crystallized in this step remained as the amorphous region 410. (Fig. 8 (C))

【0073】本実施例のように横方向の結晶化ではヨコ
成長領域の結晶性が良好であるので実施例6のようにそ
の後にレーザー光等を照射して結晶性を高めなくとも、
TFTを作製するとは可能であるため、本実施例ではレ
ーザー光の照射はおこなわなかった。しかし、レーザー
光を照射するとより特性の良いTFTが得られる。
In the lateral crystallization as in this embodiment, the crystallinity of the lateral growth region is good. Therefore, even if the crystallinity is not improved by irradiating laser light or the like after that as in Embodiment 6,
Since it is possible to manufacture a TFT, irradiation with laser light was not performed in this example. However, when a laser beam is irradiated, a TFT having better characteristics can be obtained.

【0074】次に、結晶化した珪素膜をパターニングし
て、島状の領域411を形成した。この島状の領域41
1はTFTの活性層を構成する。図からも分かるが、こ
の島状領域411には、タテ成長の領域408とヨコ成
長の領域409、非晶質の領域410が含まれている。
そして、本実施例ではTFTのチャネル領域がヨコ成長
領域409となるようにした。これは、チャネル領域が
TFTの特性を左右する重要な部分であるためである。
Next, the crystallized silicon film was patterned to form island regions 411. This island-shaped area 41
Reference numeral 1 denotes an active layer of the TFT. As can be seen from the figure, the island region 411 includes a vertical growth region 408, a horizontal growth region 409, and an amorphous region 410.
In this embodiment, the channel region of the TFT is the horizontal growth region 409. This is because the channel region is an important part that affects the characteristics of the TFT.

【0075】その後、酸化珪素膜412を堆積した。こ
の酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能する。引き続
き、厚さ2000Å〜1μmのアルミニウム膜をスパッ
タ法によって形成して、これをパターニングし、ゲイト
電極413を形成した。アルミニウムにはスカンジウム
(Sc)を0.15〜0.2重量%ドーピングしておい
てもよい。そして、基板をpH≒7、1〜3%の酒石酸
のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このア
ルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をおこ
なった。陽極酸化は、最初一定電流で220Vまで電圧
を上げ、その状態で1時間保持して終了させた。本実施
例では定電流状態では、電圧の上昇速度は2〜5V/分
が適当である。この結果、厚さ1500〜3500Å、
例えば、2000Åの陽極酸化物414がゲイト電極4
13の上面および側面に形成された。(図8(D))
After that, a silicon oxide film 412 was deposited. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. Subsequently, an aluminum film having a thickness of 2000 to 1 μm was formed by a sputtering method, and this was patterned to form a gate electrode 413. Aluminum may be doped with scandium (Sc) by 0.15 to 0.2% by weight. Then, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of tartaric acid having a pH of about 7 and 1 to 3%, and anodic oxidation was performed using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. The anodic oxidation was first completed by increasing the voltage to 220 V at a constant current and maintaining the state for 1 hour. In this embodiment, in the constant current state, the voltage rising speed is suitably 2 to 5 V / min. As a result, the thickness is 1500-3500 °,
For example, the anodic oxide 414 of 2000 °
13 was formed on the top and side surfaces. (Figure 8 (D))

【0076】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1×1014
4×1015cm-2とした。このドーピング工程において
は、陽極酸化物414が存在するため、不純物領域41
5、416とゲート電極が重ならないで、離れている、
いわゆるオフセット状態となっている。
After that, an impurity (phosphorus) was self-alignedly injected into the island-shaped silicon film of each TFT by an ion doping method (also called a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. The dose is from 1 × 10 14 to
It was 4 × 10 15 cm −2 . In this doping step, since the anodic oxide 414 exists, the impurity region 41 is formed.
5, 416 and the gate electrode do not overlap and are separated,
It is a so-called offset state.

