JPH10144923A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH10144923A
JPH10144923A JP29354796A JP29354796A JPH10144923A JP H10144923 A JPH10144923 A JP H10144923A JP 29354796 A JP29354796 A JP 29354796A JP 29354796 A JP29354796 A JP 29354796A JP H10144923 A JPH10144923 A JP H10144923A
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film
silicon film
crystalline silicon
semiconductor device
thin film
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Naoki Makita
直樹 牧田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high reliable, high-performance MOS TFT device with a crystalline silicone film used as an active region by after having the outermost portion of the silicon film thin-film-etched, the active region with an insulating film in the upper layer is covered, thus forming it without exposing to air. SOLUTION: When a crystalline silicon film 105 is subjected to reactive etching, the entire surface of the silicon film 105 is turned into a thin film. The etching makes rapid progress especially in the grain boundary 107 where ridges 108 are present, and the ridges are selectively etched and shaved. Here, the exposed surface of the crystalline silicon film 109 is rid of the contaminated region in its surface layer. As a result, the unevenness of the surface is reduced, and the surface is brought into a very clean state. For this reason, a verey clean crystalline silicon film 109-oxide film 110 boundary 111 is obtained, by covering the crystalline silicon film 109 with the oxide film 110 without exposing it to the air.

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】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。特に、本発明は、絶縁表面を有する基板
上に設けられたMOS型、その他構造の薄膜トランジス
タ(以下、TFTという)を用いた半導体装置に有効で
あり、アクティブマトリクス型の液晶表示装置、密着型
イメージセンサー、三次元ICなどに利用できる。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention is effective for a semiconductor device using a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) having a MOS type or other structure provided on a substrate having an insulating surface. It can be used for sensors and three-dimensional ICs.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元IC
などへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁
膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる半導体素子には、ケイ素
半導体薄膜を用いるのが一般的である。ケイ素半導体薄
膜としては、非晶質ケイ素半導体(a−Si)からなる
ものと結晶性を有するケイ素半導体からなるものの2つ
に大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, large and high resolution liquid crystal display devices have been developed.
High-speed, high-resolution contact image sensor, 3D IC
In order to realize such a technique, attempts have been made to form a high-performance semiconductor element on an insulating substrate such as glass or an insulating film. In general, a silicon semiconductor thin film is used for a semiconductor element used in these devices. Silicon semiconductor thin films are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor.

【0003】非晶質ケイ素半導体は作製温度が低く、気
相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富む
ため、最も一般的に用いられているが、導電性等の物性
が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣るため、今後
より高速特性を得るためには、結晶性を有するケイ素半
導体からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求めら
れていた。尚、結晶性を有するケイ素半導体としては、
多結晶ケイ素、微結晶ケイ素等が知られている。
[0003] Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low production temperature, can be produced relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a crystalline silicon semiconductor, a method for manufacturing a semiconductor device made of a crystalline silicon semiconductor has been strongly demanded in order to obtain higher-speed characteristics in the future. In addition, as a silicon semiconductor having crystallinity,
Polycrystalline silicon, microcrystalline silicon and the like are known.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る方法としては、次の方法がある。
As a method for obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having such crystallinity, there is the following method.

【0005】(1)成膜時に結晶性を有する膜を直接成
膜する。
(1) A film having crystallinity is directly formed at the time of film formation.

【0006】(2)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
熱エネルギーを加えることにより結晶性を有せしめる。
(2) An amorphous semiconductor film is formed,
Crystallinity is imparted by applying heat energy.

【0007】(3)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
レーザー光など強光のエネルギーにより結晶性を有せし
める。
(3) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by the energy of strong light such as laser light.

【0008】しかしながら、上記(1)の方法では、成
膜工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性
ケイ素を得ることが難しく、それにはケイ素膜の厚膜化
が不可欠となる。しかも、厚膜化したからといっても基
本的には膜厚と同程度の結晶粒径しか得られず、この方
法により良好な結晶性を有するケイ素膜を作製すること
は原理的にまず不可能である。
However, in the above method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film formation step, so that it is difficult to obtain crystalline silicon having a large grain size, and it is essential to increase the thickness of the silicon film. . Moreover, even though the film thickness is increased, only a crystal grain size substantially equal to the film thickness is basically obtained, and it is in principle impossible to produce a silicon film having good crystallinity by this method. It is possible.

【0009】上記(2)の方法は、結晶化に際し600
℃以上の高温にて数十時間にわたる加熱処理が必要であ
るため、生産性に非常に乏しい。また、固相結晶化現象
を利用するため、結晶粒は基板面に平行に拡がり数μm
の粒径を持つものさえ現れるが、成長した結晶粒同士が
ぶつかり合って粒界が形成されるため、その粒界はキャ
リアに対するトラップ準位として働き、TFTの移動度
を低下させる大きな原因となっている。さらに、それぞ
れの結晶粒は双晶構造を示し、一つの結晶粒内において
も所謂双晶欠陥と呼ばれる結晶欠陥が多量に存在してい
る。
The method (2) is used for crystallization of 600
Since heat treatment for several tens of hours is required at a high temperature of not less than ℃, productivity is very poor. Also, in order to utilize the solid-phase crystallization phenomenon, the crystal grains spread in parallel to the substrate surface and are several μm
However, since the grown crystal grains collide with each other to form a grain boundary, the grain boundary acts as a trap level for carriers, which is a major cause of lowering the mobility of the TFT. ing. Further, each crystal grain has a twin structure, and a large number of crystal defects called so-called twin defects exist in one crystal grain.

【0010】このため、現在は上記(3)の方法が主流
となっている。上記(3)の方法では溶融固化過程を利
用し結晶化するので個々の結晶粒内の結晶性は非常に良
好である。また、照射光の波長を選ぶことで、アニール
の対象であるケイ素膜のみを効率的に加熱し、下層のガ
ラス基板への熱的損傷を防ぐことができると共に、上記
(2)のような長時間にわたる処理が必要でない。装置
面でも高出力のエキシマレーザーアニール装置などが開
発され、大面積基板に対しても対応可能になりつつあ
る。この方法を利用して結晶性ケイ素薄膜を形成する方
法が、特開平7―135173号公報に示されている。
該公報では、非晶質ケイ素膜にシリコンイオンを注入し
た後、エキシマレーザーなどのパルスレーザーを照射
し、該非晶質ケイ素膜を結晶化している。また、特開平
6―163588号公報では、上記(3)の方法により
結晶化されたと思われる結晶性ケイ素膜に対して、研磨
剤を用いてその表面研磨を行い、結晶性ケイ素膜表面の
凹凸を低減している。
For this reason, the method (3) is mainly used at present. In the above method (3), the crystallization is carried out by utilizing the melt-solidification process, so that the crystallinity in each crystal grain is very good. Further, by selecting the wavelength of the irradiation light, it is possible to efficiently heat only the silicon film to be annealed, to prevent thermal damage to the underlying glass substrate, and to reduce the length as described in the above (2). No processing over time is required. A high-output excimer laser annealing apparatus and the like have also been developed in terms of equipment, and are now being able to cope with large-area substrates. A method of forming a crystalline silicon thin film using this method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135173.
In this publication, after injecting silicon ions into an amorphous silicon film, a pulse laser such as an excimer laser is irradiated to crystallize the amorphous silicon film. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 163588/1994, the surface of a crystalline silicon film, which is considered to be crystallized by the above method (3), is polished with an abrasive to obtain the unevenness of the surface of the crystalline silicon film. Has been reduced.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】現在の技術において、
高性能な半導体装置を実現するためには、その活性領域
を構成するケイ素半導体薄膜の作製において、少なくと
も上記(3)の方法を用いるのが最良である。ところ
が、上記(3)の方法で得られる結晶性ケイ素膜では、
その表面ラフネスの大きさが大きな問題点となる。すな
わち、上記(3)の方法では、非晶質ケイ素膜は、強光
のエネルギーにより、その融点1414℃以上まで瞬時
に加熱され、数十nsec.程度の冷却時間にて室温付
近まで冷却され固化される。この際、あまりにも固化速
度が速いので、ケイ素膜は過冷却状態となり、一瞬にし
て固化される結果、一般的に結晶粒径は100〜200
nm程度と非常に小さくなると共に、結晶粒がぶつかり
合った点、すなわち結晶粒界は山状に盛り上がる。この
現象は、特に3つの結晶粒がぶつかり合った三極点で顕
著となる。この結晶成長に起因する山状に盛り上がった
部分を以後「リッジ」と呼ぶ。
SUMMARY OF THE INVENTION In the current technology,
In order to realize a high-performance semiconductor device, it is best to use at least the above method (3) in producing a silicon semiconductor thin film constituting the active region. However, in the crystalline silicon film obtained by the method (3),
The size of the surface roughness is a major problem. That is, in the above method (3), the amorphous silicon film is instantaneously heated to its melting point of 1414 ° C. or more by the energy of strong light, and is heated to several tens of nsec. It is cooled to around room temperature in about a cooling time and solidified. At this time, since the solidification rate is too high, the silicon film is in a supercooled state, and is solidified instantaneously.
As extremely small as about nm, the point where the crystal grains collide, that is, the crystal grain boundary rises in a mountain shape. This phenomenon is particularly remarkable at the three poles where three crystal grains collide. The ridge-shaped portion caused by the crystal growth is hereinafter referred to as a “ridge”.

【0012】上記の現象は、強光照射のスタート膜が非
晶質ケイ素膜の場合においてだけでなく、結晶性ケイ素
膜の場合においても同様に起こる。結晶性ケイ素膜の場
合は、強光照射により溶融した状態でも、幾分かの微結
晶成分は保持され、その成分が核となり、元の結晶の情
報を幾分か残した形で再結晶化される。したがって、上
述の非晶質ケイ素膜から結晶化した場合に比べ、結晶粒
径が大きくなると共に、個々のリッジの大きさも大きく
なり、リッジの発生密度は逆に減少する。
The above phenomenon occurs not only in the case where the starting film for intense light irradiation is an amorphous silicon film but also in the case where a crystalline silicon film is used. In the case of a crystalline silicon film, even if it is melted by intense light irradiation, some microcrystalline components are retained, the components become nuclei, and recrystallization is performed with some information on the original crystal remaining. Is done. Therefore, as compared with the case of crystallization from the above-mentioned amorphous silicon film, the crystal grain size increases, the size of each ridge also increases, and the generation density of ridges decreases.

【0013】図6に、実際に強光照射により結晶化され
た結晶性ケイ素膜の表面状態の原子間力顕微鏡(AF
M)像を下にスケッチした図を示す。図6において、X
―Y方向のフルスケールは1μmであり、Z方向のフル
スケールは100nmである。このような結晶性ケイ素
膜により、MOS型薄膜トランジスタなど半導体装置の
活性領域を作製すると、結晶性ケイ素膜表面のリッジに
電界集中が起こる。すなわち、この結晶性ケイ素膜の上
に形成される絶縁膜の耐圧低下につながり、リーク電流
発生の原因となる。したがって、半導体装置としての信
頼性が大きく低下し、実用に耐える半導体装置を得るこ
とは非常に困難である。
FIG. 6 shows an atomic force microscope (AF) showing the surface state of a crystalline silicon film actually crystallized by intense light irradiation.
M) Shows a sketched image below. In FIG. 6, X
The full scale in the Y direction is 1 μm, and the full scale in the Z direction is 100 nm. When an active region of a semiconductor device such as a MOS thin film transistor is formed by using such a crystalline silicon film, an electric field is concentrated on a ridge on the surface of the crystalline silicon film. That is, the breakdown voltage of the insulating film formed on the crystalline silicon film is reduced, which causes a leak current. Therefore, the reliability of the semiconductor device is greatly reduced, and it is extremely difficult to obtain a semiconductor device that can be used practically.

【0014】さらに上記のケイ素膜のリッジは、MOS
型薄膜トランジスタにおいては、そのチャネル面となる
(結晶性ケイ素膜\ゲート酸化膜)の界面に存在するこ
とになり、ゲート酸化膜中及び界面の固定電荷を発生さ
せる要因ともなり、界面特性を悪化させる。また、キャ
リアに対する散乱中心となり、トランジスタの電界効果
移動度を低下させる。
Further, the ridge of the silicon film is formed by MOS
In a thin-film transistor, it is present at the interface between the channel surface (the crystalline silicon film and the gate oxide film), causing fixed charges in the gate oxide film and at the interface, and deteriorating the interface characteristics. . In addition, they serve as a scattering center for carriers and reduce the field-effect mobility of the transistor.

【0015】また、液晶表示装置などのアクティブマト
リクス基板においては、一般的に液晶容量と並列に補助
容量が設けられている。画素TFTのチャネル部と共に
その補助容量成分の電極として、上記結晶性ケイ素膜を
用いた場合、リッジによる表面積率の変化のため、容量
は設計値からずれることになり、表示むらやフリッカー
などの表示不良を引き起こす原因となる。
In an active matrix substrate such as a liquid crystal display device, an auxiliary capacitance is generally provided in parallel with a liquid crystal capacitance. When the above crystalline silicon film is used as an electrode of the auxiliary capacitance component together with the channel portion of the pixel TFT, the capacitance deviates from the design value due to the change in the surface area ratio due to the ridge, and display such as display unevenness and flicker is caused. It causes a defect.

【0016】上記の特開平6―163588号公報およ
び特開平7―135173号公報は、上記問題点に対し
ての一つの解決策として提案されているが、実際にはこ
れらの技術を用いても上記問題点の解決にはならない。
なぜなら、特開平6―163588号公報は、研磨剤に
より結晶性ケイ素膜の表面凹凸を化学的、機械的に研磨
するものであるが、結晶性ケイ素膜は半導体装置の活性
領域となる部分であり、MOS型薄膜トランジスタにお
いてはその表面はチャネル面を構成する訳であり、この
面に対してダメージを与えることは、好ましくない。上
記研磨工程においては、結晶性ケイ素膜表面はかなりの
研磨ダメージを受け、このようなケイ素膜を活性領域に
用い半導体装置を製造したとしても本発明の目的とする
高信頼性および高性能な半導体装置は全く得られない。
また、特開平7―135173号公報は、シリコン薄膜
にシリコンを注入してレーザー照射による結晶化を行う
ものであるが、この技術を用いても、上記メカニズムに
よりリッジが発生する以上、若干その大きさが低減され
る程度の効果しか無く、抜本的な解決策とはならない。
したがって、特開平7―135173号公報による方法
を用いて半導体薄膜を形成し、半導体装置を作製したと
しても、本発明の目的とする高信頼性を有する高性能な
装置を得ることはできない。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 6-163588 and Hei 7-135173 have been proposed as one solution to the above-mentioned problem. It does not solve the above problem.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-163588 discloses a method for chemically and mechanically polishing the surface irregularities of a crystalline silicon film with an abrasive, but the crystalline silicon film is a portion which becomes an active region of a semiconductor device. In a MOS thin film transistor, the surface constitutes a channel surface, and it is not preferable to damage this surface. In the above polishing step, the surface of the crystalline silicon film suffers considerable polishing damage, and even if a semiconductor device is manufactured using such a silicon film as an active region, a high-reliability and high-performance semiconductor which is an object of the present invention. No equipment is available.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135173 discloses a technique in which silicon is injected into a silicon thin film and crystallization is performed by laser irradiation. This is only an effect to the extent that it is reduced, and is not a drastic solution.
Therefore, even if a semiconductor device is manufactured by forming a semiconductor thin film using the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-135173, it is not possible to obtain a high-performance device having high reliability as the object of the present invention.