【0077】その後、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、上記
不純物領域の導入によって結晶性の劣化した部分の結晶
性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は150〜
400mJ/cm2 、好ましくは200〜250mJ/
cm2 であった。こうして、N型不純物(燐)領域41
5、416を形成した。これらの領域のシート抵抗は2
00〜800Ω/□であった。このレーザー照射の工程
によって島状珪素領域411のうち、非晶質の領域41
0も結晶化された。(図8(E))
Then, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was irradiated to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by the introduction of the impurity region. Laser energy density is 150 ~
400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ /
cm 2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) region 41
5, 416 were formed. The sheet resistance in these areas is 2
It was 00 to 800 Ω / □. By this laser irradiation step, the amorphous region 41 of the island-like silicon region 411 is formed.
0 was also crystallized. (FIG. 8 (E))

【0078】その後、全面に酸化珪素膜417を厚さ5
000Å堆積した。その後、酸化珪素膜417を緩衝フ
ッ酸溶液にてエッチングして、TFTのソース/ドレイ
ンにコンタクトホールを形成し、窒化チタンとアルミニ
ウムの多層膜の配線・電極418、419を形成した。
なお、コンタクトホールのエッチングの工程において
は、島状珪素領域のうち、タテ成長の領域はヨコ成長の
領域や非晶質だった領域よりもエッチングレートが高い
ため、図に示すような深くエッチングされた領域420
が生じた。このことからも明らかなように、コンタクト
ホール全体がタテ成長領域に含まれるようになると、コ
ンタクト不良が生じる危険が強いため、コンタクトホー
ルはタテ成長以外の領域にもかかるように設計すること
が望まれる。このようにして、TFTが完成した。(図
8(F))
After that, a silicon oxide film 417 having a thickness of 5 is formed on the entire surface.
000Å accumulated. Thereafter, the silicon oxide film 417 was etched with a buffered hydrofluoric acid solution, contact holes were formed in the source / drain of the TFT, and wiring / electrodes 418 and 419 of a multilayer film of titanium nitride and aluminum were formed.
In the contact hole etching step, of the island-like silicon regions, the vertical growth region has a higher etching rate than the horizontal growth region or the amorphous region, and therefore, is etched deeply as shown in the figure. Area 420
Occurred. As is clear from this, if the entire contact hole is included in the vertical growth region, there is a high risk of contact failure. Therefore, it is desirable to design the contact hole so as to cover a region other than the vertical growth region. It is. Thus, the TFT was completed. (Figure 8 (F))

【0079】[0079]

【効果】非晶質珪素膜の結晶化を促進する触媒元素の導
入方法として、該触媒元素の有機化合物の蒸気、ガスを
吸着、分解せしめることにより非晶質珪素膜上に単原子
層毎に堆積させる方法により、触媒元素の濃度を精密に
制御して、しかも均一に添加できるようになり、結晶性
の均一性を高めることができた。その結果、結晶性珪素
膜を用いた信頼性の高い電子デバイスを提供できる。
[Effect] As a method of introducing a catalytic element that promotes crystallization of an amorphous silicon film, vapor or gas of an organic compound of the catalytic element is adsorbed and decomposed to form a single atomic layer on the amorphous silicon film. By the method of depositing, the concentration of the catalyst element can be precisely controlled, and moreover, the catalyst element can be added uniformly, and the uniformity of crystallinity can be improved. As a result, a highly reliable electronic device using a crystalline silicon film can be provided.

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

【図1】 本発明による単原子層吸着の工程図FIG. 1 is a process diagram of monolayer adsorption according to the present invention.

【図2】 本発明の光アシスト単原子層吸着工程に用い
る装置図
FIG. 2 is an apparatus diagram used in the photo-assisted monoatomic layer adsorption step of the present invention.

【図3】 本発明の光アシスト単原子層吸着工程に用い
る装置図
FIG. 3 is an apparatus diagram used in the photo-assisted monoatomic layer adsorption step of the present invention.

【図4】 本発明の光アシスト単原子層吸着工程の原理
FIG. 4 is a principle diagram of a photo-assisted monoatomic layer adsorption process of the present invention.

【図5】 本発明を用いた結晶成長法の工程図FIG. 5 is a process diagram of a crystal growth method using the present invention.

【図6】 本発明を用いた結晶成長法の工程図FIG. 6 is a process diagram of a crystal growth method using the present invention.

【図7】 本発明をTFT製造工程に応用した場合の工
程図
FIG. 7 is a process diagram when the present invention is applied to a TFT manufacturing process.

【図8】 本発明をTFT製造工程に応用した場合の工
程図
FIG. 8 is a process diagram when the present invention is applied to a TFT manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・・ガラス基板 12・・・・酸化珪素膜 13・・・・非晶質珪素膜 14・・・・有機ニッケル吸着層 15・・・・ニッケルあるいはニッケル化合物層 16・・・・結晶性珪素膜 11 ... Glass substrate 12 Silicon oxide film 13 Amorphous silicon film 14 Organic nickel adsorption layer 15 Nickel or nickel compound layer 16 Crystal Silicon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/786 H01L 29/78 627G 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 29/786 H01L 29/78 627G 21/336

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非晶質珪素膜を有する基板をチャンバー
内に配置する第1の工程と、 チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元
素を有する有機金属の蒸気もしくはガスを導入して前記
非晶質珪素膜表面に吸着せしめる第2の工程と、 前記吸着した蒸気もしくはガスからなる分子を熱分解す
ることにより、前記非晶質珪素膜表面に触媒元素金属も
しくはその化合物の被膜を堆積する第3の工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る第4の工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
1. A first step of arranging a substrate having an amorphous silicon film in a chamber, and vapor or gas of an organic metal having a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film in the chamber. The second step of introducing and adsorbing onto the surface of the amorphous silicon film, and thermally decomposing the adsorbed molecules of the vapor or gas, the catalytic element metal or its compound A crystalline semiconductor manufacturing method comprising: a third step of depositing a film; and a fourth step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項2】 請求項1において、第4の工程の後に、
結晶化した珪素膜にレーザーもしくはそれと同等な強光
を照射する工程を有する結晶性半導体作製方法。
2. The method according to claim 1, wherein after the fourth step,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor, comprising a step of irradiating a crystallized silicon film with a laser or an equivalent strong light.
【請求項3】 請求項1において、該非晶質珪素膜上に
は100Å以下の酸化膜が形成されていることを特徴と
する結晶性半導体作製方法。
3. The crystalline semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein an oxide film having a thickness of 100 Å or less is formed on the amorphous silicon film.
【請求項4】 請求項1において、非晶質珪素膜上には
マスク膜が形成され、該マスク膜は選択的にエッチング
されたことによって、該非晶質珪素膜の表面が選択的に
実質的に露出していることを特徴とする結晶性半導体作
製方法。
4. The mask film according to claim 1, wherein a mask film is formed on the amorphous silicon film, and the mask film is selectively etched so that the surface of the amorphous silicon film is selectively and substantially formed. A method for producing a crystalline semiconductor, characterized in that the crystalline semiconductor is exposed.
【請求項5】 請求項1において、第4の工程の後に、
珪素膜を覆う被膜を除去することを特徴とする結晶性半
導体作製方法。
5. The method according to claim 1, wherein after the fourth step,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor, which comprises removing a film covering a silicon film.
【請求項6】 請求項1において、触媒元素として、N
i、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、
As、Sbから選ばれた一種または複数種類の元素をを
用いることを特徴とする半導体作製方法。
6. The N as the catalyst element according to claim 1.
i, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, P,
A method for manufacturing a semiconductor, which comprises using one or more kinds of elements selected from As and Sb.
【請求項7】 請求項1において、触媒元素として、VI
II族、IIIb族、IVb族、Vb族元素から選ばれた一種また
は複数種類の元素を利用することを特徴とする半導体作
製方法。
7. The method according to claim 1, wherein the catalyst element is VI
A semiconductor manufacturing method characterized by utilizing one or more elements selected from Group II, IIIb, IVb, and Vb elements.
【請求項8】 非晶質珪素膜を有する基板をチャンバー
内に配置する第1の工程と、 チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元
素を有する有機金属の蒸気もしくはガスを導入して前記
非晶質珪素膜表面に吸着せしめる第2の工程と、 前記吸着工程と同時あるいはその後に光あるいはレ─ザ
─を照射し、前記吸着蒸気もしくはガスからなる分子を
分解することにより、前記非晶質珪素膜表面に触媒元素
金属もしくはその化合物の被膜を堆積する第3の工程
と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る第4の工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
8. A first step of disposing a substrate having an amorphous silicon film in a chamber, and vapor or gas of an organic metal having a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film in the chamber. A second step of introducing and adsorbing onto the surface of the amorphous silicon film, and by irradiating with light or a laser at the same time as or after the adsorption step to decompose molecules of the adsorbed vapor or gas. A crystal having a third step of depositing a film of a catalytic element metal or a compound thereof on the surface of the amorphous silicon film, and a fourth step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment. For manufacturing a conductive semiconductor.