【0017】さて、MOS型薄膜トランジスタの高性能
化および信頼性の向上においては、上記の結晶性ケイ素
膜の結晶性および表面状態の改善に加えて、そのチャネ
ル面となる(結晶性ケイ素膜\ゲート絶縁膜)の界面特
性の向上が大きなポイントとなる。この界面特性は、結
晶性ケイ素膜表面における上記リッジも大きな影響を与
える―方、この界面でのサブオキサイド(低級酸化層)
やカーボンなどの不純物による影響も非常に大きい。し
たがって、(結晶性ケイ素膜\ゲート絶縁膜)の界面
は、できる限りクリーンな状態に保つことが必要であ
り、大気に曝すことなく連続的に形成することが最も望
ましい。
In order to improve the performance and reliability of a MOS thin film transistor, in addition to improving the crystallinity and surface state of the crystalline silicon film, a channel surface (crystalline silicon film / gate) is formed. An important point is to improve the interface characteristics of the insulating film). This interfacial property has a great effect on the ridge on the surface of the crystalline silicon film-on the other hand, the suboxide (lower oxide layer) at this interface
The effect of impurities such as carbon and carbon is also very large. Therefore, it is necessary to keep the interface between the (crystalline silicon film and the gate insulating film) as clean as possible, and it is most desirable to form the interface continuously without exposing it to the atmosphere.

【0018】しかしながら、一般のトップゲート型薄膜
トランジスタでは、ゲート絶縁膜成膜前に下層の結晶性
ケイ素膜を素子間分離のためのパターニング工程を行う
必要があり、根本的に上記の連続形成は非常に難しい。
また、実際には結晶性ケイ素膜の結晶化工程もあるた
め、非晶質ケイ素膜の成膜、強光照射による結晶化、ゲ
ート絶縁膜の成膜を大気に曝すことなく連続的に行う必
要があり、装置面でも未開発の技術で、実現できたとし
ても非常に高価な装置となる。一般的には、TFTの活
性領域となる結晶性ケイ素膜を成膜後、感光性樹脂(フ
ォトレジスト)を塗布し、露光・現像した後、不要な領
域をエッチングにより除去し、フォトレジストを剥離し
てから、ゲート絶縁膜が成膜される。したがって、結晶
性ケイ素を成膜後、TFTにとって最も大切な活性領域
表面、すなわちチャネル面が大気に曝され汚染されるだ
けでなく、このチャネル面に直接フォトレジストが接触
することからフォトレジストに起因する汚染や、パター
ニング工程に伴う剥離液やエッチングなどから来る汚染
も加わり、界面特性をさらに悪化・不安定化させること
になる。
However, in a general top gate type thin film transistor, it is necessary to perform a patterning step for separating a lower crystalline silicon film between elements before forming a gate insulating film. Difficult.
In addition, since there is actually a crystallization process of a crystalline silicon film, it is necessary to continuously form an amorphous silicon film, crystallize by irradiating strong light, and form a gate insulating film without exposing it to the atmosphere. However, it is an undeveloped technology in terms of equipment, and even if it can be realized, it becomes a very expensive equipment. Generally, after forming a crystalline silicon film to be an active region of a TFT, a photosensitive resin (photoresist) is applied, exposed and developed, unnecessary regions are removed by etching, and the photoresist is peeled off. After that, a gate insulating film is formed. Therefore, after the crystalline silicon is deposited, the surface of the active region, which is the most important for the TFT, that is, the channel surface is not only exposed to the air and is contaminated, but also the photoresist is directly in contact with the channel surface, which is caused by the photoresist. In addition, contamination caused by a stripping solution or etching accompanying the patterning process is added, which further deteriorates and destabilizes the interface characteristics.

【0019】本発明は、TFTなどの半導体装置に使用
される半導体薄膜において、上述の問題点を全て解決
し、高信頼性を有する高性能半導体装置や高表示品位の
液晶表示装置などを実現するものである。
The present invention solves all the above-mentioned problems in a semiconductor thin film used for a semiconductor device such as a TFT, and realizes a high-reliability high-performance semiconductor device or a high-quality liquid crystal display device. Things.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、より大型でよ
り高解像度のアクティブマトリクス液晶表示装置や、同
一基板上に液晶駆動用のドライバを作り込むドライバモ
ノリシック型アクティブマトリクス液晶表示装置、高速
で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元ICなど
を実現するために、高信頼性を有する高性能半導体素子
を供給することを目的とする。すなわち、本発明は、上
述のようにレーザー光などの強光照射により得られる高
品質な結晶性ケイ素膜における従来の問題点、およびM
OS型薄膜トランジスタにおける(結晶性ケイ素膜\ゲ
ート絶縁膜)界面の問題点を同時に解決するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an active matrix liquid crystal display device having a larger size and a higher resolution, a driver monolithic type active matrix liquid crystal display device having a driver for driving a liquid crystal on the same substrate, and a high-speed active matrix liquid crystal display device. An object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor element having high reliability in order to realize a high-resolution contact image sensor, a three-dimensional IC, and the like. That is, as described above, the present invention relates to a conventional problem in a high-quality crystalline silicon film obtained by irradiation with intense light such as a laser beam, and
The present invention simultaneously solves the problem of the interface between the (crystalline silicon film and the gate insulating film) in the OS type thin film transistor.

【0021】本発明者らは、何とか上述の問題点を解決
し、高表示品位の液晶表示装置や薄膜集積回路などに応
用可能な、結晶性ケイ素膜を活性領域とした高信頼性で
高性能なMOS型TFT素子を実現できないかと、日夜
研究に明け暮れた。その結果、ついに、下記特徴を有す
る本発明を用いることにより、上記問題点が解決でき、
目的が連成できることがわかった。
The present inventors have somehow solved the above-mentioned problems, and have high reliability and high performance using a crystalline silicon film as an active region, which can be applied to a high display quality liquid crystal display device or a thin film integrated circuit. I was studying day and night to see if we could realize a simple MOS TFT device. As a result, finally, by using the present invention having the following features, the above problems can be solved,
It turns out that the purpose can be coupled.

【0022】具体的には、本発明は以下の特徴を有す
る。
Specifically, the present invention has the following features.

【0023】(1)絶縁表面を有する基板上に形成され
た結晶性を有するケイ素膜を用い、該ケイ素膜に活性領
域が構成されたMOS型半導体装置であって、前記活性
領域は、ケイ素膜の最表面が薄膜エッチングされた後、
大気中に曝すことなく、上層の絶縁膜でカバーされ形成
されたことを特徴とする。
(1) A MOS type semiconductor device using a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface and having an active region formed on the silicon film, wherein the active region is a silicon film After the outermost surface of the thin film is etched,
It is characterized by being formed by being covered with an upper insulating film without being exposed to the air.

【0024】(2)前記絶縁膜は、MOS型薄膜トラン
ジスタのゲート絶縁膜を構成し、前記活性領域の表面
は、MOS型薄膜トランジスタのチャネル面であること
を特徴とする。
(2) The insulating film constitutes a gate insulating film of a MOS thin film transistor, and a surface of the active region is a channel surface of the MOS thin film transistor.

【0025】(3)絶縁表面を有する基板上に複数の画
素電極を駆動するMOS型薄膜トランジスタを有し、該
各薄膜トランジスタには画素電極による液晶容量と並列
に補助容量成分が接続されてなる半導体装置において、
前記各薄膜トランジスタの活性領域と前記補助容量成分
の下部電極は、同一層の結晶性ケイ素膜により構成さ
れ、かつ前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と補助容
量成分の絶縁膜は同一層の絶縁膜により構成されてお
り、前記結晶性ケイ素膜は、その最表面が薄膜エッチン
グされた後、大気中に曝すことなく、前記絶縁膜により
カバーされ形成されたことを特徴とする。
(3) A semiconductor device having a MOS type thin film transistor for driving a plurality of pixel electrodes on a substrate having an insulating surface, wherein each of the thin film transistors is connected to an auxiliary capacitance component in parallel with a liquid crystal capacitance by the pixel electrode. At
The active region of each of the thin film transistors and the lower electrode of the auxiliary capacitance component are formed of the same crystalline silicon film, and the gate insulating film and the auxiliary capacitance component insulating film of the thin film transistor are formed of the same insulating film. The crystalline silicon film is formed by being covered with the insulating film without being exposed to the air after the outermost surface is thin-film etched.

【0026】(4)前記(1)(3)において、活性領
域を構成するケイ素膜は、非晶質ケイ素膜にエキシマレ
ーザーなどの強光を照射し、その熔融固化過程において
結晶化させてなるものであることを特徴とする。
(4) In the above (1) and (3), the silicon film constituting the active region is obtained by irradiating the amorphous silicon film with intense light such as an excimer laser and crystallizing the silicon film in a melting and solidifying process. Characterized in that:

【0027】(5)前記(1)(3)において、活性領
域を構成するケイ素膜は、非晶質ケイ素膜にその結晶化
を助長する触媒元素を導入し、加熱処理による固相結晶
成長工程にて結晶化させた結晶性ケイ素膜に対し、さら
にエキシマレーザーなどの強光を照射し、再結晶化させ
たものであることを特徴とする。
(5) In the above (1) and (3), the silicon film constituting the active region is formed by introducing a catalytic element for promoting crystallization into the amorphous silicon film and subjecting the amorphous silicon film to a solid phase crystal growth step by heat treatment. The crystalline silicon film crystallized by the above is further irradiated with strong light such as an excimer laser and recrystallized.

【0028】ここで、前記固相結晶成長工程にて結晶化
された結晶性ケイ素膜は、非晶質ケイ素膜に、その結晶
化を助長する触媒元素を選択的に導入し、加熱処理によ
り、該触媒元素が選択的に導入された領域から、その周
辺部へと横方向に結晶成長させたものであることが好ま
しい。
Here, the crystalline silicon film crystallized in the solid phase crystal growth step is obtained by selectively introducing a catalytic element for promoting the crystallization into the amorphous silicon film and subjecting the amorphous silicon film to a heat treatment. It is preferable that the crystal is laterally grown from the region where the catalyst element is selectively introduced to the peripheral portion.

【0029】前記非晶質ケイ素膜を結晶化する、あるい
は前記固相結晶成長工程にて結晶化された結晶性ケイ素
膜を再結晶化する場合に使用される強光として、波長5
00nm以下のレーザー光を用いることが好ましく、特
に波長308nmのXeClエキシマレーザー光を用い
ることが好ましい。
The strong light used to crystallize the amorphous silicon film or to recrystallize the crystalline silicon film crystallized in the solid phase crystal growth step has a wavelength of 5 nm.
It is preferable to use a laser beam of 00 nm or less, and it is particularly preferable to use a XeCl excimer laser beam having a wavelength of 308 nm.

【0030】また、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する
触媒元素として、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、A
g、Au、ln、Sn、A1、Sbから選ばれた一種ま
たは複数種類の元素を用いることが好ましく、特にNi
元素を少なくとも用いることが好ましい。
Ni, Co, Pd, Pt, Cu, and A are catalyst elements for promoting crystallization of the amorphous silicon film.
It is preferable to use one or more elements selected from g, Au, In, Sn, A1, and Sb.
It is preferable to use at least an element.

【0031】(6)前記薄膜エッチング後の結晶性ケイ
素膜表面の平均面租さRaが、5nm以下であることを
特徴とする。
(6) The average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film after the thin film etching is 5 nm or less.

【0032】(7)前記薄膜エッチング前の結晶性ケイ
素膜の表面の平均面粗さRaに対して、該結晶性ケイ素
膜のエッチングされるべき膜厚Tが、T>Raの関係に
あることを特徴とする。
(7) The thickness T of the crystalline silicon film to be etched has a relationship of T> Ra with respect to the average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film before the thin film etching. It is characterized by.

【0033】(8)前記平均面粗さRaは、原子間力顕
微鏡(AFM)にて、10μm□以下の測定エリアに対
して測定された値であることを特徴とする。
(8) The average surface roughness Ra is a value measured with an atomic force microscope (AFM) for a measurement area of 10 μm □ or less.

【0034】(9)前記薄膜エツチングを行う工程は、
CF4やNF3などのフッ化ガスを用いた反応性のドライ
エッチングにより行われることを特徴とする。
(9) The step of performing the thin film etching includes:
It is performed by reactive dry etching using a fluorinated gas such as CF 4 or NF 3 .

【0035】(10)前記結晶性ケイ素膜表面を薄膜エ
ッチングする工程と、前記結晶性ケイ素膜表面に絶縁膜
を成膜しカバーする工程とは、同一の減圧装置内にて行
われることを特徴とする。
(10) The step of thin-film etching the surface of the crystalline silicon film and the step of forming and covering an insulating film on the surface of the crystalline silicon film are performed in the same pressure reducing device. And

【0036】(11)前記結晶性ケイ素膜の最表面を薄
膜エッチングした後、新たに露出した結晶性ケイ素膜表
面を少なくとも酸素あるいは水素を含むプラズマ雰囲気
中に曝した後、前記絶縁膜を成膜し結晶性ケイ素膜表面
をカバーする工程を有することを特徴とする。
(11) After the outermost surface of the crystalline silicon film is thin-film-etched, the newly exposed crystalline silicon film surface is exposed to a plasma atmosphere containing at least oxygen or hydrogen, and then the insulating film is formed. And a step of covering the surface of the crystalline silicon film.