【請求項9】 請求項8において、非晶質珪素膜表面に
吸着した触媒元素を有する有機金属蒸気あるいはガスか
らなる分子の分解工程において、該分子の分解は光と熱
の相互作用からなることを特徴とする結晶性半導体作成
方法。
9. The decomposition process of a molecule consisting of an organometallic vapor or gas having a catalytic element adsorbed on the surface of an amorphous silicon film according to claim 8, wherein the decomposition of the molecule comprises an interaction between light and heat. A method for producing a crystalline semiconductor, comprising:
【請求項10】 非晶質珪素膜を有する基板をチャンバ
ー内に配置する第1の工程と、 チャンバー内に非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元
素を有する有機金属の蒸気もしくはガスを導入して前記
非晶質珪素膜表面に吸着せしめる第2の工程と、 前記吸着工程と同時あるいはその後に光あるいはレ─ザ
─を選択的に照射し、前記吸着蒸気もしくはガスからな
る分子を選択的に分解することにより、前記非晶質珪素
膜表面に選択的に触媒元素金属もしくはその化合物の被
膜を堆積する第3の工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理することにより結晶化させ
る第4の工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
10. A first step of disposing a substrate having an amorphous silicon film in a chamber, and vapor or gas of an organic metal having a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film in the chamber. A second step of introducing and adsorbing on the surface of the amorphous silicon film, and at the same time as or after the adsorption step, light or a laser is selectively irradiated to select the molecule consisting of the adsorption vapor or gas. Third step of selectively depositing a film of the catalytic element metal or its compound on the surface of the amorphous silicon film by thermal decomposition, and crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment A crystalline semiconductor manufacturing method including a fourth step.
【請求項11】 請求項10において、加熱処理時の結
晶成長は、選択的に触媒元素金属もしくはその化合物の
被膜が堆積された領域から、該被膜が堆積されていない
領域に向かって横方向に結晶成長が進行し、前記横方向
に結晶成長した領域を活性層領域として使用することを
特徴とする結晶性半導体作成方法。
11. The crystal growth during heat treatment according to claim 10, wherein the selective growth is performed in a lateral direction from a region where a coating of a catalytic element metal or its compound is deposited to a region where the coating is not deposited. A method for producing a crystalline semiconductor, wherein a region in which crystal growth has progressed and the laterally grown crystal is used as an active layer region.
【請求項12】 珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を
有する有機金属の蒸気もしくはガスを用いて非晶質珪素
膜表面に前記有機金属を吸着せしめる工程と、 前記吸着工程と同時あるいはその後に前記吸着した有機
金属を分解して前記触媒金属を含む被膜を堆積する工程
と、 加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
12. A step of adsorbing the organic metal on the surface of the amorphous silicon film by using an organic metal vapor or gas having a catalytic element for promoting crystallization of the silicon film, simultaneously with or after the adsorbing step. A method for manufacturing a crystalline semiconductor, comprising: a step of decomposing the adsorbed organic metal to deposit a film containing the catalytic metal; and a step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.
【請求項13】 珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を
有する有機金属を非晶質珪素膜表面に吸着せしめる工程
と、 前記吸着工程と同時あるいはその後に前記吸着した有機
金属を分解して前記触媒金属を含む被膜を堆積する工程
と、 加熱処理することにより前記非晶質珪素膜を結晶化させ
る工程と、を有する結晶性半導体作製方法。
13. A step of adsorbing an organic metal having a catalytic element that promotes crystallization of a silicon film on the surface of an amorphous silicon film, and at the same time as or after the adsorption step, the adsorbed organic metal is decomposed to obtain the A crystalline semiconductor manufacturing method comprising: a step of depositing a film containing a catalytic metal; and a step of crystallizing the amorphous silicon film by heat treatment.
JP21953195A 1995-06-07 1995-08-04 Crystalline semiconductor manufacturing method Expired - Fee Related JP3889071B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21953195A JP3889071B2 (en) 1995-08-04 1995-08-04 Crystalline semiconductor manufacturing method
KR1019960032547A KR100300808B1 (en) 1995-08-04 1996-08-05 Crystalline Semiconductor Manufacturing Method
US08/691,956 US6337109B1 (en) 1995-06-07 1996-08-05 Method of producing crystalline semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21953195A JP3889071B2 (en) 1995-08-04 1995-08-04 Crystalline semiconductor manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0950960A true JPH0950960A (en) 1997-02-18
JP3889071B2 JP3889071B2 (en) 2007-03-07