【0037】本発明の特徴は以上の通りで、本発明の大
まかな主旨としては、絶縁表面を有する基板上に形成さ
れた結晶性を有するケイ素膜を用い、該ケイ素膜に活性
領域が構成されたMOS型半導体装置において、活性領
域のを結晶性ケイ素膜の最表面を薄膜エッチングした
後、大気中に曝すことなく、上層の絶縁膜にてカバーす
ることである。ここで、本発明のポイントは2つあり、
活性領域、すなわち、結晶性ケイ素膜の最表面を薄膜エ
ッチングする点と、その後、大気中に曝すことなく、上
層の絶縁膜にて活性領域をカバーする点である。前者は
主に結晶性ケイ素膜表面のリッジなどラフネスの低減に
効果があると共に、製造工程内で汚染された結晶性ケイ
素膜の最表面を除去し、新しくクリーンな表面を出すこ
とを目的とする。後者は、前記エッチング工程にて得ら
れた結晶性ケイ素膜のクリーンな表面が新たに汚染され
る前にすかさず絶縁膜で保護することで、クリーンな状
態を保つことを目的としている。
The features of the present invention are as described above. The broad gist of the present invention is that a crystalline silicon film formed on a substrate having an insulating surface is used, and an active region is formed in the silicon film. In the MOS type semiconductor device, the active region is covered with an upper insulating film without exposing the outermost surface of the crystalline silicon film to the atmosphere after the thin film etching. Here, there are two points of the present invention,
The active region, that is, the outermost surface of the crystalline silicon film is etched in a thin film, and thereafter, the active region is covered with an upper insulating film without being exposed to the air. The former is mainly effective in reducing roughness such as ridges on the surface of the crystalline silicon film, and aims to remove the outermost surface of the crystalline silicon film contaminated in the manufacturing process and to provide a new clean surface. . The latter aims at maintaining a clean state by immediately protecting the clean surface of the crystalline silicon film obtained in the etching step with an insulating film before it is newly contaminated.

【0038】特に、本発明はMOS型薄膜トランジスタ
に対して有効であり、上記絶縁膜をTFTのゲート絶縁
膜としてそのまま用いることで、前記のクリーンな活性
領域表面が、そのチャネル面となる。すなわち、TFT
の電気特性を司る活性領域(結晶性ケイ素膜\ゲート絶
縁膜)の界面は、大気に全く曝されない状態であり、界
面特性を悪化させる結晶性ケイ素膜表面の自然酸化膜
(サブオキサイド)や不純物などの汚染が全く無いた
め、連続形成した状態とほぼ同様の界面状態が、簡便な
プロセスにて得られることになる。したがって、TFT
の電流駆動能力(電界効果移動度や立上り係数など)が
向上すると共に、信頼性も大きく向上する。
In particular, the present invention is effective for MOS type thin film transistors. By using the insulating film as it is as the gate insulating film of the TFT, the surface of the above-mentioned clean active region becomes its channel surface. That is, TFT
The interface between the active region (the crystalline silicon film and the gate insulating film), which controls the electrical characteristics of the semiconductor, is not exposed to the air at all, and the natural oxide film (suboxide) and impurities on the surface of the crystalline silicon film that deteriorate the interface characteristics Since there is no contamination at all, an interface state almost similar to the state of continuous formation can be obtained by a simple process. Therefore, TFT
The current driving capability (field effect mobility, rise coefficient, etc.) of the device is improved, and the reliability is greatly improved.

【0039】前記TFTの電流駆動能力や信頼性の向上
においては、結晶性ケイ素膜の表面ラフネスの低減も大
きく寄与している。前述のように、TFTチャネル面と
なる結晶性ケイ素膜表面のラフネスが大きい場合、キャ
リアに対する散乱中心となるだけでなく、電界集中が起
こり易くリーク源ともなり、またゲート絶縁膜の固定電
荷密度を増やし界面特性を悪化させるなど、多くのデメ
リットをもたらすからである。したがって、TFTのチ
ャネル面となる結晶性ケイ素膜表面のラフネスの低減効
果と上記界面のクリーン化との相乗効果により、TFT
の電流駆動能力およびその信頼性は飛躍的に向上するの
である。
In improving the current driving capability and reliability of the TFT, the reduction of the surface roughness of the crystalline silicon film also greatly contributes. As described above, when the roughness of the surface of the crystalline silicon film serving as the TFT channel surface is large, not only does it become a scattering center for carriers, it also tends to cause electric field concentration and becomes a leak source, and the fixed charge density of the gate insulating film decreases. This is because there are many disadvantages such as increased interface characteristics. Therefore, the synergistic effect of the effect of reducing the roughness of the surface of the crystalline silicon film serving as the channel surface of the TFT and the cleanness of the interface described above,
The current drive capability and its reliability are dramatically improved.

【0040】その点で、本発明は、非晶質ケイ素膜にレ
ーザー光などの強光を照射し、その溶融固化過程におい
て結晶化させた高品質結晶性ケイ素膜に対して特に有効
である。上述のように、強光照射による結晶化時には、
ケイ素膜は、強光のエネルギーにより、その融点141
4℃以上まで瞬時に加熱され、数十nsec.程度の冷
却時間にて室温付近まで冷却され固化される。その液相
から固相への変化の際、結晶粒がぶつかり合い、そのぶ
つかり合った点が山状に盛り上がるのである。すなわ
ち、該結晶性ケイ素膜の結晶粒界部において、リッジは
発生する。この現象は、結晶粒界の中でも、特に3つの
結晶粒がぶつかり合った三極点で顕著となる。 本発明
の概要を図1を用いて説明する。図1は、本発明の結晶
性ケイ素半導体薄膜の製造工程を示す断面図であり、
(A)→(D)の順に製造工程が進行する。図1(A)
において、ガラス等の基板101の上に、酸化ケイ素膜
などの絶縁性の下地膜102が形成され、さらにその上
に非晶質ケイ素(a−Si)膜103が形成されてい
る。この非晶質ケイ素(a−Si)膜103に対して、
図1(B)に示すようにレーザーなどの強光104を照
射し、溶融固化過程において結晶化する。その結果、非
晶質ケイ素(a−Si)膜103は結晶性ケイ素膜10
5となる。結晶性ケイ素膜105は結晶粒106により
構成され、その結晶粒界107において表面が山状に盛
り上がる。すなわち、リッジ108が出現する。
In this respect, the present invention is particularly effective for a high-quality crystalline silicon film which is crystallized in the melting and solidification process by irradiating the amorphous silicon film with strong light such as a laser beam. As described above, during crystallization by intense light irradiation,
The silicon film has a melting point of 141 due to the energy of strong light.
Heated instantaneously to 4 ° C. or higher, for several tens of nsec. It is cooled to around room temperature in about a cooling time and solidified. At the time of the change from the liquid phase to the solid phase, the crystal grains collide, and the point at which the crystal grains collide rises like a mountain. That is, ridges are generated at the grain boundary of the crystalline silicon film. This phenomenon is remarkable particularly at the three poles where three crystal grains collide among the crystal grain boundaries. An outline of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a crystalline silicon semiconductor thin film of the present invention,
The manufacturing process proceeds in the order of (A) → (D). FIG. 1 (A)
5, an insulating base film 102 such as a silicon oxide film is formed on a substrate 101 made of glass or the like, and an amorphous silicon (a-Si) film 103 is further formed thereon. For this amorphous silicon (a-Si) film 103,
As shown in FIG. 1B, strong light 104 such as a laser is irradiated and crystallized in a melt-solidification process. As a result, the amorphous silicon (a-Si) film 103 becomes the crystalline silicon film 10.
It becomes 5. The crystalline silicon film 105 is composed of crystal grains 106, and the surface of the crystal grain boundary 107 rises like a mountain. That is, the ridge 108 appears.

【0041】次に、本発明のポイントである薄膜エッチ
ング工程を行う訳であるが、このときのエッチング手段
として、化学反応による反応性エッチングを用いること
が望ましい。この反応性エッチングでは、Si原子の結
合状態が特に劣悪となる結晶粒界部において特に進行す
る性質がある。すなわち、結晶性ケイ素膜105に対し
て反応性エッチングを施すと、図1(C)のようにケイ
素膜105の表面が全体的に薄膜化されると共に、リッ
ジ108が存在する結晶粒界107の部分において特に
エッチングが進行し、相対的に見れば、リッジ108が
選択的にエッチングされ、削られたような状態となる。
ここで、露呈している結晶性ケイ素膜109の表面は、
表層の汚染領域が剥ぎ取られ、表面凹凸が低減されると
同時に非常にクリーンな状態となっている。そして、図
1(D)に示すように、すかさず絶縁膜として酸化膜1
10で結晶性ケイ素膜109を覆うことで、(結晶性ケ
イ素膜109\酸化膜110)の界面111として、非
常にクリーンで良好な状態が得られる訳である。
Next, the thin film etching step, which is the point of the present invention, is performed. It is desirable to use reactive etching by a chemical reaction as the etching means at this time. This reactive etching has a property of progressing particularly at the crystal grain boundary where the bonding state of Si atoms is particularly poor. That is, when the crystalline silicon film 105 is subjected to reactive etching, the surface of the silicon film 105 is entirely thinned as shown in FIG. In particular, the etching progresses in the portion, and when viewed relatively, the ridge 108 is selectively etched and cut off.
Here, the exposed surface of the crystalline silicon film 109 is:
The contaminated area on the surface layer is peeled off, and the surface unevenness is reduced, and at the same time, it is in a very clean state. Then, as shown in FIG. 1D, the oxide film 1 is immediately used as an insulating film.
By covering the crystalline silicon film 109 with 10, a very clean and favorable state can be obtained as the interface 111 of (the crystalline silicon film 109 \the oxide film 110).

【0042】前記工程において、すかさず絶縁膜として
酸化膜110で結晶性ケイ素膜109を覆うというの
は、理想的には大気に曝さず真空中で連続処理されるこ
とが最も望ましい。該結晶性ケイ素膜が一旦大気中に出
されると、表面は酸化され、一般に自然コンタミと呼ば
れるようにカーボンなどの汚染が生じるからである。し
たがって、前記結晶性ケイ素膜の表面を薄膜エッチング
する工程と、前記酸化膜を成膜し結晶性ケイ素膜表面を
カバーする工程とは、同一の減圧装置内にて行われるこ
とが望ましい。すなわち、このときのエッチング方法と
しては、減圧雰囲気下でのプラズマエッチング処理が最
も望ましく、CF4やNF3などのフツ化ガスを用いた反
応性のドライエッチングが最も望ましい。
In the above-described process, it is most desirable that the crystalline silicon film 109 is covered with the oxide film 110 as an insulating film immediately, and ideally, continuous processing is performed in a vacuum without exposing to the air. This is because once the crystalline silicon film is exposed to the air, the surface is oxidized, and contamination such as carbon is generated as generally called natural contamination. Therefore, it is desirable that the step of thin-film etching the surface of the crystalline silicon film and the step of forming the oxide film to cover the surface of the crystalline silicon film be performed in the same decompression device. That is, as the etching method at this time, a plasma etching treatment under a reduced-pressure atmosphere is most desirable, and a reactive dry etching using a fluorine gas such as CF 4 or NF 3 is most desirable.

【0043】また、プラズマエッチング処理の際の結晶
性ケイ素膜表面への再汚染(ガス中に含まれるC、N、
F)や、エッチング時のダメージなどを低減するするた
め、エッチング処理後に少なくとも酸素あるいは水素を
含むプラズマ中に新たに露出した結晶性ケイ素膜表面を
曝し、その後、絶縁膜として酸化膜を成膜し、結晶性ケ
イ素膜の表面をカバーすることがより望ましい。酸素は
C系の除去に特に効果がある一方、界面準位低減の効果
がある。また、水素はN、Fの除去などクリーニング効
果が高い。
Further, recontamination of the surface of the crystalline silicon film during the plasma etching process (C, N,
F) In order to reduce damage during etching and the like, the newly exposed crystalline silicon film surface is exposed to a plasma containing at least oxygen or hydrogen after the etching process, and then an oxide film is formed as an insulating film. It is more desirable to cover the surface of the crystalline silicon film. Oxygen is particularly effective in removing the C-based material, but has the effect of reducing the interface state. Hydrogen has a high cleaning effect such as removal of N and F.

【0044】さて、本発明におけるリッジによるケイ素
膜の表面粗さは、平均面粗さRaによって定義される。
平均面粗さRaとは、基準面(指定面の高さの平均値と
なるフラット面)から指定面までの偏差の絶対値を平均
した値であり、次式で表される。
The surface roughness of the silicon film by the ridge in the present invention is defined by the average surface roughness Ra.
The average surface roughness Ra is a value obtained by averaging the absolute values of deviations from a reference surface (a flat surface having an average height of the designated surface) to the designated surface, and is represented by the following equation.

【0045】 Ra=l/S0∬|F(X、Y)―Z0|dXdY ここで、S0は基準面の面積、Z0は基準面の高さ、F
(X、Y)は座標(X、Y)における指定面の高さを表
す。本発明は、リッジによるケイ素膜表面の凹凸をエッ
チング工程により低減することが一つの目的であるか
ら、少なくとも表面粗さの平均値を表す上記平均面粗さ
Ra以上の膜厚にわたり、ケイ素膜をエッチングするこ
とが必要となる。エッチングされるケイ素膜の厚さTが
平均面粗さRaよりも少ないと、リッジの大きさは若干
は小さくなるものの、その形状としては変化しないた
め、電界集中に対してのウィークポイントという点で
は、大きな効果はない。したがって、本発明において
は、強光照射後におけるケイ素膜表面の平均面粗さRa
に対して、結晶性ケイ素膜のエッチングされるべき膜厚
Tが、少なくともT>Raの関係にあることが必要であ
る。
Ra = 1 / S 0 ∬ | F (X, Y) −Z 0 | dXdY where S 0 is the area of the reference plane, Z 0 is the height of the reference plane, and F
(X, Y) represents the height of the designated surface at the coordinates (X, Y). One object of the present invention is to reduce the unevenness of the silicon film surface due to the ridge by an etching process, so that the silicon film is formed at least over the average surface roughness Ra representing the average value of the surface roughness. Etching is required. When the thickness T of the silicon film to be etched is smaller than the average surface roughness Ra, the size of the ridge is slightly reduced, but the shape does not change. There is no big effect. Therefore, in the present invention, the average surface roughness Ra of the silicon film surface after intense light irradiation
In contrast, it is necessary that the thickness T of the crystalline silicon film to be etched has a relationship of at least T> Ra.

【0046】そして、最終的に得られる薄膜エッチング
後の結晶性ケイ素膜表面の平均面粗さRaを、5nm以
下にすることが望ましい。勿論、この値は小さければ小
さいほど良いのであるが、少なくとも5nm以下であれ
ば、上層の絶縁膜に及ぼす耐圧低下や界面特性の悪化、
容量の変動などを、素子に対してほぼ影響のないレベル
にまで抑えることができる。
It is desirable that the average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film finally obtained after the thin film etching is 5 nm or less. Of course, the smaller the value, the better. However, if the value is at least 5 nm or less, the breakdown voltage and the interface characteristics of the upper insulating film are deteriorated.
Fluctuations in capacitance and the like can be suppressed to a level that hardly affects the element.

【0047】前記の平均面粗さRaは、原子間力顕微鏡
(AFM)にて、10μm□以下の測定エリアに対して
測定された値であれば、サブnmオーダーまでの測定信
頼性があり、本発明の主旨を損なうことはない。
図1においては、非晶質ケイ素
膜103を強光照射する結晶化前の出発膜として用いた
が、出発膜として、固相結晶成長工程により得られた結
晶性ケイ素膜を用いることで、基板全面にわたってさら
に均一な結晶性ケイ素膜が得られる。なぜなら、上記強
光照射による結晶化時の問題点として、光源であるレー
ザー等の安定性が十分でなく、基板全面にわたって均一
な膜質の結晶性ケイ素膜を得るのは難しいといった点が
ある。強光照射前の出発膜を固相成長結晶性ケイ素膜と
することで、初期の均一な結晶性の情報をある程度は残
したまま再結晶化されるため、非晶質ケイ素膜に比べ
て、強光照射工程がダイレクトに及ぼす影響が薄れ、よ
り均一な結晶性ケイ素膜が得られ易い。但し、固相成長
工程のみで結晶化された結晶性ケイ素膜自体は、強光照
射により結晶化されたものと比較して結晶性が劣悪であ
り、強光照射工程を加えることにより初めて、高性能半
導体装置に使用可能な高品質結晶性ケイ素膜となる。
If the average surface roughness Ra is a value measured with an atomic force microscope (AFM) for a measurement area of 10 μm □ or less, there is measurement reliability up to the sub-nm order. The gist of the present invention is not spoiled.
In FIG. 1, the amorphous silicon film 103 was used as a starting film before crystallization by intense light irradiation. However, by using a crystalline silicon film obtained by a solid phase crystal growth process as a starting film, A more uniform crystalline silicon film can be obtained over the entire surface. This is because, as a problem at the time of crystallization due to the strong light irradiation, the stability of a laser or the like as a light source is not sufficient, and it is difficult to obtain a uniform crystalline silicon film over the entire surface of the substrate. By using a solid-phase grown crystalline silicon film as the starting film before intense light irradiation, it is recrystallized while leaving some information on the initial uniform crystallinity. The direct influence of the intense light irradiation step is reduced, and a more uniform crystalline silicon film is easily obtained. However, the crystalline silicon film itself crystallized only in the solid phase growth step has poor crystallinity as compared with the one crystallized by intense light irradiation. A high quality crystalline silicon film that can be used for high performance semiconductor devices.

【0048】さらに強光照射前の出発膜として、非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を用い固相結晶化
された結晶性ケイ素膜を用いると、均一性の面に加え
て、さらに結晶性が向上し、高品質な結晶性ケイ素膜、
そして電流駆動能力に優れる高性能半導体装置が実現で
きる。なぜなら、上記触媒元素を用いた結晶性ケイ素膜
では、上述のように柱状結晶のネットワーク構造により
構成される。結晶粒界部には、触媒元素が極在し、劣悪
な結晶状態となっているが、個々の柱状結晶内の結晶性
は良好で、ほぼ単結晶状態を示す。この結晶性ケイ素膜
に強光を照射し、溶融固化過程において再結晶化する
と、結合状態の強い個々の柱状結晶の一部が溶融されず
に残り、それを種結晶として結晶化が進行する。その結
果、得られる結晶性ケイ素膜は、非常に高品質な結晶性
ケイ素膜となるのである。すなわち、上記触媒元素によ
り固相結晶化された結晶性ケイ素膜は、従来の触媒元素
を用いないで固相結晶化された結晶性ケイ素膜と比較し
て、強光照射による再結晶化工程との相性が非常によ
い。
Further, when a crystalline silicon film solid-phase crystallized using a catalyst element that promotes crystallization of an amorphous silicon film is used as a starting film before intense light irradiation, in addition to the uniformity surface, Further improved crystallinity, high-quality crystalline silicon film,
Then, a high-performance semiconductor device having excellent current driving capability can be realized. This is because a crystalline silicon film using the above catalyst element has a network structure of columnar crystals as described above. Although the catalyst element is extremely present in the crystal grain boundary portion and is in a poor crystal state, the crystallinity in each columnar crystal is good and almost a single crystal state is exhibited. When the crystalline silicon film is irradiated with strong light and recrystallized in the process of melting and solidifying, a part of each columnar crystal having a strong bonding state remains without being melted, and crystallization proceeds using the crystal as a seed crystal. As a result, the resulting crystalline silicon film becomes a very high-quality crystalline silicon film. That is, the crystalline silicon film solid-phase crystallized by the above-mentioned catalyst element is compared with a crystalline silicon film solid-phase-crystallized without using the conventional catalyst element, and is subjected to a recrystallization step by intense light irradiation. Is very compatible.

【0049】さらに強光照射前の出発膜として、非晶質
ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素により横方向に一
次元的に固相結晶化されたケイ素膜を用いると、さらに
結晶性が向上し、現状では最高のものであると思われる
高品質な結晶性ケイ素膜が得られ、電流駆動能力に非常
に優れる高性能半導体装置が実現できる。すなわち、該
ケイ素膜では柱状結晶がほぼ一方向に沿って整然と並ん
でおり、この領域では結晶粒界は原理上存在しない。こ
の領域に強光照射を行うと、個々の柱状結晶はそれぞれ
結合し、広い領域にわたって単結晶状態に近い非常に良
好な結晶性の結晶性ケイ素領域が得られる。
Further, when a silicon film which is solid-phase-crystallized one-dimensionally in the lateral direction with a catalyst element which promotes crystallization of an amorphous silicon film is used as a starting film before irradiation with strong light, the crystallinity is further improved. Thus, a high-quality crystalline silicon film, which is considered to be the best at present, can be obtained, and a high-performance semiconductor device having extremely excellent current driving capability can be realized. That is, in the silicon film, the columnar crystals are arranged in order in almost one direction, and in this region, there is no crystal grain boundary in principle. When this region is irradiated with strong light, the individual columnar crystals are bonded to each other, and a crystalline silicon region having very good crystallinity close to a single crystal state is obtained over a wide region.

【0050】また、本発明に利用できる上記触媒元素の
種類としては、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、
Au、In、Sn、Al、Sbを利用することができ
る。これらから選ばれた一種または複数種類の元素であ
れば、微量で結晶化助長の効果があり、半導体装置へ及
ぼす影響を小さく抑えることができる。
The types of the catalytic elements usable in the present invention include Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, and Ni.
Au, In, Sn, Al, and Sb can be used. One or a plurality of elements selected from these elements have an effect of promoting crystallization in a very small amount, and the influence on the semiconductor device can be suppressed to a small level.

【0051】さらに、それらの中でも、特にNiを用い
た場合に最も顕著な効果を得ることかできる。この理由
については、未だよくわかっていないが、一応次のよう
なモデルを考えている。触媒元素は単独では作用せず、
ケイ素膜と結合しシリサイド化することで結晶成長に作
用する。そのときの結晶構造が、非晶質ケイ素膜の結晶
化時に一種の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結
晶化を促すといったモデルである。Niは2つのSiと
NiSi2のシリサイドを形成する。NiSi2は螢石型
の結晶構造を示し、その結晶構造は、単結晶ケイ素のダ
イヤモンド構造と非常に類似したものである。しかも、
NiSi2はその格子定数が5.406Åであり、結晶
シリコンのダイヤモンド構造での格子定数5.430Å
に非常に近い値をもつ。よって、NiSi2は、非晶質
ケイ素膜を結晶化させるための鋳型としては最高のもの
であり、本発明における触媒元素としては、特にNiを
用いるのが最も望ましい。
Further, among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used. The reason for this has not been fully understood, but we are considering the following model. The catalytic element does not act alone,
By combining with the silicon film and forming silicide, it acts on crystal growth. The model is such that the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni forms silicide of two Si and NiSi2. NiSi 2 exhibits a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover,
NiSi 2 has a lattice constant of 5.406 ° and a lattice constant of 5.430 ° in a crystalline silicon diamond structure.
Has a value very close to. Therefore, NiSi 2 is the best as a template for crystallizing an amorphous silicon film, and Ni is most preferably used as a catalyst element in the present invention.

【0052】さて、本発明の高品質結晶性ケイ素半導体
薄膜は、半導体装置全般において、その活性領域に利用
できる一方、液晶表示用のアクティブマトリクス基板に
おいては、画素用TFTのチャネル領域に加えて、液晶
画素容量と並列に接続された補助容量(Cs)の一方の
電極部を構成することが望ましい。液晶表示装置用のア
クティブマトリクス基板では、ゲートパルス信号がオフ
された際に発生する画素電極部での電圧降下現象を緩和
するため、液晶画素容量と並列に補助容量(Cs)を設
けている。この補助容量(Cs)は大きいほど上記電圧
降下を小さくできるため、また、製造プロセス簡略の面
からも、TFTのゲート絶縁膜と同一層により構成する
のが最も望ましい。しかしながら、補助容量(Cs)の
画面内でのばらつきは、画面上にフリッカーなどの表示
むらを引き起こす原因となる。従来の強光照射により得
られる結晶性ケイ素膜を用い補助容量(Cs)の電極を
作製した場合には、リッジによる表面ラフネスのため補
助容量(Cs)がばらつき、良好な表示品位の液晶表示
装置を得ることは難しかった。それに対して、本発明に
よる結晶性ケイ素膜を用いた場合には、表面ラフネスが
大きく低減されるため、補助容量(Cs)のばらつきを
抑えることができ、表示むらの無い高表示品位の液晶表
示装置が得られる。
The high-quality crystalline silicon semiconductor thin film of the present invention can be used for an active region of a semiconductor device in general, while an active matrix substrate for a liquid crystal display has, in addition to a channel region of a pixel TFT, It is desirable to form one electrode portion of an auxiliary capacitance (Cs) connected in parallel with the liquid crystal pixel capacitance. In an active matrix substrate for a liquid crystal display device, an auxiliary capacitor (Cs) is provided in parallel with a liquid crystal pixel capacitor in order to reduce a voltage drop phenomenon in a pixel electrode portion that occurs when a gate pulse signal is turned off. Since the larger the auxiliary capacitance (Cs) is, the smaller the voltage drop is, it is most preferable to form the same layer as the gate insulating film of the TFT from the viewpoint of simplifying the manufacturing process. However, the variation of the auxiliary capacitance (Cs) within the screen causes display unevenness such as flicker on the screen. When an electrode having an auxiliary capacitance (Cs) is manufactured using a crystalline silicon film obtained by conventional intense light irradiation, the auxiliary capacitance (Cs) varies due to the surface roughness caused by the ridge, and a liquid crystal display device with good display quality is provided. It was difficult to get. On the other hand, when the crystalline silicon film according to the present invention is used, since the surface roughness is greatly reduced, the variation of the auxiliary capacitance (Cs) can be suppressed, and the liquid crystal display of high display quality without display unevenness. A device is obtained.

【0053】さて、本発明において用いられる強光とし
ては、波長500nm以下のレーザー光を用いることが
望ましい。なぜなら、強光照射によるケイ素膜の結晶化
あるいは再結晶化において、波長500nm以下の強光
にて行えば、ケイ素膜に対する吸収係数が極めて高いた
め、ガラス基板に熱的ダメージを与えることなく、ケイ
素膜のみを瞬時に加熱することができる。また、レーザ
ー光を用いることで、ケイ素膜を瞬時に、融点1414
℃に加熱するだけの高出力化が可能となる。その中で
も、特に波長308nmのXeClエキシマレーザー光
は、出力が大きいため、基板照射時のビームサイズを大
きくでき、大面積基板に対応しやすく、また出力も比較
的安定しており、量産装置に適用する上で最も望まし
い。
As the intense light used in the present invention, it is desirable to use laser light having a wavelength of 500 nm or less. This is because, when crystallization or recrystallization of a silicon film by intense light irradiation is performed with strong light having a wavelength of 500 nm or less, the absorption coefficient of the silicon film is extremely high, so that the silicon substrate can be thermally damaged without causing thermal damage to the glass substrate. Only the film can be heated instantaneously. In addition, by using a laser beam, the silicon film can be instantaneously melted at a melting point of 1414.
High output can be achieved simply by heating to ° C. Among them, XeCl excimer laser light with a wavelength of 308 nm, in particular, has a large output, so that the beam size upon irradiating the substrate can be increased, it is easy to cope with a large-area substrate, and the output is relatively stable. Most desirable in doing.

【0054】[0054]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施例1)本発明を用いた第1の実施例について以下
に説明する。本実施例では、本発明を利用し、ガラス基
板上に液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板を作
製する際の工程について、説明を行う。このアクティプ
マトリクス基板においては、各面素をスイッチングする
ための素子としてNチャネル型TFTが形成され、その
ドレイン領域側には画素液晶容量と並列に補助容量(C
s)が設けられている。
(Embodiment 1) A first embodiment using the present invention will be described below. Example 1 In this example, steps of manufacturing an active matrix substrate for a liquid crystal display device over a glass substrate by using the present invention will be described. In this active matrix substrate, an N-channel TFT is formed as an element for switching each surface element, and an auxiliary capacitor (C) is provided on the drain region side in parallel with the pixel liquid crystal capacitor.
s) is provided.

【0055】以下において、図2に示すのが、本実施例
の作製工程の概要を示す断面図であり、(A)→(E)
の順にしたがって作製工程が順次進行する。図2(E)
が本実施例にて作製した画素TFTおよびその補助容量
(Cs)部の完成図であり、Nチャネル型TFT部22
4と補助容量(Cs)領域226を示す。
In the following, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the outline of the manufacturing process of this embodiment, in which (A) → (E)
, The manufacturing process proceeds sequentially. FIG. 2 (E)
Is a completed view of a pixel TFT and an auxiliary capacitance (Cs) portion thereof manufactured in the present example.
4 and an auxiliary capacitance (Cs) region 226 are shown.

【0056】まず、図2(A)に示すように、ガラス基
板201上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜202を形成す
る。この酸化ケイ素膜は、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。次に、減圧CVD法やプラ
ズマCVD法などによって、厚さ20〜100nm、例
えば50nmの真性(i型)の非晶質ケイ素(a−S
i)膜203を成膜する。プラズマCVD法により前記
a−Si膜203を成膜した場合には、その膜中に多量
の水素を含有し、後のレーザー照射時の膜剥がれの原因
となるため、ここで450℃程度の温度で数時間熱処理
を行い、膜中の水素を放出しておく必要がある。
First, as shown in FIG. 2A, a glass substrate 201 having a thickness of 30
A base film 202 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Next, an intrinsic (i-type) amorphous silicon (a-S) having a thickness of 20 to 100 nm, for example, 50 nm is formed by a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like.
i) The film 203 is formed. When the a-Si film 203 is formed by the plasma CVD method, a large amount of hydrogen is contained in the film, which causes peeling of the film during laser irradiation later. It is necessary to perform a heat treatment for several hours to release hydrogen in the film.

【0057】その後、図2(A)に示すように、レーザ
ー光207を照射し、a−Si膜203を結晶化する。
このときのレーザー光としては、XeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40nsec.)を用
いた。レーザー光207の照射条件は、照射時に基板を
200〜500℃、例えば400℃に加熱し、エネルギ
ー密度200〜350mJ/cm2、例えば300mJ
/cm2とした。レーザー光207は、基板面に対して
順次走査され、a−Si膜203の任意の一点に対し
て、それぞれ10回レーザー照射されるように走査ピッ
チを設定した。この工程により、a―Si膜203はそ
の融点以上に加熱され、溶融し固化することで良好な結
晶性を有する結晶性ケイ素膜となる。ここで、原子間力
顕微鏡(AFM)により、該結晶性ケイ素膜表面の平均
面粗さRaを測定すると、6〜7nm程度の値であっ
た。
After that, as shown in FIG. 2A, a laser beam 207 is irradiated to crystallize the a-Si film 203.
At this time, a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 40 nsec.) Was used as a laser beam. The irradiation condition of the laser beam 207 is such that the substrate is heated to 200 to 500 ° C., for example, 400 ° C. at the time of irradiation, and the energy density is 200 to 350 mJ / cm 2 , for example, 300 mJ.
/ Cm 2 . The laser beam 207 was sequentially scanned on the substrate surface, and the scanning pitch was set so that an arbitrary point on the a-Si film 203 was irradiated with laser 10 times each. By this step, the a-Si film 203 is heated to a temperature equal to or higher than its melting point, and is melted and solidified to form a crystalline silicon film having good crystallinity. Here, when the average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film was measured by an atomic force microscope (AFM), the value was about 6 to 7 nm.

【0058】次に、前記結晶性ケイ素膜の不要な部分を
パターニングにより除去することで、図2(B)に示す
ような素子間分離を行って、後にTFTの活性領域(ソ
ース領域、ドレイン領域、チャネル領域)および補助容
量(Cs)の下部電極を構成する島状の結晶性ケイ素膜
208を形成する。
Next, unnecessary portions of the crystalline silicon film are removed by patterning, thereby performing element isolation as shown in FIG. 2B, and subsequently, the active regions (source region, drain region) of the TFT. , A channel region) and an island-shaped crystalline silicon film 208 constituting a lower electrode of the storage capacitor (Cs).

【0059】次に、図2(C)に示すように、上記島状
の結晶性ケイ素膜208上にフォトレジストを塗布し、
露光・現像してマスク209を形成する。すなわち、マ
スク209により、後にTFTのチャネル領域となる部
分のみが覆われた状態となっている。そして、イオンド
ーピング法によって、フォトレジストのマスク209を
マスクとして不純物(リン)210を注入する。ドーピ
ングガスとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速
電圧を5〜30kV、例えば15kV、ドーズ量を1×
1015〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2
する。この工程により、不純物が注入された領域は後の
Nチャネル型TFT部224のソース領域217とな
り、またNチャネル型TFT部224のドレイン領域と
補助容量(Cs)の下部電極領域218を形成する。フ
ォトレジストのマスク209にマスクされ不純物210
が注入されない領域は、上述のように後にNチャネル型
TFT部224のチャネル領域216となる。その後、
フォトレジストのマスク209を除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, a photoresist is applied on the island-shaped crystalline silicon film 208,
Exposure and development are performed to form a mask 209. That is, the mask 209 is in a state where only a portion which will be a channel region of the TFT later is covered. Then, an impurity (phosphorus) 210 is implanted by ion doping using the photoresist mask 209 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is 5 to 30 kV, for example, 15 kV, and the dose is 1 ×.
10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . By this step, the region into which the impurities are implanted becomes the source region 217 of the N-channel TFT portion 224 later, and the drain region of the N-channel TFT portion 224 and the lower electrode region 218 of the storage capacitor (Cs) are formed. Impurities 210 masked by photoresist mask 209
Is not implanted later becomes the channel region 216 of the N-channel TFT portion 224 as described above. afterwards,
The photoresist mask 209 is removed.

【0060】そして、この状態でCVD装置内にガラス
基板201を導入する。CVD装置内で、まず結晶性ケ
イ素膜表面のライトエッチングを行う。このライトエッ
チング工程は、例えばCF4、O2をエッチングガスとし
て、0.1Torr程度の減圧雰囲気下、RFプラズマ
によるプラズマエッチングにより行った。本実施例にて
行った前記プラズマエッチングでのエッチングレートは
30nm/min程度であり、エッチング時間を20s
ec.と設定することで、結晶性ケイ素膜208を最表
面より約10nmエッチングした。これにより結晶性ケ
イ素膜208の膜厚は40nmとなった。このときの結
晶性ケイ素膜208(特にチャネル領域216)の表面
を原子間力顕微鏡(AFM)により測定した結果、平均
面粗さRaは2〜3nm程度と、初期値に比べ大きく低
減された。
Then, in this state, the glass substrate 201 is introduced into the CVD apparatus. First, in the CVD apparatus, light etching is performed on the surface of the crystalline silicon film. This light etching step was performed by plasma etching using RF plasma under a reduced pressure atmosphere of about 0.1 Torr using, for example, CF 4 and O 2 as an etching gas. The etching rate in the plasma etching performed in this embodiment is about 30 nm / min, and the etching time is 20 s.
ec. Then, the crystalline silicon film 208 was etched by about 10 nm from the outermost surface. As a result, the thickness of the crystalline silicon film 208 became 40 nm. At this time, the surface of the crystalline silicon film 208 (particularly, the channel region 216) was measured by an atomic force microscope (AFM). As a result, the average surface roughness Ra was about 2 to 3 nm, which was greatly reduced from the initial value.

【0061】引き続き、CVD同一チャンバー内にて、
CF4ガスの残留濃度低減および(結晶性ケイ素膜\ゲ
ート絶縁膜)の界面特性向上のため、酸素によるプラズ
マ処理を行った後、島状の結晶性ケイ素膜208を覆う
ように厚さ20〜150nm、ここでは100nmの酸
化ケイ素膜をゲート絶縁膜211として成膜する。酸化
ケイ素膜の形成には、ここではTEOS(Tetra
Ethoxy Ortho Silicate)を原料
とし、酸素とともに基板温度150〜600℃、好まし
くは300〜400℃で、RFプラズマCVD法で分解
・堆積した。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℃として形成してもよい。成膜後、ゲート絶縁膜21
1自身のバルク特性および(結晶性ケイ素膜\ゲート絶
縁膜)の界面特性をより向上するために、不活性ガス雰
囲気下で500〜600℃で数時間のアニールを行っ
た。同時に、このアニール処理により、ソース領域21
7およびドレイン領域と下部電極領域218にドーピン
グされた不純物210が活性化され、ソース領域217
およびドレイン領域と下部電極領域218が低抵抗化さ
れる。その結果、ソース領域217およびドレイン領域
と下部電極領域218のシート抵抗は800〜1000
Ω/□となった。
Subsequently, in the same CVD chamber,
After performing plasma treatment with oxygen to reduce the residual concentration of CF 4 gas and improve the interfacial characteristics of (crystalline silicon film 絶 縁 gate insulating film), a thickness of 20 to 20 mm is applied so as to cover the island-shaped crystalline silicon film 208. A 150-nm, here 100-nm, silicon oxide film is formed as the gate insulating film 211. Here, TEOS (Tetra) is used for forming the silicon oxide film.
Ethoxy Ortho Silicate) was used as a raw material, and was decomposed and deposited by RF plasma CVD at a substrate temperature of 150 to 600 ° C., preferably 300 to 400 ° C. together with oxygen. Alternatively, TEOS is used 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.
It may be formed at 0 ° C. After the film formation, the gate insulating film 21
In order to further improve the bulk characteristics of itself and the interface characteristics of (crystalline silicon film\gate insulating film), annealing was performed at 500 to 600 ° C. for several hours in an inert gas atmosphere. At the same time, this annealing process
7 and the impurity 210 doped in the drain region and the lower electrode region 218 are activated, and the source region 217 is formed.
The resistance of the drain region and the lower electrode region 218 is reduced. As a result, the sheet resistance of the source region 217 and the drain region and the lower electrode region 218 is 800 to 1000.
Ω / □.

【0062】引き続いて、図2(D)に示すように、ス
パッタリング法によって、厚さ300〜500nm、例
えば400nmのアルミニウムを成膜する。そして、ア
ルミニウム膜をパターニングして、ゲート電極212と
補助容量(Cs)領域226の上部電極213を形成す
る。ここで、ゲート電極212は平面的に見れば第n番
目のゲートバスラインの一部であり、補助容量(Cs)
の上部電極213は第n+1番目のゲートバスラインの
一部として形成されている。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, an aluminum film having a thickness of 300 to 500 nm, for example, 400 nm is formed by a sputtering method. Then, the aluminum film is patterned to form the gate electrode 212 and the upper electrode 213 in the storage capacitor (Cs) region 226. Here, the gate electrode 212 is a part of the n-th gate bus line in plan view, and has a storage capacitance (Cs).
Is formed as a part of the (n + 1) th gate bus line.

【0063】そして、図2(E)に示すように、厚さ5
00nm程度の酸化ケイ素膜を層間絶縁膜219として
形成する。この酸化ケイ素膜は、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CVD法によって形成す
れば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られ
る。 次に、層間絶縁膜219にコンタクトホールを形
成して、ソース電極220と画素電極223を形成す
る。ソース電極220は、金属材料、例えば、窒化チタ
ンとアルミニウムの二層膜によって形成する。窒化チタ
ン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止す
る目的のバリア膜として設けられる。画素電極223は
ITOなど透明導電膜により形成される。
Then, as shown in FIG.
A silicon oxide film of about 00 nm is formed as the interlayer insulating film 219. If this silicon oxide film is formed using TEOS as a raw material by a plasma CVD method with oxygen and a reduced pressure CVD method or a normal pressure CVD method with ozone, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained. Can be Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 219, and a source electrode 220 and a pixel electrode 223 are formed. The source electrode 220 is formed of a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. The pixel electrode 223 is formed of a transparent conductive film such as ITO.

【0064】そして最後に、1気圧の水素雰囲気で35
0℃、1時間程度のアニールを行い、図2(E)に示す
Nチャネル型TFT部224および補助容量(Cs)領
域226を完成させる。このアニール処理により、Nチ
ャネル型TFT部224の(活性領域/ゲート絶縁膜)
の界面へ水素原子を供給し、TFT特性を劣化させる不
対結合手を低減する効果がある。なお、さらにNチャネ
ル型TFT224を保護する目的で、必要な箇所のみプ
ラズマCVD法により形成された窒化ケイ素膜でカバー
してもよい。
Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing is performed at 0 ° C. for about 1 hour to complete the N-channel TFT portion 224 and the auxiliary capacitance (Cs) region 226 shown in FIG. By this annealing process, the (active region / gate insulating film) of the N-channel type TFT portion 224 is formed.
Has the effect of reducing dangling bonds that degrade the TFT characteristics by supplying hydrogen atoms to the interface of. In order to further protect the N-channel TFT 224, only necessary portions may be covered with a silicon nitride film formed by a plasma CVD method.

【0065】以上の実施例にしたがって作製したTFT
は、電界効果移動度で50〜80cm2/Vs、閾値電
圧2〜3Vという良好な特性を示した。また、Nチャネ
ル型TFT部224のチャネル領域216とドレイン領
域と下部電極領域218においては、その表面平均粗さ
Raが共に2〜3nm程度に低減されているため、ゲー
ト絶縁膜211を介したリーク電流はほとんど無く、そ
れぞれの容量の不均一性も小さく抑えられる。その結
果、本実施例にて作製したアクティブマトリクス基板を
用い、液晶表示パネルを作製し、全面表示を行った結
果、信頼性が高く、表示むらの無い高表示品位の液晶表
示装置が実現できた。
The TFT manufactured according to the above embodiment
Showed good characteristics of a field effect mobility of 50 to 80 cm 2 / Vs and a threshold voltage of 2 to 3 V. In the channel region 216, the drain region, and the lower electrode region 218 of the N-channel type TFT portion 224, the surface average roughness Ra is reduced to about 2 to 3 nm. There is almost no current, and the non-uniformity of each capacitance can be kept small. As a result, a liquid crystal display panel was manufactured using the active matrix substrate manufactured in this example, and the entire display was performed. As a result, a high-reliability, high-display-quality liquid crystal display device without display unevenness was realized. .

【0066】(実施例2)本発明を用いた第2の実施例
について説明する。本実施例では、ガラス基板上にNチ
ャネル型TFTを作製する際の工程について、本発明を
利用した場合の説明を行う。本実施例のNチャネル型T
FTはアクティブマトリクス型の液晶表示装置のドライ
バー回路や画素部分は勿論、同一基板上にCPUや制御
回路、信号発生回路等を構成する素子としても用いるこ
とができる。なお、TFTの応用範囲としては、液晶表
示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路に利
用できることは言うまでもない。
(Embodiment 2) A second embodiment using the present invention will be described. In this embodiment, a description will be given of a process of manufacturing an N-channel TFT on a glass substrate in the case where the present invention is used. N-channel type T of this embodiment
The FT can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a CPU, a control circuit, a signal generation circuit, and the like on the same substrate. It goes without saying that TFTs can be applied not only to liquid crystal display devices but also to thin film integrated circuits that are generally called.

【0067】以下において、図3に示すのが、本実施例
で説明するTFTの作製工程の概要を示す断面図であ
り、(A)→(E)の順にしたがって作製工程が順次進
行する。 まず、図3(A)に示すように、ガラス基板
301上に例えばスパッタリング法によって、厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜302を形成す
る。この酸化ケイ素膜は、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。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the steps of manufacturing the TFT described in this embodiment, and the manufacturing steps sequentially proceed in the order of (A) → (E). First, as shown in FIG. 3A, a thickness of 30 mm is formed on a glass substrate 301 by, for example, a sputtering method.
A base film 302 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate.

【0068】次に減圧CVD法によって、厚さ20〜1
00nm、例えば50nmの真性(I型)の非晶質ケイ
素膜(a−Si膜)303を成膜する。
Next, by a low pressure CVD method, a thickness of 20 to 1
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 303 having a thickness of 00 nm, for example, 50 nm is formed.

【0069】次に図3(A)に示すように、a−Si膜
303の表面にニッケルを溶かせた水溶液305が接す
るようにガラス基板301を保持する。本実施例では、
溶質としては酢酸ニッケルを用い、水溶液中のニッケル
濃度は10ppmとなるようにした。その後、スピナー
により水溶液305をガラス基板301上に均一に延ば
し乾燥させる。
Next, as shown in FIG. 3A, the glass substrate 301 is held so that the surface of the a-Si film 303 is in contact with the aqueous solution 305 in which nickel is dissolved. In this embodiment,
Nickel acetate was used as the solute, and the nickel concentration in the aqueous solution was adjusted to 10 ppm. After that, the aqueous solution 305 is uniformly spread on the glass substrate 301 by a spinner and dried.

【0070】そして、これを水素還元雰囲気下または不
活性雰囲気下、加熱温度520〜600℃で数時間から
十数時間、例えば550℃で4時間アニールして結晶化
させる。この際、表面に塗布されたニッケルが核とな
り、ガラス基板301に対して垂直方向に非晶質ケイ素
膜303の結晶化が起こり、図3(B)に示すように結
晶性ケイ素膜303aが形成される。表面に塗布された
ニッケルは、結晶性ケイ素膜303a全体に拡散してお
り、このときの結晶性ケイ素膜303a中のニッケル濃
度は、1×1018atoms/cm3程度であった。こ
のときの個々の結晶粒は、100〜200nm幅の柱状
結晶のネットワークにより構成されており、20〜30
μm程度の結晶粒径であった。
This is annealed in a hydrogen reducing atmosphere or an inert atmosphere at a heating temperature of 520 to 600 ° C. for several hours to several tens of hours, for example, at 550 ° C. for 4 hours for crystallization. At this time, nickel coated on the surface becomes a nucleus, and crystallization of the amorphous silicon film 303 occurs in a direction perpendicular to the glass substrate 301, and a crystalline silicon film 303a is formed as shown in FIG. Is done. The nickel applied to the surface was diffused throughout the crystalline silicon film 303a, and the nickel concentration in the crystalline silicon film 303a at this time was about 1 × 10 18 atoms / cm 3 . At this time, each crystal grain is constituted by a network of columnar crystals having a width of 100 to 200 nm,
The crystal grain size was about μm.

【0071】その後、図3(B)に示すように、レーザ
ー光307を照射し、結晶性ケイ素膜303aの再結晶
化を行う。このときのレーザー光としては、XeClエ
キシマレーザー(波長308nm、パルス幅40nse
c.)を用いた。レーザー光307の照射条件は、照射
時に基板を200〜500℃、例えば400℃に加熱
し、エネルギー密度200〜350mJ/cm2、例え
ば300mJ/cm2とした。レーザー光307は、基
板面に対して順次走査され、結晶性ケイ素膜303aの
任意の一点に対して、それぞれ10回レーザー照射され
るように走査ピッチを設定した。この工程により、結晶
性ケイ素膜303aはその融点以上に加熱され、溶融し
固化することで、一部を種結晶として再結合し、さらに
良好な結晶性となる。ここで、原子間力顕微鏡(AF
M)により、結晶性ケイ素膜303aの表面の平均面粗
さRaを測定すると、7〜8nm程度の値であった。前
記第1実施例と比較して平均面粗さRaが大きいのは、
レーザー照射における出発膜が結晶性ケイ素膜であるた
め、上記のように、その一部を種結晶として再結晶化
し、結晶粒径が大きく成長するからであり、その分リッ
ジも大きくなるからである。
After that, as shown in FIG. 3B, a laser beam 307 is irradiated to recrystallize the crystalline silicon film 303a. The laser light at this time was a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 ns)
c. ) Was used. The laser light irradiation conditions 307, 200 to 500 ° C. The substrate upon irradiation, by heating for example to 400 ° C., the energy density 200~350mJ / cm 2, for example was 300 mJ / cm 2. The scanning pitch was set so that the laser beam 307 was sequentially scanned on the substrate surface, and laser irradiation was performed 10 times on any one point of the crystalline silicon film 303a. In this step, the crystalline silicon film 303a is heated to a temperature equal to or higher than its melting point, melted and solidified, and is partially recombined as a seed crystal to further improve the crystallinity. Here, an atomic force microscope (AF)
M), the average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film 303a was measured and was about 7 to 8 nm. The reason why the average surface roughness Ra is larger than that of the first embodiment is as follows.
Because the starting film in the laser irradiation is a crystalline silicon film, as described above, a part of the film is recrystallized as a seed crystal, and the crystal grain size grows larger, and the ridge increases accordingly. .

【0072】次に、図3(C)に示すように、不要な部
分の結晶性ケイ素膜303aをパターニングにより除去
して素子間分離を行い、後にTFTの活性領域(ソース
領域、ドレイン領域、チャネル領域)となる島状の結晶
性ケイ素膜308を形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (C), unnecessary portions of the crystalline silicon film 303a are removed by patterning to perform element isolation, and subsequently, the active regions (source region, drain region, channel) of the TFT are formed. An island-shaped crystalline silicon film 308 to be a region is formed.

【0073】そして、この状態でCVD装置内にガラス
基板301を導入し、まず島状の結晶性ケイ素膜308
の表面をライトエッチングする。このライトエツチング
工程は、例えばNF3、Arをエッチングガスとして、
RFプラズマによるプラズマエッチングにより行った。
本実施例にて行った前記プラズマエッチングでのエッチ
ングレートは60nm/min程度であり、エッチング
時間を20sec.と設定することで、島状の結晶性ケ
イ素膜308を最表面より約20nmエッチングした。
これにより島状の結晶性ケイ素膜308の膜厚は30n
mとなった。このときの島状の結晶性ケイ素膜308の
表面を原子間力顕微鏡(AFM)により測定した結果、
平均面粗さRaは2〜3nm程度と、初期値に比べ大き
く低減された。
Then, in this state, the glass substrate 301 is introduced into the CVD apparatus, and first, the island-shaped crystalline silicon film 308 is formed.
Is lightly etched. In this light etching step, for example, NF 3 or Ar is used as an etching gas.
This was performed by plasma etching using RF plasma.
The etching rate in the plasma etching performed in this embodiment is about 60 nm / min, and the etching time is 20 sec. Then, the island-shaped crystalline silicon film 308 was etched by about 20 nm from the outermost surface.
Thus, the thickness of the island-shaped crystalline silicon film 308 is 30 n.
m. At this time, the surface of the island-shaped crystalline silicon film 308 was measured by an atomic force microscope (AFM).
The average surface roughness Ra was about 2 to 3 nm, which was greatly reduced as compared with the initial value.

【0074】引き続き、CVD装置の同一チャンバー内
にて、NF3ガスの残留濃度の低減および島状の結晶性
ケイ素膜308の表面クリーニングのため、水素による
プラズマ処理を行った後、連続して、島状の結晶性ケイ
素膜308を覆うように厚さ20〜150nm、ここで
は100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜311とし
て成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここではTEO
S(Tetra Ethoxy Ortho Sili
cate)を原料とし、酸素とともに基板温度150〜
600℃、好ましくは300〜400℃で、RFプラズ
マCVD法で分解・堆積した。成膜後、ゲート絶縁膜3
11自身のバルク特性および(島状の結晶性ケイ素膜3
08\ゲート絶縁膜311)の界面特性を向上するため
に、不活性ガス雰囲気下で500〜600℃で数時間の
アニールを行った。
Subsequently, in the same chamber of the CVD apparatus, plasma treatment with hydrogen was performed to reduce the residual concentration of the NF 3 gas and clean the surface of the crystalline silicon film 308 in an island shape. A silicon oxide film having a thickness of 20 to 150 nm, here 100 nm, is formed as the gate insulating film 311 so as to cover the island-shaped crystalline silicon film 308. Here, TEO is used for forming the silicon oxide film.
S (Tetra Ethoxy Ortho Sili)
cat) as a raw material and a substrate temperature of 150 to 150 together with oxygen.
Decomposition and deposition were performed at 600 ° C., preferably 300 to 400 ° C., by RF plasma CVD. After the film formation, the gate insulating film 3
11 itself bulk characteristics and (island-like crystalline silicon film 3
08\ In order to improve the interface characteristics of the gate insulating film 311), annealing was performed at 500 to 600 ° C. for several hours in an inert gas atmosphere.

【0075】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ300〜800nm、例えば500nmのアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極312を形成する。さらに、このア
ルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸化物
層314を形成する。この状態が図3(D)に相当す
る。陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレング
リコール溶液中で行い、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る。得ら
れた酸化物層314の厚さは200nmである。なお、
この酸化物層314は、後のイオンドーピング工程にお
いて、オフセットゲート領域を形成する厚さとなるの
で、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化工程で
決めることができる。
Subsequently, by the sputtering method,
An aluminum film having a thickness of 300 to 800 nm, for example, 500 nm is formed. Then, the gate electrode 312 is formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 314 on the surface. This state corresponds to FIG. The anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%, and the voltage is first increased to 220 V at a constant current, and the state is maintained for 1 hour to complete the process. The thickness of the obtained oxide layer 314 is 200 nm. In addition,
Since the oxide layer 314 has a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.

【0076】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極312とその周囲の酸化物層314をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、ドーズ量を1×10
15〜8×1015cm-2、例えば2×1015cm-2とす
る。この工程により、不純物が注入された領域は後にT
FTのソース領域317とドレイン領域318となり、
ゲート電極312およびその周囲の酸化物層314にマ
スクされ不純物が注入されない領域は、後にTFTのチ
ャネル領域316となる。
Next, impurities (phosphorus) are implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 312 and the oxide layer 314 around the gate electrode 312 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose is 1 × 10 4
15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . By this step, the region into which the impurities are implanted becomes
FT source region 317 and drain region 318,
A region which is masked by the gate electrode 312 and its surrounding oxide layer 314 and into which impurities are not implanted later becomes a channel region 316 of the TFT.

【0077】その後、図3(D)に示すように、レーザ
ー光315の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入
工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。こ
の際、使用するレーザーとしてはXeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40sec.)を用
い、エネルギー密度I50〜400mJ/cm2、好ま
しくは200〜250mJ/cm2で、1カ所に付き4
ショット照射を行った。こうして形成されたN型不純物
(リン)を導入したソース領域317、ドレイン領域3
18のシート抵抗は、200〜300Ω/□であった。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, annealing is performed by irradiating a laser beam 315 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, a portion where crystallinity is deteriorated in the above-described impurity introducing step is reduced. Improves crystallinity. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 sec.) Is used as the laser to be used, and the energy density I is 50 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 ,
Shot irradiation was performed. The source region 317 and the drain region 3 into which the N-type impurity (phosphorus) thus formed is introduced.
The sheet resistance of No. 18 was 200 to 300 Ω / □.

【0078】続いて、厚さ600nm程度の酸化ケイ素
膜を層間絶縁膜319として形成する。該酸化ケイ素膜
の形成には、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CVD法によって形成すれば、段差被覆性に優
れた良好な層間絶縁膜が得られる。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of about 600 nm is formed as an interlayer insulating film 319. When the silicon oxide film is formed by using TEOS as a raw material by a plasma CVD method with oxygen or a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method with ozone, a good interlayer insulating film having excellent step coverage can be obtained. A film is obtained.

【0079】次に、層間絶縁膜319にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミ
ニウムの二層膜によってTFTのソース電極・ソース配
線320、ドレイン電極・ドレイン配線321を形成す
る。上記窒化チクン膜は、アルミニウムが半導体層に拡
散するのを防止する目的のバリア膜として設けられる。
そして最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、1時間
程度のアニールを行い、図3(E)に示すNチャネル型
TFT部324を完成させる。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 319, and a source electrode / source wiring 320 and a drain electrode / drain wiring 321 of the TFT are formed using a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum. . The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer.
Finally, annealing is performed at 350 ° C. for about 1 hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete the N-channel TFT portion 324 shown in FIG.

【0080】本TFTを、画素電極をスイッチングする
素子として用いる場合にはソース電極・ソース配線32
0またはドレイン電極・ドレイン配線321をITOな
ど透明導電膜からなる画素電極に接続し、もう一方の電
極より信号を入力する。また、本TFTを薄膜集積回路
に用いる場合には、ゲート電極312上にもコンタクト
ホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。
When this TFT is used as an element for switching a pixel electrode, the source electrode / source wiring 32
0 or the drain electrode / drain wiring 321 is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO, and a signal is input from the other electrode. In the case where the present TFT is used for a thin film integrated circuit, a contact hole may be formed also on the gate electrode 312 and a necessary wiring may be provided.

【0081】以上の実施例にしたがって作製したNチャ
ネル型TFTは、電界効果移動度で100〜150cm
2/Vs、閾値電圧1〜2Vという良好な特性を示し、
TFTオフ領域でのリーク電流も数pAと小さく、特性
安定性、信頼性に優れるものであった。
The N-channel TFT manufactured according to the above embodiment has a field-effect mobility of 100 to 150 cm.
2 / Vs, showing good characteristics of a threshold voltage of 1-2 V,
The leakage current in the TFT off region was as small as several pA, and the characteristics were excellent in stability and reliability.

【0082】(実施例3)本発明を用いた第3の実施例
について説明する。本実施例では、アクティブマトリク
ス型の液晶表示装置の周辺駆動回路や、一般の薄膜集積
回路を形成するNチャネル型TFTとPチャネル型TF
Tを相補型に接続したCMOS構造の回路をガラス基板
上に作製する工程について、説明を行う。
(Embodiment 3) A third embodiment using the present invention will be described. In this embodiment, an N-channel TFT and a P-channel TF which form a peripheral driving circuit of an active matrix type liquid crystal display device and a general thin film integrated circuit are used.
A process for manufacturing a circuit having a CMOS structure in which Ts are connected in a complementary manner on a glass substrate will be described.

【0083】図4は、本実施例で説明するTFTの作製
工程の概要を示す平面図である。図5は、図4のA―
A'で切った断面図であり、(A)→(E)の順にした
がって工程が順次進行する。図5(E)に示すのが、本
実施例によるCMOS回路の完成図であり、Nチャネル
型TFT部424とPチャネル型TFT部425により
構成される。
FIG. 4 is a plan view showing an outline of a manufacturing process of the TFT described in this embodiment. FIG. 5 is a diagram of FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by A ', and a process advances sequentially according to (A)-> (E). FIG. 5E is a completed view of the CMOS circuit according to the present embodiment, which is composed of an N-channel TFT section 424 and a P-channel TFT section 425.

【0084】まず、図5(A)に示すように、ガラス基
板401上に例えばスパッタリング法によって厚さ30
0nm程度の酸化ケイ素からなる下地膜402を形成す
る。この酸化ケイ素膜は、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。次に、減圧CVD法あるい
はプラズマCVD法によって、厚さ20〜100nm、
例えば50nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−
Si膜)403を成膜する。
First, as shown in FIG. 5A, a glass substrate 401 having a thickness of 30
A base film 402 of about 0 nm made of silicon oxide is formed. This silicon oxide film is provided to prevent diffusion of impurities from the glass substrate. Next, by a low pressure CVD method or a plasma CVD method,
For example, a 50 nm intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-
(Si film) 403 is formed.

【0085】次に、a−Si膜403上に感光性樹脂
(フォトレジスト)を塗布し、露光・現像してマスク4
04とする。フォトレジストよりなるマスク404のス
ルーホールにより、領域400においてスリット状にa
−Si膜403が露呈される。即ち、図5(A)の状態
を上面から見ると、図4のように領域400でa−Si
膜403が露呈しており、他の部分はフォトレジストに
よリマスクされている状態となっている。
Next, a photosensitive resin (photoresist) is applied on the a-Si film 403, and is exposed and developed to form a mask 4
04. Due to the through holes in the mask 404 made of photoresist, a
-The Si film 403 is exposed. That is, when the state of FIG. 5A is viewed from above, the a-Si
The film 403 is exposed, and the other portions are in a state of being remasked by the photoresist.

【0086】次に、図5(A)に示すように、ガラス基
板401の表面にニッケルを薄膜405を蒸着する。本
実施例では、蒸着ソースと基板間の距離を通常より大き
くして、蒸着レートを低下させることで、ニッケルの薄
膜405の厚さが1〜2nm程度となるように制御し
た。このときの基板401上におけるニッケルの面密度
を実際に測定すると、1×1013atoms/cm2
度であった。そして、フォトレジストよりなるマスク4
04を除去することで、マスク404上のニッケル薄膜
405がリフトオフされ、領域400のa−Si膜40
3において、選択的にニッケルの微量添加が行われたこ
とになる。そして、これを不活性雰囲気下、例えば加熱
温度550℃で16時間アニールして結晶化させる。
Next, as shown in FIG. 5A, a thin film 405 of nickel is deposited on the surface of the glass substrate 401. In this example, the distance between the deposition source and the substrate was made larger than usual, and the deposition rate was reduced, so that the thickness of the nickel thin film 405 was controlled to be about 1 to 2 nm. At this time, when the surface density of nickel on the substrate 401 was actually measured, it was about 1 × 10 13 atoms / cm 2 . And a mask 4 made of photoresist.
04, the nickel thin film 405 on the mask 404 is lifted off, and the a-Si film 40 in the region 400 is lifted off.
In No. 3, this means that a trace amount of nickel was selectively added. Then, this is annealed in an inert atmosphere, for example, at a heating temperature of 550 ° C. for 16 hours to be crystallized.

【0087】この際、領域400においては、a−Si
膜403の表面に添加されたニッケルを核としてガラス
基板401に対して垂直方向に非晶質ケイ素膜403の
結晶化が起こり、結晶性ケイ素膜403aが形成され
る。そして、領域400の周辺領域では、図5(B)に
おいて、結晶成長方向を矢印406で示すように、領域
400から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行
われ、横方向結晶成長した結晶性ケイ素膜403bが形
成される。また、それ以外の領域である非晶質ケイ素膜
403は、そのまま非晶質ケイ素膜領域403cとして
残る。この横方向に結晶成長した結晶性ケイ素膜403
b中のニッケル濃度は1×1017atoms/cm3
度であった。なお、上記結晶成長に際し、矢印406で
示される基板と平行な方向の結晶成長の距離は、80μ
m程度であった。
At this time, in the region 400, a-Si
With the nickel added to the surface of the film 403 as a nucleus, crystallization of the amorphous silicon film 403 occurs in a direction perpendicular to the glass substrate 401, and a crystalline silicon film 403a is formed. In the peripheral region of the region 400, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 400 as shown by an arrow 406 in FIG. The formed crystalline silicon film 403b is formed. Further, the amorphous silicon film 403 as the other region remains as the amorphous silicon film region 403c. The crystalline silicon film 403 grown in the lateral direction
The nickel concentration in b was about 1 × 10 17 atoms / cm 3 . In the above crystal growth, the distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by arrow 406 is 80 μm.
m.

【0088】その後、図5(B)に示すように、レーザ
ー光407を照射し、結晶性ケイ素膜403a及び40
3bの再結晶化を行う。このときのレーザー光として
は、XeClエキシマレーザー(波長308nm、パル
ス幅40nsec.)を用いた。レーザー光407の照
射条件は、照射時に基板を200〜500℃、例えば4
00℃に加熱し、エネルギー密度200〜350mJ/
cm2、例えば300mJ/cm2とした。レーザー光4
07は、基板面に対して順次走査され、結晶性ケイ素膜
403a、403bの任意の一点に対して、それぞれ1
0回レーザー照射されるように走査ピッチを設定した。
この工程により、結晶性ケイ素領域403aおよび40
3bはその融点以上に加熱され、溶融し固化すること
で、一部を種結晶として再結合し、さらに良好な結晶性
となる。また、a−Si領域403cは、結晶化され結
晶性ケイ素膜403dとなる。ここで、原子間力顕微鏡
(AFM)により、結晶性ケイ素膜403b表面の平均
面粗さRaを測定すると、7〜8nm程度の値であっ
た。
Thereafter, as shown in FIG. 5B, laser light 407 is applied to the crystalline silicon films 403a and 403a.
3b is recrystallized. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 40 nsec.) Was used as a laser beam. The irradiation condition of the laser beam 407 is such that the substrate is irradiated at a temperature of 200 to 500 ° C.
Heat to 00 ° C, energy density 200-350mJ /
cm 2 , for example, 300 mJ / cm 2 . Laser light 4
07 is sequentially scanned with respect to the substrate surface, and 1 point is set to any one point of the crystalline silicon films 403a and 403b.
The scanning pitch was set so that laser irradiation was performed 0 times.
This step allows the crystalline silicon regions 403a and 40
3b is heated above its melting point, melts and solidifies, and is partially recombined as a seed crystal, resulting in better crystallinity. Further, the a-Si region 403c is crystallized into a crystalline silicon film 403d. Here, when the average surface roughness Ra of the surface of the crystalline silicon film 403b was measured by an atomic force microscope (AFM), the value was about 7 to 8 nm.

【0089】その後、図5(C)に示すように、結晶性
ケイ素膜403b領域が、後のTFTの活性領域(素子
領域)となるように、それ以外の結晶性ケイ素膜をパタ
ーニングによりエッチング除去して素子間分離を行い、
島状の結晶性ケイ素膜408n、408pを形成する。
After that, as shown in FIG. 5C, the other crystalline silicon film is etched and removed by patterning so that the crystalline silicon film 403b region becomes an active region (element region) of a later TFT. To separate the elements,
The island-shaped crystalline silicon films 408n and 408p are formed.

【0090】そして、この状態でCVD装置内にガラス
基板401を導入し、まず結晶性ケイ素膜408n、4
08pの表面のライトエッチングを行う。このライトエ
ッチング工程は、例えばCF4、O2をエッチングガスと
して、RFプラズマによるプラズマエッチングにより行
った。本実施例にて行った前記プラズマエッチングでの
エッチングレートは30nm/min程度であり、エッ
チング時間を40sec.と設定することで、結晶性ケ
イ素膜408n、408pを最表面より約20nmエッ
チングした。これにより島状の結晶性ケイ素膜408
n、408pの膜厚は30nmとなった。このときの結
晶性ケイ素膜408表面を原子間力顕微鏡(AFM)に
より測定した結果、平均面粗さRaは2〜3nm程度
と、初期値に比べ大きく低減された。
Then, in this state, the glass substrate 401 is introduced into the CVD apparatus, and first, the crystalline silicon film 408n,
Light etching of the surface of 08p is performed. This light etching step was performed by plasma etching using RF plasma using, for example, CF 4 and O 2 as an etching gas. The etching rate in the plasma etching performed in this embodiment is about 30 nm / min, and the etching time is 40 sec. By setting, the crystalline silicon films 408n and 408p were etched by about 20 nm from the outermost surface. Thereby, the island-shaped crystalline silicon film 408 is formed.
The film thickness of n, 408p was 30 nm. At this time, the surface of the crystalline silicon film 408 was measured by an atomic force microscope (AFM). As a result, the average surface roughness Ra was about 2 to 3 nm, which was greatly reduced as compared with the initial value.

【0091】引き続き、CVD装置の同一チャンバー内
にて、CF4ガスの残留濃度の低減および(ケイ素膜\
ゲート絶縁膜)の界面特性向上のため、酸素によるプラ
ズマ処理を行った後、連続して、島状の結晶性ケイ素膜
408n、408pを覆うように厚さ20〜150n
m、ここでは100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜
411として成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここ
ではTEOS(Tetra Ethoxy Ortho
Silicate)を原料とし、酸素とともに基板温
度150〜600℃、好ましくは300〜400℃で、
RFプラズマCVD法で分解・堆積した。成膜後、ゲー
ト絶縁膜411自身のバルク特性および(結晶性ケイ素
膜408n、408p\ゲート絶縁膜411)の界面特
性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で500〜6
00℃で数時間のアニールを行った。
Subsequently, in the same chamber of the CVD apparatus, the residual concentration of CF 4 gas was reduced and (the silicon film
After performing a plasma treatment with oxygen to improve the interface characteristics of the gate insulating film, the thickness is 20 to 150 n so as to continuously cover the island-shaped crystalline silicon films 408 n and 408 p.
m, a 100 nm silicon oxide film is formed here as the gate insulating film 411. For the formation of the silicon oxide film, TEOS (Tetra Ethoxy Ortho) is used here.
(Silicate) as a raw material and a substrate temperature of 150 to 600 ° C, preferably 300 to 400 ° C, together with oxygen.
Decomposed and deposited by RF plasma CVD. After the film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 411 itself and the interface characteristics of the (crystalline silicon films 408n, 408p\gate insulating film 411), the film thickness is set to 500 to 6 in an inert gas atmosphere.
Annealing was performed at 00 ° C. for several hours.

【0092】次に、図5(D)に示すように、スパッタ
リング法によって厚さ400〜800nm、例えば50
0nmのアルミニウム(0.1〜2%のシリコンを含
む)を成膜し、アルミニウム膜をパターニングして、ゲ
ート電極412n、412pを形成する。
Next, as shown in FIG. 5D, a thickness of 400 to 800 nm, for example, 50
A film of 0 nm aluminum (containing 0.1 to 2% silicon) is formed, and the aluminum film is patterned to form gate electrodes 412n and 412p.

【0093】次に、イオンドーピング法によって島状の
結晶性ケイ素膜408n、408pにゲート電極412
n、412pをマスクとして不純物(リン、およびホウ
素)を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィン
(PH3)およびジボラン(B26)を用い、前者の場
合は、加速電圧を60〜90kV、例えば80kV、後
者の場合は、40kV〜80kV、例えば65kVと
し、ドーズ量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば
リンを2×1015cm-2、ホウ素を5×1015cm-2
する。この工程により、ゲート電極412n、412p
にマスクされ不純物が注入されない領域は後にTFTの
チャネル領域416n、416pとなる。ドーピングに
際しては、ドーピングが不要な領域をフォトレジストで
覆うことによって、それぞれの元素を選択的にドーピン
グを行う。
Next, the gate electrodes 412 are formed on the island-shaped crystalline silicon films 408n and 408p by ion doping.
Impurities (phosphorus and boron) are implanted using n, 412p as a mask. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas. In the former case, the accelerating voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, the accelerating voltage is 40 kV to 80 kV, for example, 65 kV. Is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, phosphorus is 2 × 10 15 cm −2 and boron is 5 × 10 15 cm −2 . By this step, the gate electrodes 412n, 412p
The regions which are not masked and into which the impurities are not implanted become channel regions 416n and 416p of the TFT later. At the time of doping, each element is selectively doped by covering a region not requiring doping with a photoresist.

【0094】この結果、N型の不純物を注入したソース
領域417nとドレイン領域418n、P型の不純物を
注入したソース領域417pとドレイン領域418pが
形成され、図5(D)および(E)に示すように、Nチ
ャネル型TFT部424とPチャネル型TFT部425
とを形成することができる。この状態を基板上方より見
ると図4のようになっており、ここで島状の結晶性ケイ
素膜408nおよび408pにおいて、結晶成長方向を
示す矢印406とキャリアの移動方向(ソース→ドレイ
ン方向)は平行となるように配置してある。このような
配置を採ることで、さらに高移動度を有するTFTが得
られる。
As a result, a source region 417n and a drain region 418n into which an N-type impurity has been implanted, and a source region 417p and a drain region 418p into which a P-type impurity has been implanted are formed, as shown in FIGS. 5D and 5E. As described above, the N-channel TFT section 424 and the P-channel TFT section 425
And can be formed. This state is viewed from above the substrate, as shown in FIG. 4. Here, in the island-shaped crystalline silicon films 408n and 408p, the arrow 406 indicating the crystal growth direction and the moving direction of the carrier (the direction from the source to the drain) are shown. They are arranged so as to be parallel. By adopting such an arrangement, a TFT having higher mobility can be obtained.

【0095】その後、図5(D)に示すように、レーザ
ー光415の照射によってアニールを行い、イオン注入
した不純物の活性化を行う。レーザー光としては、Xe
Clエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40
sec.)を用い、レーザー光の照射条件としては、エ
ネルギー密度250mJ/cm2で一か所につき4ショ
ット照射した。
Thereafter, as shown in FIG. 5D, annealing is performed by irradiation with laser light 415 to activate the ion-implanted impurities. As the laser light, Xe
Cl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40
sec. ), And the laser beam was irradiated at an energy density of 250 mJ / cm 2 for four shots per location.

【0096】続いて、図5(E)に示すように、厚さ6
00nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜419として、T
EOSを原料としたプラズマCVD法によって形成し、
これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例え
ば、窒化チタンとアルミニウムの二層膜によってTFT
のソース電極・ソース配線420、ソース・ドレイン電
極421、ドレイン電極・ドレイン配線422を形成す
る。そして最後に、1気圧の水素雰囲気下で350℃、
1時間程度のアニールを行い、Nチャネル型TFT部4
24とPチャネル型TFT部425を完成させる。
Subsequently, as shown in FIG.
Using a silicon oxide film of 00 nm as the interlayer insulating film 419, T
Formed by a plasma CVD method using EOS as a raw material,
A contact hole is formed in this, and a TFT is formed by a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum.
The source electrode / source wiring 420, the source / drain electrode 421, and the drain electrode / drain wiring 422 are formed. Finally, at 350 ° C. under a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Anneal for about one hour to obtain an N-channel TFT unit 4
24 and a P-channel type TFT portion 425 are completed.

【0097】以上の実施例にしたがって作製したCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度はNチャネル型TFTで150〜200cm2/V
s、Pチャネル型TFTで80〜120cm2/Vsと
高く、閾値電圧はNチャネル型TFTで0〜1V、Pチ
ャネル型TFTで−2〜−3Vと非常に良好な特性を示
す。さらに、繰り返し測定に伴う特性劣化もほとんどな
く、信頼性の高いCMOS構造回路が得られた。
The CMO fabricated according to the above embodiment
In the S structure circuit, the field-effect mobility of each TFT is 150 to 200 cm 2 / V for an N-channel TFT.
The s-type and P-channel type TFTs are as high as 80 to 120 cm 2 / Vs, and the threshold voltage is 0 to 1 V for the N-channel type TFTs, and is −2 to -3 V for the P-channel type TFTs. Furthermore, a highly reliable CMOS structure circuit was obtained with almost no characteristic deterioration due to repeated measurement.

【0098】以上、本発明に基づく実施例3例につき具
体的に説明したが、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。
Although the third embodiment according to the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. is there.

【0099】例えば、前述の3例の実施例においては、
CVD装置を用い、活性領域となるケイ素膜表面をプラ
ズマエッチングし、その後、連続してゲート絶縁膜をプ
ラズマCVD法により形成しているが、その他にスパッ
タリングなどのPVD法を用いても良い。スパッタリン
グ装置を用いた場合には、結晶性ケイ素膜の最表面を逆
スパッタリング工程にて物理的に削りとった後、ゲート
絶縁膜をスパッタリングにて形成すれば良い。また、ゲ
ート絶縁膜の形成前の処理としては、上述の酸素プラズ
マ処理と水素プラズマ処理を併用するとより効果が見ら
れる。
For example, in the above three embodiments,
The silicon film surface serving as an active region is plasma-etched using a CVD apparatus, and then a gate insulating film is continuously formed by a plasma CVD method. Alternatively, a PVD method such as sputtering may be used. In the case where a sputtering apparatus is used, the gate insulating film may be formed by sputtering after the outermost surface of the crystalline silicon film is physically shaved in a reverse sputtering step. Further, as the treatment before the formation of the gate insulating film, the combined use of the above-described oxygen plasma treatment and hydrogen plasma treatment is more effective.

【0100】a−Si膜の結晶化に際しては、XeCl
エキシマレーザーを用いたが、それ以外の様々な強光照
射により結晶化された場合にも勿論、同様の効果があ
り、波長248nmのKrFエキシマレーザーや、波長
488nmの連続発振Arレーザーなどにおいても同様
である。
When the a-Si film is crystallized, XeCl
Although an excimer laser was used, the same effect can be obtained, of course, in the case of crystallization by irradiation of various other intense light, and the same applies to a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm or a continuous oscillation Ar laser having a wavelength of 488 nm. It is.

【0101】また、上記第2および第3実施例では、固
相結晶成長法としては、触媒元素を用い短時間で結晶化
する方法を用いたが、触媒元素を用いず通常の固相結晶
成長法を用いても同様の効果が得られる。また、上記第
2および第3実施例では、触媒元素であるニッケルを導
入する方法として、非晶質ケイ素膜表面をニッケル塩を
溶かせた水溶液を塗布する方法、あるいは蒸着法によリ
ニッケル薄膜を形成する方法により、ニッケルの微量添
加を行い、結晶成長を行わせる方法を採用した。しか
し、第1の非晶質ケイ素膜成膜前に、基板表面にニッケ
ルを導入し、非晶質ケイ素膜下層よりニッケルを拡散さ
せ結晶成長を行わせる方法でもよい。即ち、結晶成長は
非晶質ケイ素膜の上面側から行ってもよいし、下面側か
ら行ってもよい。また、ニッケルの導入方法としても、
その他、様々な手法を用いることができる。例えば、ニ
ッケル塩を溶かせる溶媒として、SOG(スピンオング
ラス)材料を溶媒としてSiO2膜より拡散させる方法
も有効であるし、スパッタリング法やメッキ法により薄
膜形成する方法や、イオンドーピング法により直接導入
する方法なども利用できる。さらに、結晶化を助長する
不純物金属元素としては、Ni以外にCo、Pd、P
t、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、Sbを用い
ても効果が得られる。
In the second and third embodiments, the solid-phase crystal growth method employs a method of crystallizing in a short time using a catalytic element. The same effect can be obtained by using the method. In the second and third embodiments, as a method of introducing nickel as a catalyst element, a method of applying an aqueous solution in which a nickel salt is dissolved on the surface of an amorphous silicon film, or a method of forming a nickel thin film by a vapor deposition method. In this method, a small amount of nickel is added to cause crystal growth. However, a method in which nickel is introduced into the substrate surface before the first amorphous silicon film is formed, and nickel is diffused from the lower layer of the amorphous silicon film to perform crystal growth. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film. Also, as a method for introducing nickel,
In addition, various methods can be used. For example, as a solvent for dissolving a nickel salt, a method of diffusing an SOG (spin-on-glass) material from a SiO 2 film as a solvent is also effective, a method of forming a thin film by a sputtering method or a plating method, or a method of directly introducing the ion doping method. You can also use other methods. Further, as impurity metal elements that promote crystallization, Co, Pd, P
The effect can be obtained by using t, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al, and Sb.

【0102】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系EL等を発光素子としたドライバー内蔵型の
光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考えられ
る。本発明を用いることで、これらの素子の高速、高解
像度化等の高性能化が実現される。さらに本発明は、上
述の実施例で説明したMOS型トランジスタに限らず、
結晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジスタや
静電誘導トランジスタをはじめとして幅広く半導体プロ
セス全般に応用することができる。
Further, as an application of the present invention, in addition to an active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, and a driver built-in type using an organic EL as a light emitting element. An optical writing element, a display element, a three-dimensional IC, and the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized. Further, the present invention is not limited to the MOS transistors described in the above embodiments,
It can be widely applied to all semiconductor processes including a bipolar transistor and an electrostatic induction transistor using a crystalline semiconductor as an element material.

【0103】[0103]

【発明の効果】本発明を用いることにより、表面凹凸の
無い高品質結晶性ケイ素薄膜が得られると共に、MOS
型トランジスタにおいて、その能動領域となる(結晶性
ケイ素膜\ゲート絶縁膜)の界面において、非常に良好
な界面特性が得られる。その結果、非常に高性能で且つ
信頼性の高い薄膜半導体装置を実現することができる。
特に液晶表示装置においては、ケイ素膜表面凹凸に起因
する表示むらを無くし、画素TFTのスイッチング特性
の向上、周辺駆動回路部を構成するTFTに要求される
高性能化・高集積化が図れ、同―基板上にアクティブマ
トリクス部と周辺駆動回路部を構成するフルドライバモ
ノリシック型のアクティブマトリクス基板を実現でき、
モジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化が図
れる。
According to the present invention, a high-quality crystalline silicon thin film having no surface irregularities can be obtained, and a MOS
In the type transistor, very good interface characteristics can be obtained at the interface between the active region (the crystalline silicon film and the gate insulating film). As a result, a very high performance and highly reliable thin film semiconductor device can be realized.
In particular, in a liquid crystal display device, it is possible to eliminate display unevenness caused by the silicon film surface unevenness, improve the switching characteristics of the pixel TFT, and achieve high performance and high integration required for the TFT constituting the peripheral drive circuit portion. -A full driver monolithic active matrix substrate that constitutes the active matrix section and peripheral drive circuit section on the board can be realized.
The module can be made compact, high performance, and low cost.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法の概要を説明す
る図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】第1の実施例の作製工程を工程順に示す図であ
る。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the first embodiment in the order of processes.

【図3】第2の実施例の作製工程を工程順に示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a second embodiment in the order of processes.

【図4】第3の実施例の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an outline of a third embodiment.

【図5】第3の実施例の作製工程を工程順に示す図であ
る。
FIG. 5 is a view showing the manufacturing steps of the third embodiment in the order of steps.

【図6】結晶性ケイ素膜表面の原子間力顕微鏡(AF
M)像を下にスケッチして示す図である。
FIG. 6 shows an atomic force microscope (AF) of a crystalline silicon film surface.
M) is a diagram showing the image sketched below.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102 下地膜 103 非晶質ケイ素膜 104 強光 105 結晶性ケイ素膜 106 結晶粒 107 結晶粒界 108 リッジ 109 結晶性ケイ素膜 110 酸化膜 111 界面 201、301、401 ガラス基板 202、302、402 下地膜 203、303、403 非晶質ケイ素(a−Si)
膜 404 マスク 305 水溶液 405 ニッケル薄膜 406 矢印 207、307、407 レーザー光 208、308、408 島状の結晶性ケイ素膜 209 マスク 210 不純物 211、311、411 ゲート絶縁膜 212、312、412 ゲート電極 213 上部電極 314 酸化物層 315、415 レーザー光 216、316、416 チャネル領域 217、317、417 ソース領域 218 ドレイン領域と下部電極領
域 318、418 ドレイン領域 219、319、419 層間絶縁膜 220 ソース電極 320、420 ソース電極・ソース配線 321、422 ドレイン電極・ドレイン配線 421 ソース・ドレイン電極 223 画素電極 224、324、424 Nチャネル型TFT部 425 Pチャネル型TFT部 226 補助容量(Cs)領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Underlayer 103 Amorphous silicon film 104 Intense light 105 Crystalline silicon film 106 Crystal grain 107 Crystal grain boundary 108 Ridge 109 Crystalline silicon film 110 Oxide film 111 Interface 201, 301, 401 Glass substrate 202, 302, 402 Underlayers 203, 303, 403 Amorphous silicon (a-Si)
Film 404 Mask 305 Aqueous solution 405 Nickel thin film 406 Arrows 207, 307, 407 Laser light 208, 308, 408 Island crystalline silicon film 209 Mask 210 Impurities 211, 311, 411 Gate insulating film 212, 312, 412 Top of gate electrode 213 Electrode 314 Oxide layer 315, 415 Laser light 216, 316, 416 Channel region 217, 317, 417 Source region 218 Drain region and lower electrode region 318, 418 Drain region 219, 319, 419 Interlayer insulating film 220 Source electrode 320, 420 Source electrode / source wiring 321, 422 Drain electrode / drain wiring 421 Source / drain electrode 223 Pixel electrode 224, 324, 424 N-channel TFT section 425 P-channel TFT section 226 Auxiliary capacity (Cs) area

Claims (11)

【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
晶性を有するケイ素膜を用い、該ケイ素膜に活性領域が
構成されたMOS型半導体装置であって、 前記活性領域は、ケイ素膜の最表面が薄膜エッチングさ
れた後、大気中に曝すことなく、上層の絶縁膜でカバー
され形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A MOS type semiconductor device in which an active region is formed on a silicon film having crystallinity formed on a substrate having an insulating surface, wherein the active region is formed of a silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a thin film on the outermost surface, and exposing the film to an upper insulating film without exposing the film to the atmosphere.
【請求項2】 前記絶縁膜は、MOS型薄膜トランジス
タのゲート絶縁膜を構成し、前記活性領域の表面はMO
S型薄膜トランジスタのチャネル面であることを特徴と
する前記請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the insulating film forms a gate insulating film of a MOS type thin film transistor, and a surface of the active region is formed by MO.
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device is a channel surface of an S-type thin film transistor.
【請求項3】 絶縁表面を有する基板上に複数の画素電
極を駆動するMOS型薄膜トランジスタを有し、該各薄
膜トランジスタには画素電極による液晶容量と並列に補
助容量成分が接続されてなる半導体装置において、 前記各薄膜トランジスタの活性領域と前記補助容量成分
の下部電極は同一層の結晶性ケイ素膜により構成され、
かつ前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と補助容量成
分の絶縁膜は同一層の絶縁膜により構成されており、 前記結晶性ケイ素膜は、その最表面が薄膜エッチングさ
れた後、大気中に曝すことなく、前記絶縁膜によりカバ
ーされ形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. A semiconductor device comprising a MOS type thin film transistor for driving a plurality of pixel electrodes on a substrate having an insulating surface, wherein each of the thin film transistors is connected to an auxiliary capacitance component in parallel with a liquid crystal capacitance by the pixel electrode. An active region of each of the thin film transistors and a lower electrode of the auxiliary capacitance component are formed of the same layer of crystalline silicon film,
And the gate insulating film of the thin film transistor and the insulating film of the auxiliary capacitance component are formed of the same insulating film, the crystalline silicon film, after the outermost surface is etched thin, without exposing to the air, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed by being covered with the insulating film.
【請求項4】 前記活性領域を構成するケイ素膜は、非
晶質ケイ素膜にエキシマレーザーなどの強光を照射し、
その熔融固化過程において結晶化させてなるものである
ことを特徴とする前記請求項1あるいは3記載の半導体
装置の製造方法。
4. The silicon film constituting the active region is obtained by irradiating the amorphous silicon film with strong light such as an excimer laser,
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is crystallized in the melting and solidifying process.
【請求項5】 前記活性領域を構成するケイ素膜は、非
晶質ケイ素膜にその結晶化を助長する触媒元素を導入
し、加熱処理による固相結晶成長工程にて結晶化させた
結晶性ケイ素膜に対し、さらにエキシマレーザーなどの
強光を照射し、再結晶化させたものであることを特徴と
する前記請求項1あるいは3記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the silicon film constituting the active region is formed by introducing a catalytic element for promoting crystallization into an amorphous silicon film and crystallizing the amorphous silicon film in a solid phase crystal growth step by heat treatment. 4. The method according to claim 1, wherein the film is further recrystallized by irradiating the film with strong light such as an excimer laser.
【請求項6】 前記薄膜エッチング後の結晶性ケイ素膜
表面の平均面粗さRaが、5nm以下であることを特徴
とする請求項1あるいは3記載の半導体装置の製造方
法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an average surface roughness Ra of the crystalline silicon film surface after the thin film etching is 5 nm or less.
【請求項7】 前記薄膜エッチング前の結晶性ケイ素膜
表面の平均面粗さRaに対して、該結晶性ケイ素膜のエ
ッチングされるべき膜厚Tが、T>Raの関係にあるこ
とを特徴とする請求項1あるいは3記載の半導体装置の
製造方法。
7. The film thickness T of the crystalline silicon film to be etched has a relationship of T> Ra with respect to the average surface roughness Ra of the crystalline silicon film surface before the thin film etching. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項8】 前記平均面粗さRaは、原子間力顕微鏡
(AFM)にて、10μm□以下の測定エリアに対して
測定された値であることを特徴とする請求項4あるいは
5記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 4, wherein the average surface roughness Ra is a value measured with an atomic force microscope (AFM) for a measurement area of 10 μm □ or less. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項9】 前記薄膜エッチングを行う工程は、CF
4やNF3などのフッ化ガスを用いた反応性のドライエッ
チングにより行われることを特徴とする請求項1あるい
は3記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of performing thin film etching, comprising:
A method according to claim 1 or 3, wherein to be characterized to be performed by dry etching reactive with fluoride gases such as 4 or NF 3.
【請求項10】 前記結晶性ケイ素膜表面を薄膜エッチ
ングする工程と、前記結晶性ケイ素膜表面に絶縁膜を成
膜しカバーする工程とは、同一の減圧装置内にて行われ
ることを特徴とする請求項1あるいは3記載の半導体装
置の製造方法。
10. The step of thin-film etching the surface of the crystalline silicon film and the step of forming and covering an insulating film on the surface of the crystalline silicon film are performed in the same pressure reducing device. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項11】 前記結晶性ケイ素膜の最表面を薄膜エ
ッチングした後、新たに露出した結晶性ケイ素膜表面を
少なくとも酸素あるいは水素を含むプラズマ雰囲気中に
曝した後、前記絶縁膜を成膜し結晶性ケイ素膜表面をカ
バーする工程を有することを特徴とする請求項1あるい
は3記載の半導体装置の製造方法。
11. A method for forming a thin film on the outermost surface of the crystalline silicon film, exposing the newly exposed surface of the crystalline silicon film to a plasma atmosphere containing at least oxygen or hydrogen, and then forming the insulating film. 4. The method according to claim 1, further comprising a step of covering a surface of the crystalline silicon film.
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