Family

ID=16736948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21953195A Expired - Fee Related JP3889071B2 (en) 1995-06-07 1995-08-04 Crystalline semiconductor manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3889071B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000001005A1 (en) * 1998-06-30 2000-01-06 Sony Corporation Method for forming monocrystalline silicon layer, method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2000001004A1 (en) * 1998-06-30 2000-01-06 Sony Corporation Method of forming single-crystal silicon layer and method of manufacturing semiconductor device
KR100348780B1 (en) * 1998-12-19 2002-12-26 엘지.필립스 엘시디 주식회사 A crystallizing method of a silicon layer
KR100387982B1 (en) * 2000-10-05 2003-06-18 한국과학기술원 Method of forming a microcrystalline silicon thin film and method of fabricating a thin-film silicon solar cell using the same
KR100472730B1 (en) * 2002-04-26 2005-03-08 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabricating metal electrode with Atomic Layer Deposition in semiconductor device
JP2007073953A (en) * 2005-09-06 2007-03-22 Tera Semicon Corp Method of fabricating polycrystalline silicon film and device for fabricating the same
JP2010141368A (en) * 2006-12-27 2010-06-24 Terasemicon Corp Device and method for adsorbing metal or metal compound
JP2010153911A (en) * 2006-12-27 2010-07-08 Terasemicon Corp Method of manufacturing polycrystalline silicon

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000001005A1 (en) * 1998-06-30 2000-01-06 Sony Corporation Method for forming monocrystalline silicon layer, method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2000001004A1 (en) * 1998-06-30 2000-01-06 Sony Corporation Method of forming single-crystal silicon layer and method of manufacturing semiconductor device
US6399429B1 (en) 1998-06-30 2002-06-04 Sony Corporation Method of forming monocrystalline silicon layer, method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
KR100348780B1 (en) * 1998-12-19 2002-12-26 엘지.필립스 엘시디 주식회사 A crystallizing method of a silicon layer
KR100387982B1 (en) * 2000-10-05 2003-06-18 한국과학기술원 Method of forming a microcrystalline silicon thin film and method of fabricating a thin-film silicon solar cell using the same
KR100472730B1 (en) * 2002-04-26 2005-03-08 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabricating metal electrode with Atomic Layer Deposition in semiconductor device
JP2007073953A (en) * 2005-09-06 2007-03-22 Tera Semicon Corp Method of fabricating polycrystalline silicon film and device for fabricating the same
JP2010141368A (en) * 2006-12-27 2010-06-24 Terasemicon Corp Device and method for adsorbing metal or metal compound
JP2010153911A (en) * 2006-12-27 2010-07-08 Terasemicon Corp Method of manufacturing polycrystalline silicon

Also Published As

Publication number Publication date
JP3889071B2 (en) 2007-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3621151B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3431033B2 (en) Semiconductor fabrication method
KR100559060B1 (en) Crystalline Semiconductor Manufacturing Method
JPH07221017A (en) Semiconductor device and manufacturing method
JPH07161634A (en) Semiconductor device and its manufacture
KR100279217B1 (en) Semiconductor device formation method, crystalline semiconductor film formation method, thin film transistor formation method and semiconductor device manufacturing method
JPH09156916A (en) Apparatus for producing polycrystalline silicon and its operation
JPH0950960A (en) Manufacture of crystalline semiconductor
JP3844526B2 (en) Crystalline silicon film manufacturing method
US6337109B1 (en) Method of producing crystalline semiconductor
JP4162727B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3889073B2 (en) Crystalline semiconductor manufacturing method
JP3431034B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH08316143A (en) Manufacture of semiconductor
US6974763B1 (en) Method of forming semiconductor device by crystallizing amorphous silicon and forming crystallization promoting material in the same chamber
JP2000150389A (en) Plasma cvd device and manufacture of semiconductor device using the same
JPH10135136A (en) Manufacturing crystalline semiconductor
KR100466962B1 (en) Method of fabricating the same for Poly-Silicone Thin Film Transistor
KR100300808B1 (en) Crystalline Semiconductor Manufacturing Method
JP3973960B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3442693B2 (en) Method for manufacturing insulating gate type field effect semiconductor device
JP3618604B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP4125387B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP3573969B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JPH09148251A (en) Semiconductor and method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060815

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060927

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061129

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091208

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091208

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101208

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101208

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111208

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111208

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121208

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121208

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131208

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees