JPH1064820A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH1064820A
JPH1064820A JP13609097A JP13609097A JPH1064820A JP H1064820 A JPH1064820 A JP H1064820A JP 13609097 A JP13609097 A JP 13609097A JP 13609097 A JP13609097 A JP 13609097A JP H1064820 A JPH1064820 A JP H1064820A
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annealing
silicon
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広樹 安達
Yuugo Gotou
裕吾 後藤
Toru Takayama
徹 高山
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Hisashi Otani
久 大谷
Kouyuu Chiyou
宏勇 張
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a thin film semiconductor element having excellent characteristics with a high yield. SOLUTION: After a base film is formed by using a glass substrate of Corning 7059, etc., as a substrate 101, the substrate 101 is annealed at a temperature higher than the strain temperature (strain point) of the substrate 101 and gradually cooled to a temperature lower than the strain point. Thereafter, a thin film semiconductor element, such as the TFT, etc., is manufactured by forming a silicon film 104. When the substrate 101 is annealed at the temperature higher than the strain point and gradually cooled after annealing, the substrate 101 does not shrink much during the course of the succeeding heat treatment. Therefore, the yield of the semiconductor element is improved, because mask alignment can be performed easily and the occurrence of defects, etc., caused by deviated masks is reduced. In addition, the TFT characteristics of the semiconductor element are improved, because the interfacial characteristic of the base film is improved by the annealing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の絶縁基板、
あるいは各種基板上に形成された半導体装置、例えば、
薄膜トランジスタ(TFT)や薄膜ダイオード(TF
D)、またはそれらを応用した薄膜集積回路、特にアク
ティブ型液晶表示装置(液晶ディスプレー)用薄膜集積
回路の作製方法に関するものである。
The present invention relates to an insulating substrate made of glass or the like,
Alternatively, a semiconductor device formed on various substrates, for example,
Thin film transistor (TFT) and thin film diode (TF
D) or a method of manufacturing a thin film integrated circuit using the same, particularly a thin film integrated circuit for an active liquid crystal display device (liquid crystal display).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。ガラス基板としては、ガラス基板中から
の不純物の析出の問題、価格の問題等からコーニング7
059ガラスが一般に用いられる。この7059ガラス
の転移点温度は、628℃であり、歪み点は593℃で
ある。他の、歪み点が550〜650℃の実用的な工業
用ガラス材料としては表1に示されるものが知られてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices and image sensors using TFTs for driving pixels have been developed. As a glass substrate, Corning 7 is used because of problems such as precipitation of impurities from the glass substrate and price.
059 glass is commonly used. The transition point temperature of this 7059 glass is 628 ° C., and the strain point is 593 ° C. Other practical glass materials having a strain point of 550 to 650 ° C. shown in Table 1 are known.

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【0004】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪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、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。
[0004] Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a silicon semiconductor having
In order to obtain higher-speed characteristics in the future, it has been strongly required to establish a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor. Note that as the silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystal component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like are known. .

【0005】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、非晶質の半導体膜を成膜してお
き、長時間、熱エネルギーを印加(熱アニール)するこ
とにより結晶性を有せしめるという方法が知られてい
る。しかしながら、加熱温度として600℃以上の高温
にすることが必要であり、そのため、基板が不可逆的に
収縮することが問題となっていた。特にパターニング工
程後において、かような高温での処理をおこなうことは
不可能であった。また、結晶化に要する加熱時間が数十
時間以上にも及ぶので、その時間を短くすることも必要
である。
As a method of obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having crystallinity, an amorphous semiconductor film is formed, and thermal energy is applied (thermal annealing) for a long time to obtain a crystalline silicon semiconductor. There is a known method. However, it is necessary to set the heating temperature to a high temperature of 600 ° C. or higher, which causes a problem that the substrate shrinks irreversibly. In particular, it has been impossible to perform such high-temperature processing after the patterning step. In addition, since the heating time required for crystallization is several tens of hours or more, it is necessary to shorten the heating time.

【0006】このような問題点に関し、最近、結晶化を
促進する触媒としての効果を有するある種の金属元素を
添加することによって、結晶化温度を低下させ、また、
結晶化時間を短縮できることがわかった。このような目
的に用いられる結晶化を助長させる金属元素(触媒性金
属元素)としてはFe、Co、Ni、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Mn、
Cu、Zn、Au、Agがその効果を確かめられてい
る。
[0006] Regarding such a problem, recently, by adding a certain metal element having an effect as a catalyst for promoting crystallization, the crystallization temperature is lowered, and
It has been found that the crystallization time can be reduced. Metal elements (catalytic metal elements) that promote crystallization used for such purposes include Fe, Co, Ni, Ru, Rh, and P.
d, Os, Ir, Pt, Sc, Ti, V, Cr, Mn,
The effects of Cu, Zn, Au, and Ag have been confirmed.

【0007】これらの元素は珪素膜の全面にわたって、
均等に導入すると、結晶成長が膜に対して垂直、すなわ
ち膜厚の方向に生じるのに対し、珪素膜の特定の部分に
導入して、結晶化をおこなうと導入された部分を出発点
として周囲に結晶化領域が拡大する特性(横方向成長
性)があり、このようにして結晶化した珪素膜は、触媒
性金属元素を均等に導入したものに比較して高い電界効
果移動度を示した。
These elements are formed over the entire surface of the silicon film.
When introduced evenly, crystal growth occurs perpendicular to the film, that is, in the direction of the film thickness. On the other hand, when crystal is introduced into a specific portion of the silicon film and crystallization is performed, the introduced portion is used as a starting point. Has the property of expanding the crystallization region (lateral growth property), and the silicon film crystallized in this manner has a higher field-effect mobility than that in which the catalytic metal element is uniformly introduced. .

【0008】しかしながら、このように選択的に触媒性
金属元素を導入するには、結晶化の熱アニール工程の前
にパターニングをおこなわなければならず、上述の基板
の収縮によって触媒性金属元素の導入のパターンが他の
素子・回路のパターンと著しくずれてしまうことがあっ
た。図4には、このような手段を用いてTFTを作製す
る場合の例を示す。図4(A)の点線で書かれた領域4
02、403はそれぞれ、活性層(珪素膜)とゲイト電
極が本来パターニングされるべき一を示す。実線で示さ
れた長方形の領域401は触媒性金属元素の導入される
パターンである。
However, in order to selectively introduce the catalytic metal element in this manner, patterning must be performed before the thermal annealing step of crystallization, and the introduction of the catalytic metal element due to the contraction of the substrate described above. In some cases may significantly deviate from the patterns of other elements and circuits. FIG. 4 shows an example in which a TFT is manufactured using such a means. Area 4 written by a dotted line in FIG.
Numerals 02 and 403 indicate ones where the active layer (silicon film) and the gate electrode should be originally patterned. A rectangular area 401 shown by a solid line is a pattern into which a catalytic metal element is introduced.

【0009】この工程によって、触媒性金属元素を導入
した後、熱アニールをおこなうと、図4(B)の楕円で
示された領域404が結晶化する。すなわち領域404
は横方向結晶領域である。この楕円の大きさは触媒性金
属元素の濃度や熱アニール時間・温度に依存する。図4
(B)に示すように、ゲイト電極や活性層が本来あるべ
き位置に形成されれば、TFTのチャネル形成領域は横
方向結晶領域内に形成されるので何ら問題はなかった。
しかしながら、実際には熱アニール工程によって基板が
収縮するために、ゲイト電極と活性層は、それぞれ40
5、406に示されるように形成され、領域404とチ
ャネル形成領域が重ならない。すなわち、チャネル形成
領域のうち、斜線部407で示した領域が非晶質のまま
となる。当然の結果としてTFTの特性は著しく悪くな
る。
In this step, when thermal annealing is performed after the introduction of the catalytic metal element, the region 404 indicated by the ellipse in FIG. 4B is crystallized. That is, the area 404
Is a lateral crystal region. The size of the ellipse depends on the concentration of the catalytic metal element and the time and temperature of the thermal annealing. FIG.
As shown in (B), when the gate electrode and the active layer were formed at the positions where they should be, there was no problem because the channel formation region of the TFT was formed in the lateral crystal region.
However, since the substrate is actually shrunk by the thermal annealing step, the gate electrode and the active layer are each 40
5, 406, the region 404 does not overlap with the channel forming region. That is, in the channel formation region, the region indicated by the shaded portion 407 remains amorphous. As a matter of course, the characteristics of the TFT significantly deteriorate.

【0010】このように基板の収縮のために、高い温度
での処理をおこなう前にパターニングをおこなうことは
非常な困難を極めた。この場合の高い温度は基板の種類
によって異なるが、比較的、良く用いられるコーニング
社製7059番のガラスでは500℃以上の温度であ
る。
As described above, it is extremely difficult to perform patterning before processing at a high temperature due to shrinkage of the substrate. The high temperature in this case varies depending on the type of the substrate, but is relatively higher than 500 ° C. in the case of glass No. 7059 manufactured by Corning, which is often used.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
基板の収縮を抑制する手段を開示するとともに、より歩
留りが高く特性の良い半導体回路・素子を得る手段を提
供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, the present invention discloses a means for suppressing the shrinkage of the substrate and a means for obtaining a semiconductor circuit / element having a higher yield and good characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板上
に下地膜として、プラズマCVD法によって酸化珪素
膜、窒化珪素膜、窒化アルミニウムまたはこれらを2層
以上重ねた多層膜を形成したのち、基板をその歪み点
(歪み温度)以上、好ましくはガラス転移点以上の温度
において熱アニールし、その後、2℃/分以下、好まし
くは、0.5℃/分以下、より好ましくは0.3℃/分
以下の速度で、歪み点以下の温度まで徐冷することによ
って、ガラス基板自体のその後の熱処理における収縮を
抑制する。降温速度は基板の種類によって変動する。一
般に降温速度が低いほど良好な特性が得られるが、降温
速度を遅くすると、処理時間が長くなり、量産性が低下
する。したがって、降温速度の選択にあたっては、処理
時間と必要とする特性を考慮しなければならない。この
熱処理は酸化性もしくは窒化性の雰囲気でおこなうとよ
い。
According to the present invention, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an aluminum nitride or a multilayer film in which two or more of these are laminated is formed as a base film on a glass substrate by a plasma CVD method. The substrate is thermally annealed at a temperature equal to or higher than its strain point (strain temperature), preferably equal to or higher than the glass transition point, and then equal to or lower than 2 ° C./min, preferably equal to or lower than 0.5 ° C./min, and more preferably equal to or lower than 0.3 ° C. By gradually cooling the glass substrate to a temperature equal to or lower than the strain point at a speed equal to or lower than / minute, the shrinkage of the glass substrate itself in the subsequent heat treatment is suppressed. The cooling rate varies depending on the type of the substrate. In general, the lower the cooling rate, the better the characteristics are obtained. However, if the cooling rate is reduced, the processing time becomes longer and the mass productivity is reduced. Therefore, in selecting the temperature lowering rate, the processing time and the required characteristics must be considered. This heat treatment is preferably performed in an oxidizing or nitriding atmosphere.

【0013】例えば、窒素、アンモニア、一酸化二窒素
の窒化性の気体を用いれば、これらのガスによって下地
膜の表面近傍を窒化させることができる。すると、ガラ
スの不純物であるホウ素、バリウム、ナトリウム等が後
工程で形成される半導体中に析出することを防ぐことが
でき、信頼性の高い半導体デバイスを形成するうえで有
効である。
For example, if a nitriding gas such as nitrogen, ammonia, or dinitrogen monoxide is used, the vicinity of the surface of the base film can be nitrided by these gases. Then, it is possible to prevent boron, barium, sodium, and the like, which are glass impurities, from being precipitated in a semiconductor formed in a later step, which is effective in forming a highly reliable semiconductor device.

【0014】ガラス基板は、加熱することによって縮
む、特に加熱終了後にゆっくりと冷却すると、極めて大
きく縮むと同時にガラス基板内での局所的な応力が緩和
される。その結果、大きく縮ませれば縮ませる程、後の
加熱工程における基板の縮みは小さくなる。また、この
加熱処理温度が高い程、その効果も大きくなる。したが
って、その後、再び熱処理をおこなっても、ガラス基板
の応力が緩和されているので、それ以上、縮んだり、そ
ったりする余地は小さい。さらに、結晶化アニール等の
後の熱処理工程において、加熱温度から急冷した場合、
本発明の熱アニール処理を施したガラス基板はほとんど
縮まないことが判明した。
When the glass substrate shrinks by heating, particularly when cooled slowly after the heating is completed, the glass substrate shrinks significantly and at the same time, local stress in the glass substrate is relieved. As a result, the larger the shrinkage, the smaller the shrinkage of the substrate in the subsequent heating step. In addition, the higher the heating temperature, the greater the effect. Therefore, even if the heat treatment is performed again thereafter, since the stress of the glass substrate is relaxed, there is little room for further shrinking or warping. Furthermore, in a heat treatment step after crystallization annealing or the like, when the temperature is rapidly cooled from the heating temperature,
It has been found that the glass substrate subjected to the thermal annealing treatment of the present invention hardly shrinks.

【0015】例えば、コーニング7059基板(歪み点
593℃、ガラス転移点628℃)では、640℃、4
時間の熱アニール後に、0.2℃/分の速度で550℃
まで徐冷してから取り出した基板は、この熱アニールと
徐冷の前後で1900ppmも収縮するが、その後は収
縮することはほとんどなく、例えば、550℃、8時間
の熱処理をおこなっても20ppmの収縮しか発生せ
ず、600℃、4時間の熱処理によっても70ppmし
か収縮しなかった。最初の熱アニール温度(この場合は
640℃)を越えない温度で、その後に熱処理をおこな
う範囲では使用に差し支えるような収縮はなかったが、
好ましくは歪み点以下の温度での使用がよい。すなわ
ち、コーニング7059基板では593℃以下の温度で
熱処理(結晶化アニール等)をおこなうことが好まし
い。また、熱アニールの温度は珪素膜の結晶化の温度の
±30℃の温度でおこなうことが好ましい。
For example, for a Corning 7059 substrate (strain point 593 ° C., glass transition point 628 ° C.), 640 ° C., 4 ° C.
550 ° C at a rate of 0.2 ° C / min after thermal annealing for hours
The substrate taken out after being slowly cooled down shrinks by 1900 ppm before and after this thermal annealing and slow cooling, but hardly shrinks thereafter, for example, 20 ppm even after heat treatment at 550 ° C. for 8 hours. Only shrinkage occurred, and only 70 ppm shrunk even by heat treatment at 600 ° C. for 4 hours. At a temperature not exceeding the initial thermal annealing temperature (in this case, 640 ° C.), there was no shrinkage that would hinder use in the range where the heat treatment was performed thereafter.
Preferably, it is used at a temperature below the strain point. That is, it is preferable to perform a heat treatment (crystallization annealing or the like) at a temperature of 593 ° C. or lower for the Corning 7059 substrate. Further, the temperature of the thermal annealing is preferably performed at a temperature of ± 30 ° C. of the crystallization temperature of the silicon film.

【0016】何も処理をおこなわなかった基板では55
0℃、8時間の熱処理1000ppm以上も収縮し、熱
処理前と後にパターニングの工程が存在すると、マスク
合わせが不可能となった。また、600℃、4時間の熱
処理後の冷却速度の違いによる基板の縮みは表2のよう
になり、通常冷却以上の速度で急冷することによって実
用的な縮みに抑えることができた。
For a substrate on which no processing was performed, 55
It shrank by 1000 ppm or more in a heat treatment at 0 ° C. for 8 hours, and if there was a patterning step before and after the heat treatment, mask alignment became impossible. Further, the shrinkage of the substrate due to the difference in the cooling rate after the heat treatment at 600 ° C. for 4 hours is as shown in Table 2, and it was possible to suppress the shrinkage to a practical degree by rapidly cooling at a speed higher than the normal cooling.

【0017】[0017]

【表2】 [Table 2]

【0018】このような熱アニールをおこなうには、以
下に示すような方法によればよい。図9に示すのは、本
発明に用いる加熱炉の例を示すものであり、石英製の反
応管11、基板保持手段(基板ホルダー)12、水平に
配置された基板13が示されている。また、図には示さ
れていないが、この装置は外部から反応管11を加熱す
るためのヒーターが備えられている。また、反応管内に
所定のガスを供給する手段、基板保持手段を反応管から
外部に移動させる手段を備えている。
In order to perform such thermal annealing, the following method may be used. FIG. 9 shows an example of a heating furnace used in the present invention, in which a reaction tube 11 made of quartz, a substrate holding means (substrate holder) 12, and a substrate 13 arranged horizontally are shown. Although not shown in the figure, the apparatus is provided with a heater for heating the reaction tube 11 from outside. Also provided are means for supplying a predetermined gas into the reaction tube and means for moving the substrate holding means from the reaction tube to the outside.

【0019】図9には、基板保持部分12にガラス基板
13が水平に保持されている状態が示されている。ここ
では、ガラス基板を水平に保持すると、基板が撓み、そ
の平面性が損なわれることを防ぐ上で効果があった。こ
のような構成は、ガラス基板に歪点以上の温度が加わる
工程が必要とされる場合に有用である。また、その後の
珪素膜の結晶化、活性化等の熱アニール工程において
も、上記のような構成とするとよい。
FIG. 9 shows a state in which the glass substrate 13 is horizontally held by the substrate holding portion 12. Here, when the glass substrate is held horizontally, the substrate is bent, which is effective in preventing the planarity from being impaired. Such a configuration is useful when a step of applying a temperature higher than the strain point to the glass substrate is required. In the subsequent thermal annealing step such as crystallization and activation of the silicon film, the above configuration may be adopted.

【0020】また、上記前熱処理後に行なわれる成膜、
結晶成長、酸化、活性化等に必要な加熱処理において
は、加熱後10℃/分〜300℃/分の速度で急冷する
ことが重要である。特にガラス材料の歪み点付近の±1
00℃においては、上記の速度で急冷するとガラス材料
の伸縮を抑制することができた。例えば、コーニング7
059ガラスでは493〜693℃での処理温度が必要
なプロセスにおいては、493℃までは、少なくとも急
冷することが、さらなる縮み(場合によっては伸び)を
30ppm以下に抑える上で有効である。
In addition, a film formed after the above pre-heat treatment,
In the heat treatment necessary for crystal growth, oxidation, activation, etc., it is important to rapidly cool at a rate of 10 ° C./min to 300 ° C./min after heating. Especially ± 1 around the strain point of glass material
At 00 ° C., the rapid expansion and contraction of the glass material could suppress the expansion and contraction of the glass material. For example, Corning 7
In a process requiring a processing temperature of 493 to 693 ° C. for 059 glass, at least quenching up to 493 ° C. is effective in suppressing further shrinkage (elongation in some cases) to 30 ppm or less.

【0021】[0021]

【作用】上記の如く、ガラス基板に対しては、歪み点以
上の温度で熱アニールした後、徐冷する工程を経ると、
その後の熱処理工程(結晶化熱アニール等)においても
基板の収縮等が生じることは少なく、熱処理工程の前後
にパターニングが必要な場合にとって都合が良い。さら
に、より歩留り良く、また特性の優れた半導体回路等を
形成するには、下地膜は上述のような基板の熱アニール
および徐冷の工程の前に形成することが好ましかった。
例えば、珪素膜に触媒性金属元素(ニッケル等) を選択
的に導入し、横方向成長をおこなうと、上記のように歪
み点以上の温度で熱アニールされる際に下地膜の応力が
緩和され、結晶成長を促進する効果があることが明らか
になった。
As described above, the glass substrate is subjected to a thermal annealing process at a temperature equal to or higher than the strain point and then to a gradual cooling process.
Substrate shrinkage and the like rarely occur even in the subsequent heat treatment step (such as crystallization thermal annealing), which is convenient when patterning is necessary before and after the heat treatment step. Further, in order to form a semiconductor circuit or the like having a better yield and excellent characteristics, it is preferable to form the base film before the above-described thermal annealing and slow cooling of the substrate.
For example, when a catalytic metal element (such as nickel) is selectively introduced into a silicon film and lateral growth is performed, the stress of the underlying film is relaxed during thermal annealing at a temperature higher than the strain point as described above. It was found that the compound had an effect of promoting crystal growth.

【0022】また、酸化珪素膜を最上層の(すなわち、
その上に珪素膜が形成される)下地膜として用いた場合
には、上記の如き高温での熱アニールによって、熱酸化
膜に近い特性を示すようになり、特性を改善することが
可能であった。通常、下地膜の上に密着して珪素膜が形
成されるが、この珪素膜と下地膜の界面には多くの界面
準位が発生する。特にプラズマCVD法によって成膜さ
れた場合には著しい。これは下地膜の膜質自体が良好で
ないためである。膜質の改善には高温での熱アニールが
好ましいが、従来は600℃を越えるような温度での熱
アニールは行われず、したがって、膜質の改善はほとん
ど見られなかった。しかし、本発明では基板の歪み点以
上の高温でアニールされるので膜質の改善が進み、半導
体素子の特性も改善される。また、膜のエッチングレー
トも低下する。膜のエッチングレートの低下は半導体素
子を歩留り良く作製するうえで欠かせないことでもあ
る。
Further, the silicon oxide film is formed on the uppermost layer (ie,
When used as a base film (on which a silicon film is formed), by performing thermal annealing at a high temperature as described above, characteristics similar to those of a thermal oxide film can be obtained, and characteristics can be improved. Was. Usually, a silicon film is formed in close contact with the underlying film, but many interface states are generated at the interface between the silicon film and the underlying film. This is remarkable especially when the film is formed by the plasma CVD method. This is because the quality of the underlying film itself is not good. Thermal annealing at a high temperature is preferable for improving the film quality, but thermal annealing at a temperature exceeding 600 ° C. has not been conventionally performed, and therefore, almost no improvement in the film quality was observed. However, in the present invention, since the annealing is performed at a temperature higher than the strain point of the substrate, the film quality is improved, and the characteristics of the semiconductor element are also improved. Further, the etching rate of the film also decreases. Decreasing the etching rate of the film is also indispensable for manufacturing a semiconductor device with good yield.

【0023】従来、TFTのような半導体素子の歩留り
を高める上で障害となっているのが、下地膜のオーバー
エッチングの問題であった。従来、TFT等の素子を得
るには、珪素膜をパターニングして、素子間の分離を計
ることが一般的であった。従来の手法を図5に示す。基
板51上に、酸化珪素等の材料で下地膜52を形成し、
その上に珪素膜53を堆積する。そして、その上に酸化
珪素や窒化珪素等の材料の保護膜54が物理的気相成長
法(PVD法、例えばスパッタ法)や化学的気相成長法
(CVD法、例えばプラズマCVD法、光CVD法等)
によって形成される。
Conventionally, an obstacle to increasing the yield of semiconductor devices such as TFTs has been the problem of over-etching of the underlying film. Conventionally, in order to obtain an element such as a TFT, it has been general to pattern a silicon film and measure separation between the elements. FIG. 5 shows a conventional method. A base film 52 is formed on a substrate 51 with a material such as silicon oxide,
A silicon film 53 is deposited thereon. Then, a protective film 54 of a material such as silicon oxide or silicon nitride is formed thereon by a physical vapor deposition method (PVD method, for example, sputtering method) or a chemical vapor deposition method (CVD method, for example, plasma CVD method, optical CVD method, or the like. Law)
Formed by

【0024】そして、さらにフォトレジスト材料の被膜
がコーティングされ、公知のフォトリソグラフィー法に
よって、パターニングがなされ、選択的にフォトレジス
ト55が残される。(図2(A)) 保護膜54が設けられる理由は、このフォトリソグラフ
ィー工程において、珪素膜とフォトレジスト膜が直接、
接触することを防止するためである。すなわち、フォト
レジストの下に存在する珪素膜は、後でTFTの活性層
のように、極めて汚染の少ないことが要求される目的に
使用されるからである。しかしながら、これらPVD
法、CVD法によって作製した絶縁膜はピンホールが多
く、そのため、数100Å以上の厚さが必要とされた。
Then, a coating of a photoresist material is further applied and patterned by a known photolithography method, and the photoresist 55 is selectively left. (FIG. 2A) The reason that the protective film 54 is provided is that, in this photolithography step, the silicon film and the photoresist film are directly
This is to prevent contact. That is, the silicon film existing under the photoresist is used later for the purpose of requiring extremely low contamination, such as an active layer of a TFT. However, these PVD
The insulating film formed by the CVD method or the CVD method has many pinholes, and therefore requires a thickness of several hundred degrees or more.

【0025】そして、ドライエッチングもしくはウェッ
トエッチングによって保護膜54と珪素膜53をエッチ
ングし、島状の珪素膜56を形成する。この島状の珪素
膜の上面には保護膜57が密着している。保護膜のエッ
チングは通常、ウェットエッチングで、珪素膜のエッチ
ングは通常、ドライエッチングでおこなわれる。珪素膜
のエッチングにドライエッチングが用いられるのは、オ
ーバーエッチを極力防止するためである。(図2
(B))
Then, the protection film 54 and the silicon film 53 are etched by dry etching or wet etching to form an island-shaped silicon film 56. A protective film 57 is in close contact with the upper surface of the island-shaped silicon film. The etching of the protective film is usually performed by wet etching, and the etching of the silicon film is usually performed by dry etching. Dry etching is used for etching the silicon film in order to prevent over-etching as much as possible. (Figure 2
(B))

【0026】そして、公知の剥離手段によって、フォト
レジスト55を剥離し、図2(C)に示す状態を得る。
その後、島状珪素膜状に残った保護膜27をエッチング
するのであるが、この場合には同時に下地膜もエッチン
グされてしまう。特にウェットエッチング等の等方的な
エッチングの場合には、図5(D)に示すような空孔5
8が形成される。このエッチングの程度xは、下地膜と
保護膜のエッチングレートの差、厚さの差によって決定
される。
Then, the photoresist 55 is peeled off by a known peeling means to obtain a state shown in FIG.
Thereafter, the protection film 27 remaining in the shape of the island-like silicon film is etched. In this case, the underlying film is also etched at the same time. In particular, in the case of isotropic etching such as wet etching, holes 5 as shown in FIG.
8 are formed. The degree x of this etching is determined by the difference in etching rate and the difference in thickness between the base film and the protective film.

【0027】例えば、どちらも同じエッチングレートで
あれば、少なくとも保護膜の厚さだけ、下地膜がエッチ
ングされることとなる。実際には余裕を見てエッチング
をおこなうので、xの大きさは保護膜の厚さよりも大き
くなる。xを小さくするには保護膜のエッチングレート
が下地膜よりも大きなことが必要であるが、量産性を考
慮すると、どちらもプラズマCVD法によって形成され
る酸化珪素を用いることが望まれ、そのままでは保護膜
よりも下地膜のエッチングレートを小さくすることは困
難であった。
For example, if both have the same etching rate, the underlying film is etched by at least the thickness of the protective film. Actually, since the etching is performed with a margin, the size of x becomes larger than the thickness of the protective film. In order to reduce x, it is necessary that the etching rate of the protective film is higher than that of the base film. However, in consideration of mass productivity, it is desirable to use silicon oxide formed by a plasma CVD method in both cases. It was difficult to make the etching rate of the underlying film lower than that of the protective film.

【0028】下地膜がオーバーエッチされて、空孔58
ができるため、その上に形成されるゲイト絶縁膜59や
ゲイト電極60のステップカバレージは良いものではな
い。このため、ゲイト電極と活性層の間の絶縁が不十分
でリーク電流が発生する。特にストライプ状にパターニ
ングされるゲイト電極では空孔58がゲイト絶縁膜の成
膜によっても埋められずに残り、ウェットエッチの際
に、エッチャントが侵入して、ゲイト電極の膜の下面か
らエッチングするため、ゲイト電極が断線するという問
題が生じた。また、同様に、ゲイト電極を陽極酸化する
TFT(例えば、特開平5−152335)の場合に
は、ゲイト電極の上面からだけでなく、下面からも陽極
酸化が進行し、やはり断線することが問題であった。
The under film is over-etched, and the holes 58 are formed.
Therefore, the step coverage of the gate insulating film 59 and the gate electrode 60 formed thereon is not good. For this reason, the insulation between the gate electrode and the active layer is insufficient, and a leak current occurs. In particular, in the gate electrode patterned in a stripe shape, the holes 58 remain without being filled by the formation of the gate insulating film, and during wet etching, an etchant enters and is etched from the lower surface of the gate electrode film. As a result, there is a problem that the gate electrode is disconnected. Similarly, in the case of a TFT that anodizes the gate electrode (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152335), the anodization proceeds not only from the upper surface but also from the lower surface of the gate electrode, and there is a problem that the disconnection still occurs. Met.

【0029】ところが、本発明の基板の熱アニール工程
によって、エッチングレートの問題は解決された。例え
ば、TEOS(テトラ・エトキシ・シラン、Si(OC
2 5 4 )を原料ガスとして、プラズマCVD法によ
って成膜される酸化珪素膜に関しては、550〜600
℃で4時間アニールをおこなっても、エッチングレート
は930Å/分程度であったが、640℃で4時間アニ
ールをおこなえば、820Å/分にまで改善される。こ
の値は熱酸化膜やスパッタ法によって形成される酸化珪
素膜よりも10%程度大きいだけで、このことからオー
バーエッチングが防止され、また、オーバーエッチング
に起因する上記の不良も改善される。そして、下地膜と
して、プラズマCVD法による酸化珪素膜を用いること
ができるので、量産性が向上する。特に酸素、酸化窒
素、オゾン等の酸化性の雰囲気で熱処理した場合には、
酸化珪素中の炭素や水素の除去ができ、また、珪素の不
対結合手を酸素によって埋めることができたので、より
膜質を向上させることができた。
However, the problem of the etching rate was solved by the substrate thermal annealing step of the present invention. For example, TEOS (tetraethoxysilane, Si (OC
With respect to a silicon oxide film formed by a plasma CVD method using 2 H 5 ) 4 ) as a source gas, 550 to 600
Although the etching rate was about 930 ° / min even after annealing at 4 ° C. for 4 hours, it was improved to 820 ° / min when annealing at 640 ° C. for 4 hours. This value is only about 10% larger than that of a thermal oxide film or a silicon oxide film formed by a sputtering method. Therefore, over-etching is prevented, and the above-mentioned failure caused by over-etching is also improved. Further, since a silicon oxide film formed by a plasma CVD method can be used as the base film, mass productivity is improved. In particular, when heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen, nitrogen oxide, and ozone,
Since carbon and hydrogen in silicon oxide could be removed and dangling bonds of silicon could be filled with oxygen, the film quality could be further improved.

【0030】上記のような熱アニール処理を施したガラ
ス基板はその後のより低温での熱処理によっても収縮す
ることがないので、半導体素子・回路を形成するうえで
非常に都合がよい。加えて、下地膜を上記の熱アニール
と徐冷処理の前に形成することによって、下地膜の特性
を高め、半導体素子の特性や歩留りを上げることができ
る。また、選択的に触媒性金属元素を添加しなければな
らない結晶化方式を採用する場合には、500〜600
℃の熱アニール工程(結晶化工程)をはさんで、パター
ニング工程が存在したために従来であれば、基板の収縮
が大きな問題であったが、本発明によって、安定してパ
ターニングでき、歩留り高く素子を形成することができ
た。
The glass substrate which has been subjected to the above-mentioned thermal annealing treatment does not shrink even by the subsequent heat treatment at a lower temperature, which is very convenient for forming a semiconductor element / circuit. In addition, by forming the base film before the thermal annealing and the slow cooling process, the characteristics of the base film can be improved, and the characteristics and yield of the semiconductor element can be improved. When a crystallization method in which a catalytic metal element must be selectively added is adopted, 500 to 600
Conventionally, there was a large problem of shrinkage of the substrate due to the presence of a patterning step interposed between a thermal annealing step (crystallization step) at ℃. However, according to the present invention, the patterning can be performed stably and the yield is high. Could be formed.

【0031】本発明において、下地膜として、プラズマ
CVD法による酸化珪素膜を用いることは、量産性の点
で大いにメリットがある。従来は、下地膜の特性やエッ
チングレートを考慮するとスパッタ法による酸化珪素が
最も適していたが、生産性(スルプット)が低いことが
問題であった。本発明によって、プラズマCVDによっ
ても、スパッタ法に匹敵する酸化珪素膜を下地膜として
用いることができるようになった。
In the present invention, using a silicon oxide film formed by a plasma CVD method as a base film has a great advantage in terms of mass productivity. Conventionally, silicon oxide by sputtering has been most suitable in consideration of the characteristics and etching rate of the underlying film, but has a problem in that productivity (throughput) is low. According to the present invention, a silicon oxide film comparable to a sputtering method can be used as a base film even by plasma CVD.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例はガラス基板上に形成された結晶
性珪素膜を用いたPチャネル型TFT(PTFTとい
う)とNチャネル型TFT(NTFTという)とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイ
ッチング素子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージ
センサや集積回路に利用することができる。
[Embodiment 1] This embodiment forms a circuit in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) and an N-channel TFT (referred to as NTFT) using a crystalline silicon film formed on a glass substrate are complementarily combined. Here is an example. The configuration of this embodiment can be used for a switching element of a pixel electrode and a peripheral driver circuit of an active type liquid crystal display device, as well as an image sensor and an integrated circuit.

【0033】図1に本実施例の作製工程の断面図を示
す。本実施例におけるパターニング工程と主な熱処理工
程(基板の熱アニール/徐冷工程を除く)は以下のよう
になる。 ニッケルドーピングマスクのパターニング(図1
(A)参照) 結晶化アニール(550℃もしくは600℃、図1
(B)参照) 活性層パターニング(図1(C)参照) ゲイト電極パターニング コンタクトホールのパターニング ソース/ドレイン電極・配線のパターニング(図1
(D)参照) このうち、の熱アニール工程の前後にパターニング工
程が存在するため基板が該熱アニール工程で収縮しない
ことが求められる。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. The patterning step and the main heat treatment step (excluding the thermal annealing / gradual cooling step of the substrate) in this embodiment are as follows. Patterning of nickel doping mask (Fig. 1
(See (A)) Crystallization annealing (550 ° C. or 600 ° C., FIG. 1)
(See (B)) Active layer patterning (See FIG. 1 (C)) Gate electrode patterning Contact hole patterning Source / drain electrode / wiring patterning (FIG. 1
(Refer to (D).) Among them, since a patterning step exists before and after the thermal annealing step, it is required that the substrate does not shrink in the thermal annealing step.

【0034】まず、基板(コーニング7059)101
を洗浄し、TEOSと酸素を原料とするプラズマCVD
法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地膜102を
形成した。次に図9の熱アニール炉を用いて、基板10
1を歪み点(593℃)よりも高い600〜660℃、
例えば640℃で1〜4時間、例えば4時間アニール
し、その後、0.1〜0.5℃/分、例えば0.2℃/
分で徐冷し、450〜590℃、例えば550℃まで温
度が低下した段階で取り出した。この冷却速度の制御
は、雰囲気ガスの流入量を変化させることによって行っ
た。この取り出し温度は、この後の熱処理工程の最高温
度以下であることが望ましい。すなわち、本実施例で
は、結晶化アニール温度が、その後の最高温度となるの
で、結晶化アニール温度が600℃であれば、600℃
以下の温度で取り出すことが望ましい。また、上記の熱
アニール処理は酸素気流中でおこなった。この熱アニー
ルは、基板の湾曲を防ぐために、水平から±30度以下
の角度で行うことが望ましい。
First, the substrate (Corning 7059) 101
CVD and plasma CVD using TEOS and oxygen as raw materials
A silicon oxide base film 102 having a thickness of 2000 ° was formed by the method. Next, using the thermal annealing furnace shown in FIG.
1, 600-660 ° C higher than the strain point (593 ° C),
For example, annealing is performed at 640 ° C. for 1 to 4 hours, for example, 4 hours, and then 0.1 to 0.5 ° C./min, for example, 0.2 ° C.
The temperature was gradually lowered to 450 to 590 ° C, for example, 550 ° C. The control of the cooling rate was performed by changing the flow rate of the atmospheric gas. It is desirable that this take-out temperature be equal to or lower than the maximum temperature of the subsequent heat treatment step. That is, in this embodiment, since the crystallization annealing temperature is the highest temperature thereafter, if the crystallization annealing temperature is 600 ° C.,
It is desirable to take out at the following temperature. In addition, the above-described thermal annealing was performed in an oxygen stream. This thermal annealing is desirably performed at an angle of ± 30 degrees or less from the horizontal in order to prevent the substrate from bending.

【0035】このような処理を施した基板上に、フォト
レジスト、あるいはエッチングのできるポリイミドや感
光性ポリイミド(フォトニース)によってマスク103
を形成し、それをパターニングして、選択的に下地膜を
露出させた領域100を形成した。(図1(A)) そして、スパッタ法によって、厚さ5〜20Å、例えば
10Åのニッケル膜を形成した。このニッケル膜は、極
めて薄いので厳密には膜としての形状を示さない。上記
の膜厚の数字は平均的なものである。この際には基板を
150〜300℃に加熱することが好ましかったので、
マスク103はそれなりの耐熱性があることが好ましか
った。その後、マスク103を取り除いた。そして、プ
ラズマCVD法によって、厚さ300〜1500Å、例
えば800Åの真性(I型)の非晶質珪素膜104、お
よびプラズマCVD法によって厚さ200Åの保護膜1
06を成膜した。
A mask 103 made of a photoresist or an etchable polyimide or a photosensitive polyimide (photonice) is formed on the substrate subjected to such processing.
Was formed and then patterned to form a region 100 where the underlying film was selectively exposed. (FIG. 1A) Then, a nickel film having a thickness of 5 to 20 °, for example, 10 ° was formed by a sputtering method. Since this nickel film is extremely thin, it does not strictly exhibit a shape as a film. The above figures of the film thickness are average. In this case, it was preferable to heat the substrate to 150 to 300 ° C.
It is preferable that the mask 103 has a certain heat resistance. After that, the mask 103 was removed. Then, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film 104 having a thickness of 300 to 1500 Å, for example, 800 に よ っ て by plasma CVD, and a protective film 1 having a thickness of 200 に よ っ て by plasma CVD.
06 was formed.

【0036】そして、窒素不活性雰囲気化(大気圧)、
550℃で8時間、または600℃で4時間、熱アニー
ルして結晶化させた。この際、ニッケル膜が選択的に成
膜された100の領域においては、基板101に対して
垂直方向に結晶性珪素膜104の結晶化が進行した。そ
して、領域100以外の領域では、矢印で示すように、
領域100から横方向(基板と平行な方向)に結晶成長
が進行した。ニッケルが直接形成された領域100の周
辺、および結晶成長の先端の領域はニッケルの濃度の大
きな領域105であった。(図1(B))
Then, a nitrogen inert atmosphere (atmospheric pressure),
It was crystallized by thermal annealing at 550 ° C. for 8 hours or at 600 ° C. for 4 hours. At this time, in the region 100 where the nickel film was selectively formed, the crystallization of the crystalline silicon film 104 progressed in the direction perpendicular to the substrate 101. Then, in an area other than the area 100, as indicated by an arrow,
Crystal growth proceeded from the region 100 in the lateral direction (the direction parallel to the substrate). The area around the area 100 where nickel was directly formed and the area at the tip of the crystal growth were areas 105 where the nickel concentration was high. (FIG. 1 (B))

【0037】この工程の後に、珪素膜をパターニングし
て、TFTの島状の活性層104’を形成した。この
際、チャネル形成領域となる部分に結晶成長の先端部
(すなわち、結晶珪素領域と非晶質珪素領域の境界で、
ニッケルの濃度が大きい)が存在しないようにすること
が重要である。こうすることで、ソース/ドレイン間を
移動するキャリアがチャネル形成領域において、ニッケ
ル元素の影響を受けないようにすることができる。この
工程における結晶成長距離、すなわち、ニッケル添加領
域100から結晶成長の先端まではせいぜい100μm
であった。
After this step, the silicon film was patterned to form a TFT island-shaped active layer 104 '. At this time, a tip portion of crystal growth (that is, a boundary between the crystalline silicon region and the amorphous silicon region,
(High nickel concentration) is important. This makes it possible to prevent carriers moving between the source and the drain from being affected by the nickel element in the channel formation region. The crystal growth distance in this step, that is, the distance from the nickel added region 100 to the tip of the crystal growth is at most 100 μm.
Met.

【0038】従来であれば、ニッケル導入マスク103
のパターニングと活性層104’のパターニングの間に
結晶化アニール工程が存在するために、1000pp
m、すなわち、100mm角の基板においては上下で5
0μmもの基板収縮があったために、このような微妙な
パターニングが実施できなかった。しかしながら、本実
施例では基板の収縮が70ppm以下、すなわち、上下
4μm以下に抑えられているので、十分可能である。
Conventionally, the nickel introduction mask 103
1000 pp due to the crystallization annealing step between the patterning of
m, that is, 5 on the top and bottom for a 100 mm square substrate
Such fine patterning could not be performed because the substrate shrank by as much as 0 μm. However, in the present embodiment, the shrinkage of the substrate is suppressed to 70 ppm or less, that is, 4 μm or less in the upper and lower directions, which is sufficiently possible.

【0039】活性層104’の大きさはTFTのチャネ
ル長とチャネル幅を考慮して決定される。小さなもので
は、50μm×20μm、大きなものでは100μm×
1000μmであった。このような活性層を基板上に多
く形成した。そして、TEOSと酸素を原料としてプラ
ズマCVD法によって厚さ1200Åの酸化珪素膜10
7を成膜し、ゲイト絶縁膜とした。(図1(C))
The size of the active layer 104 'is determined in consideration of the TFT channel length and channel width. 50 μm × 20 μm for small objects, 100 μm ×
It was 1000 μm. Many such active layers were formed on the substrate. The silicon oxide film 10 having a thickness of 1200 ° is formed by plasma CVD using TEOS and oxygen as raw materials.
7 was formed into a gate insulating film. (Fig. 1 (C))

【0040】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極108、110を形成した。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109、111を形成した。この陽極酸化は、酒
石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中でお
こなった。得られた酸化物層109、111の厚さは2
000Åであった。なお、この酸化物109と111
は、後のイオンドーピング工程において、オフセットゲ
イト領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト
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 a sputtering method,
Aluminum (including 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 6000 to 8000 °, for example, 6000 ° was deposited. Then, the aluminum film was patterned to form gate electrodes 108 and 110. Further, the surface of the aluminum electrode was anodized to form oxide layers 109 and 111 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. The thickness of the obtained oxide layers 109 and 111 is 2
000Å. The oxides 109 and 111
Becomes the thickness for forming the offset gate region in the subsequent ion doping process, so that the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.

【0041】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部(ゲイト
電極108とその周囲の酸化層109、ゲイト電極11
0とその周囲の酸化層111)をマスクとして、自己整
合的にPもしくはN導電型を付与する不純物を添加し
た。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、40〜80kV、例えば65kVとした。ドース量
は1×1015〜8×1015cm-2、例えば、燐を2×1
15cm-2、ホウ素を5×1015とした。ドーピングに
際しては、一方の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した。この
結果、N型の不純物領域115と117、P型の不純物
領域112と114が形成され、Pチャネル型TFT
(PTFT)の領域とNチャネル型TFT(NTFT)
との領域を形成することができた。
Next, by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method), a gate electrode portion (a gate electrode 108, an oxide layer 109 around the gate electrode 108, a gate electrode 11) is formed in an active layer region (constituting a source / drain and a channel).
0 and the surrounding oxide layer 111) as a mask, an impurity imparting P or N conductivity type is added in a self-aligned manner. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) were used as the doping gas. In the former case, the acceleration voltage was 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, the acceleration voltage was 40 to 80 kV, for example, 65 kV. The dose is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 1
0 15 cm -2 and boron was set to 5 × 10 15 . At the time of doping, each element was selectively doped by covering one region with a photoresist. As a result, N-type impurity regions 115 and 117 and P-type impurity regions 112 and 114 are formed.
(PTFT) region and N-channel TFT (NTFT)
Area was formed.

【0042】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルをおこなった。レーザー光としては、KrFエキシマ
レーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を
用いたが、他のレーザーであってもよい。レーザー光の
照射条件は、エネルギー密度が200〜400mJ/c
2 、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2
〜10ショット、例えば2ショット照射した。このレー
ザー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱す
ることによって、効果を増大せしめてもよい。(図1
(D))
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser light is such that the energy density is 200 to 400 mJ / c.
m 2 , for example, 250 mJ / cm 2, and 2
Irradiation was performed for 10 to 10 shots, for example, 2 shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. (Figure 1
(D))

【0043】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドまたは酸化珪素
とポリイミドの2層膜を利用してもよい。さらにコンタ
クトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線1
19、120、121を形成した。最後に、1気圧の水
素雰囲気で350℃、30分のアニールを行い、TFT
を相補型に構成した半導体回路を完成した。(図1
(E)) 上記に示す回路は、PTFTとNTFTとを相補型に設
けたCMOS構造であるが、上記工程において、2つの
TFTを同時に作り、中央で切断することにより、独立
したTFTを2つ同時に作製することも可能である。
Subsequently, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000.degree.
8 was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. As the interlayer insulator, polyimide or a two-layer film of silicon oxide and polyimide may be used. Further, a contact hole is formed, and a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 1.
19, 120 and 121 were formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm.
Was completed in a complementary type. (Figure 1
(E) The circuit shown above has a CMOS structure in which PTFTs and NTFTs are provided in a complementary manner. In the above-described process, two TFTs are simultaneously formed and cut at the center to form two independent TFTs. It is also possible to manufacture them at the same time.

【0044】本実施例においては、ニッケルを導入する
方法として、非晶質珪素膜104下の下地膜102上に
選択的にニッケルを薄膜(極めて薄いので、膜として観
察することは困難である)として形成し、この部分から
結晶成長を行なう方法を採用したが、非晶質珪素膜10
4を形成後に、選択的にニッケル膜を成膜する方法でも
よい。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面からおこな
ってもよいし、下面からおこなってもよい。また、予め
非晶質珪素膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用
いて、ニッケルイオンをこの非晶質珪素膜104中に選
択的に注入する方法を採用してもよい。この場合は、ニ
ッケル元素の濃度を細かく制御することができるという
特徴を有する。またプラズマ処理やCVD法による方法
でもよい。
In this embodiment, as a method for introducing nickel, nickel is selectively thinned on the base film 102 under the amorphous silicon film 104 (it is difficult to observe nickel as a thin film). And a method of growing crystals from this portion is adopted.
After the formation of 4, a method of selectively forming a nickel film may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface of the amorphous silicon film, or may be performed from the lower surface. Alternatively, a method in which an amorphous silicon film is formed in advance and nickel ions are selectively implanted into the amorphous silicon film 104 by using an ion doping method may be employed. This case has a feature that the concentration of the nickel element can be finely controlled. Alternatively, a method using a plasma treatment or a CVD method may be used.

【0045】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。また、N
チャネル型TFTだけではなくPチャネル型TFTでも
よいことはいうまでもない。また、液晶表示装置の画素
部分に設けるのではなく、周辺回路部分にも利用でき
る。また、イメージセンサや他の装置に利用することが
できる。即ち薄膜トランジタと利用するのであれば、特
にその用途が限定されるものではない。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided in each pixel as a switching element in an active liquid crystal display device. Hereinafter, one pixel will be described, but a large number (generally, hundreds of thousands) of other pixels are formed in a similar structure. Also, N
It goes without saying that a P-channel TFT may be used instead of a channel TFT. Further, it can be used not only for the pixel portion of the liquid crystal display device but also for the peripheral circuit portion. Further, it can be used for image sensors and other devices. That is, as long as it is used as a thin film transistor, its use is not particularly limited.

【0046】本実施例の作製工程の概略を図2に示す。
本実施例において、基板201としては日本電気硝子社
製OA−2基板(歪み点635℃、厚さ1.1mm、3
00×400mm)を使用した。まず、基板201に下
地膜202(酸化珪素)をプラズマCVD法で2000
Åの厚さに形成した。CVDの原料ガスとしてはTEO
Sと酸素を用いた。このような熱処理を施した基板を歪
み点以上の温度の700℃で2時間アニールした後、
0.2℃/分で600℃まで徐冷した。熱アニールおよ
び徐冷は酸素気流中でおこなった。以上の熱処理によっ
て基板の収縮は大幅に低減された。例えば600℃、4
時間のアニールでは20ppm、550℃、4時間のア
ニールでは10ppmの収縮しか観察されなかった。
FIG. 2 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
In this embodiment, as the substrate 201, an OA-2 substrate manufactured by NEC Corporation (strain point 635 ° C., thickness 1.1 mm,
00 × 400 mm). First, a base film 202 (silicon oxide) is formed on a substrate 201 by a plasma CVD method.
Å was formed. TEO as source gas for CVD
S and oxygen were used. After annealing the substrate subjected to such heat treatment at 700 ° C. at a temperature equal to or higher than the strain point for 2 hours,
It was gradually cooled to 600 ° C. at 0.2 ° C./min. Thermal annealing and slow cooling were performed in an oxygen stream. The shrinkage of the substrate was greatly reduced by the above heat treatment. For example, 600 ° C, 4
In the annealing for 20 hours, only shrinkage of 10 ppm was observed in the annealing at 550 ° C. for 4 hours.

【0047】この後、選択的にニッケルを導入するため
に、ポリイミドにより、マスク203を形成した。そし
て、スパッタリング法によりニッケル膜を成膜した。こ
のニッケル膜は、スパッタリング法によって、厚さ5〜
200Å、例えば20Åの厚さに形成した。このように
して、選択的に領域204にニッケル膜が形成された。
(図2(A))
Thereafter, a mask 203 was formed of polyimide in order to selectively introduce nickel. Then, a nickel film was formed by a sputtering method. This nickel film has a thickness of 5-
It was formed to a thickness of 200 °, for example, 20 °. Thus, the nickel film was selectively formed in the region 204.
(Fig. 2 (A))

【0048】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を1000Åの厚さに形成
し、また、プラズマCVD法によって厚さ200Åの酸
化珪素膜206を保護膜として形成した。そして、45
0℃で1時間脱水素化をおこなった後、加熱アニールに
よって結晶化をおこなった。このアニール工程は、窒素
雰囲気下、600℃で4時間おこなった。このアニール
工程において、非晶質珪素膜205下の204の領域に
は、ニッケル膜が形成されているので、この部分から結
晶化が起こった。この結晶化の際、ニッケルが成膜され
ている領域204では、基板201に垂直方向に珪素の
結晶成長が進行した。また、矢印で示されるように、ニ
ッケルが成膜されいていない領域(領域205以外の領
域)においては、基板に対し、平行な方向に結晶成長が
進行した。(図2(B))
Thereafter, LPCVD or plasma C
An amorphous silicon film 205 was formed to a thickness of 1000 ° by a VD method, and a silicon oxide film 206 having a thickness of 200 ° was formed as a protective film by a plasma CVD method. And 45
After dehydrogenation at 0 ° C. for 1 hour, crystallization was performed by heat annealing. This annealing step was performed at 600 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. In this annealing step, since a nickel film was formed in a region 204 below the amorphous silicon film 205, crystallization occurred from this portion. During this crystallization, silicon crystal growth proceeded in a direction perpendicular to the substrate 201 in the region 204 where nickel was deposited. In addition, as indicated by arrows, in regions where nickel was not deposited (regions other than region 205), crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate. (FIG. 2 (B))

【0049】この熱アニール工程の後、結晶化した珪素
膜をパターニングしてTFTの島状活性層205’のみ
を残存させ、その他を除去した。この際、結晶成長した
結晶の先端部が活性層、なかでもチャネル形成領域に存
在しないようにすることが重要である。具体的には、図
2(B)の珪素膜205のうち、少なくとも結晶化の先
端部とニッケルが導入された204の部分をエッチング
で除去し、結晶性珪素膜205の基板に平行な方向に結
晶成長した中間部分を活性層として利用することが好ま
しい。これは、ニッケルが結晶成長先端部および導入部
に集中して存在している事実を踏まえ、この先端部に集
中したニッケルがTFTの特性に悪影響を及ぼすことを
防ぐためである。
After this thermal annealing step, the crystallized silicon film was patterned to leave only the island-like active layer 205 'of the TFT and to remove the others. At this time, it is important that the tip of the grown crystal does not exist in the active layer, especially in the channel formation region. Specifically, in the silicon film 205 of FIG. 2B, at least the tip of crystallization and the portion of 204 into which nickel has been introduced are removed by etching, and the crystalline silicon film 205 is removed in a direction parallel to the substrate. It is preferable to use the intermediate portion where the crystal has grown as an active layer. This is to prevent the nickel concentrated at the front end portion from adversely affecting the characteristics of the TFT based on the fact that nickel is concentrated at the front end portion and the introduction portion of the crystal growth.

【0050】その後、TEOSを原料として、酸素雰囲
気中のプラズマCVD法によって、酸化珪素のゲイト絶
縁膜(厚さ70〜120nm、典型的には120nm)
207を形成した。基板温度は350℃とした。(図2
(C)) 次に公知の多結晶珪素を主成分とした膜をCVD法で形
成し、パターニングを行うことによって、ゲイト電極2
08を形成した。多結晶珪素には導電性を向上させるた
めに不純物として燐を0.1〜5%導入した。
Thereafter, a gate insulating film of silicon oxide (thickness: 70 to 120 nm, typically 120 nm) is formed from TEOS by plasma CVD in an oxygen atmosphere.
207 were formed. The substrate temperature was 350 ° C. (Figure 2
(C) Next, a known film containing polycrystalline silicon as a main component is formed by a CVD method, and is patterned to form a gate electrode 2.
08 was formed. Phosphorus was introduced into polycrystalline silicon as an impurity in an amount of 0.1 to 5% in order to improve conductivity.

【0051】その後、N型の不純物として、燐をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にソース領域/ドレ
イン領域210、チャネル形成領域209を形成した。
そして、550℃で4時間のアニールをおこなうことに
よって、イオン注入のために結晶性の劣化した珪素膜の
結晶性を改善させた。もともと結晶化を助長させる効果
のあるニッケルを含有していたため、活性層の結晶化は
容易であった。この熱アニールによって、このTFTの
ソース/ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/c
2 となった。(図2(D))
Thereafter, phosphorus was implanted as an N-type impurity by an ion doping method to form a source / drain region 210 and a channel formation region 209 in a self-aligned manner.
Then, by performing annealing at 550 ° C. for 4 hours, the crystallinity of the silicon film having deteriorated crystallinity due to ion implantation was improved. The active layer was easily crystallized because it originally contained nickel which has the effect of promoting crystallization. Due to this thermal annealing, the source / drain sheet resistance of this TFT is 300 to 800 Ω / c.
It became m 2. (FIG. 2 (D))

【0052】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物211を形成し、さらに、画素電極212
をITOによって形成した。そして、コンタクトホール
を形成して、TFTのソース/ドレイン領域にクロム/
アルミニウム多層膜で電極213、214を形成し、こ
のうち一方の電極214はITO212にも接続するよ
うにした。最後に、水素中で200〜400℃で2時間
アニールして、水素化をおこなった。このようにして、
TFTを完成した。この工程は、同時に他の多数の画素
領域においても同時におこなわれる。また、より耐湿性
を向上させるために、全面に窒化珪素等でパッシベーシ
ョン膜を形成してもよい。(図2(E))
Thereafter, an interlayer insulator 211 is formed of silicon oxide or polyimide, and further, a pixel electrode 212 is formed.
Was formed by ITO. Then, a contact hole is formed, and a chromium /
The electrodes 213 and 214 are formed of an aluminum multilayer film, and one of the electrodes 214 is also connected to the ITO 212. Finally, hydrogenation was performed by annealing in hydrogen at 200 to 400 ° C. for 2 hours. In this way,
The TFT was completed. This step is performed simultaneously in other many pixel regions. In order to further improve the moisture resistance, a passivation film may be formed on the entire surface using silicon nitride or the like. (FIG. 2 (E))

【0053】本実施例で作製したTFTは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状の結晶の結晶粒界に沿
って移動することになるから、キャリアの移動度の高い
TFTを得ることができる。本実施例で作製したTFT
はNチャネル型であり、その移動度は、90〜130
(cm2 /Vs)であった。従来の600℃、48時間
の熱アニールによる結晶化によって得られた結晶珪素膜
を用いたNチャネル型TFTの移動が、50〜70(c
2 /Vs)であったことと比較すると、これは大きな
特性の向上である。
In the TFT manufactured in this embodiment, a crystalline silicon film grown in the direction in which carriers flow is used as an active layer constituting a source region, a channel formation region, and a drain region. Is not traversed by the carrier, that is, the carrier moves along the crystal grain boundary of the needle-like crystal, so that a TFT having high carrier mobility can be obtained. TFT manufactured in this example
Is an N-channel type, and its mobility is 90 to 130.
(Cm 2 / Vs). The movement of a conventional N-channel TFT using a crystalline silicon film obtained by crystallization by thermal annealing at 600 ° C. for 48 hours is 50 to 70 (c).
m 2 / Vs), which is a great improvement in characteristics.

【0054】また、本実施例は、ドーピング不純物の活
性化に熱アニールの手段を用いているが、これは、実施
例1のようなレーザー光を用いる場合に比べて、穏やか
な反応であり、特に、レーザーアニールにおいては、ゲ
イト電極部の影の部分とレーザー照射される部分の境界
の結晶性の不連続性が信頼性低下の原因となっていた
が、本実施例ではチャネル形成領域もソース/ドレイン
領域も同様に加熱されるので、特に信頼性の点で優れて
いた。
In this embodiment, a thermal annealing means is used for activating the doping impurities. This is a milder reaction than the case where laser light is used as in the first embodiment. In particular, in laser annealing, the discontinuity of crystallinity at the boundary between the shadowed portion of the gate electrode portion and the portion irradiated with the laser caused a decrease in reliability. Since the / drain region was similarly heated, it was particularly excellent in reliability.

【0055】〔実施例3〕図3を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製1733番ガラ
ス(歪み点640℃)を用いた。ガラス基板301上に
プラズマCVD法によって下地膜302を形成し、さら
に、基板を歪み点以上の700℃の一酸化二窒素(N2
O)雰囲気中で1時間アニールした後、0.2℃/分で
600℃まで徐冷した。そして、プラズマCVD法によ
って厚さ300〜800Åの非晶質珪素膜304を成膜
した。さらに、厚さ1000Åの酸化珪素のマスク30
3を用いて300で示される領域にニッケル膜を実施例
1と同様にして成膜した。次に550℃、8時間の加熱
アニールを行い、珪素膜304の結晶化を行った。この
際、矢印305で示されるように、基板に対して平行な
方向に結晶成長が進行した。(図3(A))
[Embodiment 3] This embodiment will be described with reference to FIG. No. 1733 glass (strain point: 640 ° C.) manufactured by Corning Incorporated was used as the substrate. The base film 302 is formed by a plasma CVD method on a glass substrate 301, furthermore, the more points the distortion of the substrate 700 ° C. of dinitrogen monoxide (N 2
O) After annealing in an atmosphere for 1 hour, the sample was gradually cooled to 600 ° C. at a rate of 0.2 ° C./min. Then, an amorphous silicon film 304 having a thickness of 300 to 800 ° was formed by a plasma CVD method. Further, a silicon oxide mask 30 having a thickness of 1000 °
3 was used to form a nickel film in the region indicated by 300 in the same manner as in Example 1. Next, heat annealing at 550 ° C. for 8 hours was performed to crystallize the silicon film 304. At this time, as indicated by an arrow 305, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate. (FIG. 3 (A))

【0056】次に、マスク303(結晶化アニールの際
の保護膜でもある)を除去し、珪素膜304をパターニ
ングして、島状の活性層領域306および307を形成
した。この際、図3(A)で300で示された領域が、
ニッケルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃
度に存在する領域である。また、実施例1および2で示
したように結晶成長の終点にも、やはりニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が1桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、アク
ティブ素子、例えばTFTを形成するための領域である
活性層領域306、307はこれらのニッケル濃度の高
い領域を避けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域
を意図的に除去した。活性層のエッチングは垂直方向に
異方性を有するRIE法によって行った。(図3
(B))
Next, the mask 303 (which is also a protective film during crystallization annealing) was removed, and the silicon film 304 was patterned to form island-like active layer regions 306 and 307. At this time, the region indicated by 300 in FIG.
This is a region where nickel is directly introduced, and a region where nickel is present at a high concentration. Also, as shown in Examples 1 and 2, nickel also exists at a high concentration at the end point of crystal growth. It has been found that these regions have a nickel concentration that is nearly an order of magnitude higher than the crystallized regions between them. Therefore, in this embodiment, the active layer regions 306 and 307, which are regions for forming an active element, for example, a TFT, are patterned so as to avoid these regions having a high nickel concentration, and the regions having a high nickel concentration are intentionally formed. Removed. The etching of the active layer was performed by the RIE method having anisotropy in the vertical direction. (FIG. 3
(B))

【0057】本実施例では、活性層306と307とを
利用して相補型に構成されたTFT回路を得る。すなわ
ち、本実施例の回路はPTFTとNTFTが分断されて
いる点で、実施例1の図1(D)に示す構成と異なる。
すなわち、図1(D)に示す構造においては、2つのT
FTの活性層が連続してつながっており、その中間領域
においてニッケル濃度が高いが、本実施例では、どの部
分を取ってみてもニッケル濃度は低いという特色を有す
る。このため動作の安定性を高めることができる。
In the present embodiment, a complementary TFT circuit is obtained using the active layers 306 and 307. That is, the circuit of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1D in that the PTFT and the NTFT are separated.
That is, in the structure shown in FIG.
The active layer of the FT is continuously connected, and the nickel concentration is high in the intermediate region. However, the present embodiment has a feature that the nickel concentration is low regardless of which part is taken. Therefore, operation stability can be improved.

【0058】次いで、厚さ200〜3000Åの厚さの
酸化珪素または窒化珪素膜308をプラズマCVD法に
よって形成した。そして、可視・近赤外光のランプアニ
ールをおこなった。赤外線の光源としてはハロゲンラン
プを用いた。波長は結晶性珪素によく吸収される0.5
〜4μm、好ましくは0.8〜1.3μmを用いた。可
視・近赤外光の強度は、モニターの単結晶珪素ウェハー
上の温度が800〜1300℃、代表的には900〜1
200℃の間にあるように調整した。具体的には、珪素
ウェハーに埋め込んだ熱電対の温度をモニターして、こ
れを赤外線の光源にフィードバックさせた。なお、赤外
光照射は、H2 雰囲気中にておこなった。H2 雰囲気に
0.1〜10%のHCl、その他ハロゲン化水素やフッ
素や塩素、臭素の化合物を混入してもよい。
Next, a silicon oxide or silicon nitride film 308 having a thickness of 200 to 3000 ° was formed by a plasma CVD method. Then, lamp annealing of visible / near infrared light was performed. A halogen lamp was used as an infrared light source. The wavelength is 0.5 which is well absorbed by crystalline silicon.
44 μm, preferably 0.8-1.3 μm. The intensity of the visible / near-infrared light is 800 to 1300 ° C. on the single crystal silicon wafer of the monitor, typically 900 to 1
Adjusted to be between 200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. Note that the infrared light irradiation was performed in an H 2 atmosphere. 0.1% to 10% HCl, a compound of hydrogen halide, fluorine, chlorine, or bromine may be mixed in the H 2 atmosphere.

【0059】本実施例では可視・近赤外光照射の際に、
酸化珪素または窒化珪素の保護膜が活性層の表面に形成
されており、このため、赤外光照射の際の表面の荒れや
汚染を防止することができた。このようなランプアニー
ル工程を併用することによって、熱アニールによる結晶
化だけでは不十分であった結晶性を向上させることがで
きた。(図3(C)) 可視・近赤外光照射後、保護膜308を除去した。その
後は実施例1と同様にゲイト絶縁膜309、ゲイト電極
310、311を形成した。ゲイト電極としてはタンタ
ルを用い、ゲイト電極の表面には陽極酸化法によって、
酸化タンタルの被膜を1000〜3000Å、例えば3
000Å形成した。そして、実施例1と同様にイオンド
ーピング法によって不純物元素を導入し、ソース/ドレ
イン領域を形成した。
In this embodiment, when irradiating visible / near infrared light,
Since a protective film of silicon oxide or silicon nitride was formed on the surface of the active layer, it was possible to prevent the surface from being roughened and contaminated upon irradiation with infrared light. By using such a lamp annealing step together, it was possible to improve the crystallinity, which was insufficient only by crystallization by thermal annealing. (FIG. 3C) After the irradiation with visible / near infrared light, the protective film 308 was removed. After that, a gate insulating film 309 and gate electrodes 310 and 311 were formed as in Example 1. Tantalum is used as the gate electrode, and the surface of the gate electrode is anodized,
The tantalum oxide film is coated at 1000 to 3000
000 mm formed. Then, as in Example 1, an impurity element was introduced by ion doping to form source / drain regions.

【0060】この不純物の活性化にはランプアニール法
を用いた。赤外線の光源としてはハロゲンランプを用い
た。波長が0.5〜4μm、好ましくは0.8〜1.3
μmの可視・赤外光を30〜180秒照射した。上記波
長の可視・近赤外線は燐またはホウ素が1019〜1021
cm-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、10
00℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニール
を行うことができる。その反面、ガラス基板へは吸収さ
れにくいので、ガラス基板を高温に加熱することがな
く、また短時間の処理ですむので、ガラス基板の縮みが
問題となる工程においては最適な方法であるといえる。
特に本実施例では事前に基板の収縮が起こらないような
処理が施してあるのでなおさらである。
The lamp annealing method was used to activate the impurities. A halogen lamp was used as an infrared light source. The wavelength is 0.5-4 μm, preferably 0.8-1.3.
Irradiation with visible / infrared light of μm was performed for 30 to 180 seconds. Visible / near infrared rays of the above wavelengths contain 10 19 to 10 21 phosphorus or boron.
It is easily absorbed by amorphous silicon to which cm -3 is added.
An effective anneal comparable to a thermal anneal of 00 ° C. or more can be performed. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. .
In particular, in the present embodiment, the processing is performed in advance so as not to cause the contraction of the substrate.

【0061】可視・近赤外光の強度は、モニターの単結
晶珪素ウェハー上の温度が800〜1300℃、代表的
には900〜1200℃の間にあるように調整した。具
体的には、珪素ウェハーに埋め込んだ熱電対の温度をモ
ニターして、これを赤外線の光源にフィードバックさせ
た。なお、赤外光照射は、H2 雰囲気中にておこなっ
た。H2 雰囲気に0.1〜10%のHCl、その他ハロ
ゲン化水素やフッ素や塩素、臭素の化合物を混入しても
よい。(図3(D))
The intensity of the visible / near-infrared light was adjusted so that the temperature of the monitor on the single crystal silicon wafer was 800 to 1300 ° C., typically 900 to 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. Note that the infrared light irradiation was performed in an H 2 atmosphere. 0.1% to 10% HCl, a compound of hydrogen halide, fluorine, chlorine, or bromine may be mixed in the H 2 atmosphere. (FIG. 3 (D))

【0062】その後、層間絶縁物312を成膜して、こ
れにコンタクトホールを形成し、メタル配線313、3
14、315を形成した。さらに、1気圧の水素雰囲気
中で250〜400℃、例えば350℃でアニールする
ことによって、水素化をおこなった。(図3(E)) このようにして、相補型TFT回路を形成した。本実施
例ではランプアニール(可視・近赤外光照射)の際に活
性層の表面に保護膜が形成されており、表面の荒れや汚
染が防止される。このため、本実施例のTFTの特性
(電界移動度やしきい値電圧)および信頼性は極めて良
好であった。
Thereafter, an interlayer insulator 312 is formed, and a contact hole is formed in the interlayer insulator 312.
14, 315 were formed. Further, hydrogenation was performed by annealing at 250 to 400 ° C., for example, 350 ° C. in a hydrogen atmosphere at 1 atm. (FIG. 3E) Thus, a complementary TFT circuit was formed. In the present embodiment, a protective film is formed on the surface of the active layer during lamp annealing (visible / near-infrared light irradiation), so that surface roughness and contamination are prevented. Therefore, the characteristics (electric field mobility and threshold voltage) and reliability of the TFT of this example were extremely good.

【0063】〔実施例4〕図6を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、NHテクノグラス社製のNA4
5ガラス(歪み点610℃)を用いた。ガラス基板60
1上にプラズマCVD法によって2層の下地膜を形成し
た。まず、基板上に窒化珪素膜602を1000Å成膜
し、さらに酸化珪素膜603を1000Å成膜した。以
上の成膜は連続的におこなった。窒化珪素膜602を形
成する理由は、ガラス基板からの可動イオン等による汚
染をなくすためである。
[Embodiment 4] This embodiment will be described with reference to FIG. The substrate used was NA4 manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.
Five glasses (strain point 610 ° C.) were used. Glass substrate 60
A two-layer base film was formed on the substrate 1 by a plasma CVD method. First, a silicon nitride film 602 was formed to a thickness of 1000 上 on a substrate, and a silicon oxide film 603 was formed to a thickness of 1000 さ ら に. The above film formation was performed continuously. The reason for forming the silicon nitride film 602 is to eliminate contamination by mobile ions and the like from the glass substrate.

【0064】さらに、基板を歪み点以上の650℃の一
酸化二窒素(N2 O)雰囲気中で1時間アニールした
後、0.2℃/分で500℃まで徐冷した。そして、プ
ラズマCVD法によって厚さ300〜800Å、例え
ば、500Åの非晶質珪素膜604を成膜した。さら
に、厚さ1000Åの酸化珪素のマスク605を形成し
た。そして、酢酸ニッケル水溶液を用いたスピンコーテ
ィング法によって、酢酸ニッケル膜606を形成した。
ニッケルの濃度は50〜300ppm、例えば、100
ppmとした。このとき、酢酸ニッケル膜606は数〜
数十Å程度と極めて薄いため膜になってるとは限らな
い。(図6(A))
Further, the substrate was annealed for 1 hour in an atmosphere of dinitrogen monoxide (N 2 O) at 650 ° C. above the strain point, and then gradually cooled to 500 ° C. at a rate of 0.2 ° C./min. Then, an amorphous silicon film 604 having a thickness of 300 to 800 Å, for example, 500 Å was formed by a plasma CVD method. Further, a silicon oxide mask 605 having a thickness of 1000 ° was formed. Then, a nickel acetate film 606 was formed by a spin coating method using a nickel acetate aqueous solution.
The concentration of nickel is 50 to 300 ppm, for example, 100 ppm.
ppm. At this time, the nickel acetate film 606 has several
It is not necessarily a film because it is extremely thin, about several tens of kilometers. (FIG. 6 (A))

【0065】次に550℃、8時間の加熱アニールをお
こない、非晶質珪素膜604を結晶化せしめた。この
際、矢印で示されるように、基板に対して平行な方向に
結晶成長が進行した。次に、マスク605(結晶化アニ
ールの際の保護膜でもある)を除去した後、結晶性の向
上のためにレーザー結晶化を施した。KrFエキシマレ
ーザー光(波長248nm)を200〜300mJ/c
2 で照射することによって、結晶性珪素膜607が得
られた。(図6(B))
Next, heat annealing at 550 ° C. for 8 hours was performed to crystallize the amorphous silicon film 604. At this time, as indicated by arrows, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate. Next, after removing the mask 605 (which is also a protective film during crystallization annealing), laser crystallization was performed to improve crystallinity. KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is 200 to 300 mJ / c
By irradiation with m 2 , a crystalline silicon film 607 was obtained. (FIG. 6 (B))

【0066】その後、結晶性珪素膜607をパターニン
グして、島状の活性層領域611を形成した。この際、
図6(B)で608で示された領域が、ニッケルが直接
導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存在する領
域である。また、実施例1および2で示したように結晶
成長の終点609、610にも、やはりニッケルが高濃
度に存在する。これらの領域は、その間の結晶化してい
る領域に比較してニッケルの濃度が1桁近く高いことが
判明している。したがって、本実施例においては、アク
ティブ素子、例えば画素TFTを形成するための領域で
ある活性層領域はこれらのニッケル濃度の高い領域を避
けてパターニングし、ニッケルの高濃度領域を意図的に
除去した。活性層のエッチングは垂直方向に異方性を有
するRIE法によっておこなった。
After that, the crystalline silicon film 607 was patterned to form an island-shaped active layer region 611. On this occasion,
A region indicated by 608 in FIG. 6B is a region where nickel is directly introduced, and is a region where nickel is present at a high concentration. Also, as shown in Examples 1 and 2, nickel also exists at a high concentration at the end points 609 and 610 of the crystal growth. It has been found that these regions have a nickel concentration that is nearly an order of magnitude higher than the crystallized regions between them. Therefore, in the present embodiment, the active layer region, which is a region for forming an active element, for example, a pixel TFT, is patterned so as to avoid these regions having a high nickel concentration, and the high concentration region of nickel is intentionally removed. . The etching of the active layer was performed by the RIE method having anisotropy in the vertical direction.

【0067】次いで、ゲイト絶縁膜612として、厚さ
200〜3000Å、例えば、1000Åの酸化珪素膜
をプラズマCVD法によって形成した。その後、厚さ1
000Å〜3μm、例えば、5000Åのアルミニウム
(1wt%のSi、もしくは、0.1〜0.3wt%の
Scを含む)膜をスパッタリング法によって形成した。
そして、フォトレジストをスピンコーティング法によっ
て形成した。フォトレジスト形成前に、陽極酸化法によ
って厚さ100〜1000Åの酸化アルミニウム膜を表
面に形成しておくと、フォトレジストの密着性が良くな
る。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパター
ニングして、ゲイト電極613を形成した。エッチング
終了後も、フォトレジストは剥離せず、ゲイト電極61
3上にマスク膜614として残存せしめた。
Next, as the gate insulating film 612, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 3000 Å, for example, 1000 Å was formed by a plasma CVD method. After that, thickness 1
An aluminum (containing 1 wt% of Si or 0.1 to 0.3 wt% of Sc) film of 000 to 3 μm, for example, 5000 Å was formed by a sputtering method.
Then, a photoresist was formed by a spin coating method. If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 ° is formed on the surface by anodic oxidation before forming the photoresist, the adhesiveness of the photoresist is improved. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned to form a gate electrode 613. After the etching is completed, the photoresist is not removed, and the gate electrode 61 is not removed.
3 as a mask film 614.

【0068】さらに、これに電解溶液中で電流を通じて
ポーラス陽極酸化し、厚さ3000〜6000Å、例え
ば、厚さ5000Åのポーラス型陽極酸化物615を形
成した。ポーラス陽極酸化は、3〜20%のクエン酸も
しくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液
を用いておこない、5〜30Vの一定電流をゲイト電極
に印加すればよい。本実施例においてはショウ酸溶液
(30℃)中で、電圧を10Vとし、20〜40分、陽
極酸化した。ポーラス型陽極酸化物の厚さは陽極酸化を
おこなう時間によって制御した。(図6(C))
Further, a porous anodic oxide 615 having a thickness of 3000 to 6000 °, for example, 5000 °, was formed by passing a current through the electrolyte in an electrolytic solution. The porous anodic oxidation may be performed using a 3 to 20% aqueous acid solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, or the like, and a constant current of 5 to 30 V may be applied to the gate electrode. In this example, in a oxalic acid solution (30 ° C.), the voltage was set to 10 V, and anodic oxidation was performed for 20 to 40 minutes. The thickness of the porous anodic oxide was controlled by the time for performing anodic oxidation. (FIG. 6 (C))

【0069】その後、マスク614を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこなった。この際には、基板をpH≒7、1
〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金
を陰極、アルミニウムの電極を陽極として、徐々に電圧
を上げて陽極酸化を進行させた。このようにして、緻密
で耐圧の高いバリヤ型陽極酸化物616が形成された。
そして、ゲイト絶縁膜612をドライエッチング法によ
ってエッチングした。このとき、陽極酸化物615、6
16はエッチングされず、ゲイト絶縁膜612のみがエ
ッチングされ、島状の活性層611が現れた時点でエッ
チングを終了した。その結果、ポーラス型陽極酸化物6
15の下のゲイト絶縁膜612’はエッチングされずに
残った。(図6(D))
Thereafter, the mask 614 was peeled off and barrier anodic oxidation was performed. In this case, the substrate was adjusted to pH 7, 7, 1
The electrode was immersed in an ethylene glycol solution of ~ 3% tartaric acid, and the anode was used as a cathode with platinum as the anode and the voltage was gradually increased to proceed anodic oxidation. Thus, a dense and high withstand voltage barrier-type anodic oxide 616 was formed.
Then, the gate insulating film 612 was etched by a dry etching method. At this time, the anodic oxides 615, 6
16 was not etched, only the gate insulating film 612 was etched, and the etching was terminated when the island-shaped active layer 611 appeared. As a result, the porous anodic oxide 6
The gate insulating film 612 'under 15 remained without being etched. (FIG. 6 (D))

【0070】その後、ポーラス型陽極酸化物615をエ
ッチングして、除去した。そして、イオンドーピング法
によって、島状の活性層611にゲイト電極部(ゲイト
電極、バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜)をマスクとし
て、自己整合的に不純物として硼素を注入て、P型不純
物領域617が形成された。ここでは、ドーピングガス
にジボラン(B2 6 )を使用した。このとき、硼素の
ドーズ量は1〜4×1015原子/cm2 、加速電圧を1
0kVとした。ここで、加速電圧が低いため、ゲイト絶
縁膜の下部にはドーピングされず硼素は導入されず、オ
フセット領域が形成された。(図6(E))
Thereafter, the porous anodic oxide 615 was removed by etching. Then, boron is implanted into the island-like active layer 611 as an impurity in the island-like active layer 611 in a self-aligned manner using the gate electrode portion (gate electrode, barrier type anodic oxide, silicon oxide film) as a mask. 617 were formed. Here, diborane (B 2 H 6 ) was used as the doping gas. At this time, the dose of boron is 1 to 4 × 10 15 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage is 1
0 kV. Here, since the acceleration voltage is low, the lower part of the gate insulating film is not doped and boron is not introduced, and an offset region is formed. (FIG. 6E)

【0071】さらに、これを350〜550℃、例え
ば、500℃、4時間の熱アニールをおこない、ドーピ
ングされた不純物の活性化をおこなった。さらに、より
活性化を進めるためにKrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射した。レーザ
ーのエネルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好
ましくは250〜300mJ/cm2 が適当であった。
この際、ゲイト絶縁膜612’の下に存在するPI接合
は、レーザー照射によって十分に活性化された。ここ
で、熱アニールによって活性化をおこなっても構わな
い。つぎに、層間絶縁膜619として酸化珪素膜を、プ
ラズマCVD法によって3000Åに成膜した。
Further, this was subjected to thermal annealing at 350 to 550 ° C., for example, 500 ° C. for 4 hours to activate the doped impurities. Furthermore, in order to promote further activation, a KrF excimer laser (wavelength 2
48 nm and a pulse width of 20 nsec). The energy density of the laser was 200 to 400 mJ / cm 2 , and preferably 250 to 300 mJ / cm 2 .
At this time, the PI junction existing under the gate insulating film 612 ′ was sufficiently activated by the laser irradiation. Here, activation may be performed by thermal annealing. Next, a silicon oxide film was formed as an interlayer insulating film 619 at 3000 ° by a plasma CVD method.

【0072】そして、層間絶縁膜619のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極619を形成
した。(図6(F)) 最後にパッシベーション膜620として厚さ1000〜
6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜をプラズ
マCVD法によって形成し、これと層間絶縁膜618を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜(ITO膜)を形
成して、これをエッチングして画素電極621を形成し
た。(図6(G)) 以上のようにして、Pチャネル型のオフセット領域を有
する画素TFTが形成された。
Then, the interlayer insulating film 619 was etched to form a contact hole in the source region.
Thereafter, an aluminum film was formed by a sputtering method, and patterning was performed to form a source electrode 619. (FIG. 6F) Finally, a passivation film 620 having a thickness of 1000 to 1000
A silicon nitride film of 6000Å, for example, 3000Å was formed by a plasma CVD method, and the interlayer insulating film 618 was etched to form a contact hole in the drain. Thereafter, an indium tin oxide film (ITO film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 621. (FIG. 6G) As described above, a pixel TFT having a P-channel type offset region was formed.

【0073】〔実施例5〕図7を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製1733番ガラ
スを用いた。まず、ガラス基板701上に下地膜を形成
した。ここでは、基板上にスパッタリング法によって窒
化アルミニウム膜702を1000Å成膜し、さらにプ
ラズマCVD法によって酸化珪素膜703を1000Å
成膜し、2層から成る下地膜を形成した。窒化アルミニ
ウム膜702を形成する理由は、ガラス基板からの可動
イオン等による汚染をなくすためである。
[Embodiment 5] This embodiment will be described with reference to FIG. No. 1733 glass manufactured by Corning was used as the substrate. First, a base film was formed over a glass substrate 701. Here, an aluminum nitride film 702 is formed on a substrate by sputtering at a thickness of 1000 Å, and a silicon oxide film 703 is formed on the substrate by a plasma CVD method at a thickness of 1000 Å.
A film was formed to form an underlayer consisting of two layers. The reason for forming the aluminum nitride film 702 is to eliminate contamination by mobile ions and the like from the glass substrate.

【0074】さらに、基板を歪み点以上の700℃の窒
素(N2 )雰囲気中で1時間アニールした後、0.2℃
/分で600℃まで徐冷した。そして、プラズマCVD
法によって厚さ300〜800Å、例えば、500Åの
非晶質珪素膜704を成膜した。さらに、厚さ1000
Åの酸化珪素のマスク705を形成した。そして、酢酸
ニッケル溶液を用いたスピンコーティング法によって、
酢酸ニッケル膜706を形成した。(図7(A))
Further, after annealing the substrate in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at 700 ° C. above the strain point for 1 hour,
At 600 ° C./min. And plasma CVD
An amorphous silicon film 704 having a thickness of 300 to 800 Å, for example, 500 に よ っ て is formed by the method. In addition, thickness 1000
A mask 705 of silicon oxide was formed. And, by spin coating method using nickel acetate solution,
A nickel acetate film 706 was formed. (FIG. 7 (A))

【0075】次に550℃、8時間の加熱アニールをお
こない、非晶質珪素膜704の結晶化をおこなった。こ
の際、矢印で示されるように、基板に対して平行な方向
に結晶成長が進行した。次に、マスクを除去した後、結
晶性の向上のためにレーザー結晶化を施した。KrFエ
キシマレーザー光を200〜300mJ/cm2 で照射
することによって、結晶性珪素膜707が得られた。
(図7(B)) その後、結晶性珪素膜707をパターニングして、島状
の活性層領域711を形成した。この際、実施例4と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。
Next, heat annealing was performed at 550 ° C. for 8 hours to crystallize the amorphous silicon film 704. At this time, as indicated by arrows, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate. Next, after removing the mask, laser crystallization was performed to improve crystallinity. The crystalline silicon film 707 was obtained by irradiating a KrF excimer laser beam at 200 to 300 mJ / cm 2 .
(FIG. 7B) After that, the crystalline silicon film 707 was patterned to form an island-shaped active layer region 711. At this time, as in Example 4, the active layer was formed avoiding the region where the nickel concentration was high.

【0076】次いで、ゲイト絶縁膜712として、厚さ
200〜3000Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜
をプラズマCVD法によって形成した。その後、厚さ1
000Å〜3μm、例えば、6000Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例4と同様な方法で、ゲイト電極713、フォトレジス
トのマスク714、ポーラス陽極酸化物715を形成し
た。(図7(C)
Next, as the gate insulating film 712, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 3000 例 え ば, for example, 1200 Å was formed by a plasma CVD method. After that, thickness 1
An aluminum film of 000 ° to 3 μm, for example, 6000 ° was formed by a sputtering method. Then, a gate electrode 713, a photoresist mask 714, and a porous anodic oxide 715 were formed in the same manner as in Example 4. (FIG. 7 (C)

【0077】その後、マスク714を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこない,バリヤ型陽極酸化物716を形成し
た。そして、ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によっ
てエッチングしたその結果、ポーラス型陽極酸化物71
6の下のゲイト絶縁膜712’が残った。(図7
(D)) その後、ポーラス型陽極酸化物715をエッチングし
て、除去し、イオンドーピング法によって、島状の活性
層領域711にゲイト電極部(ゲイト電極、バリヤ型陽
極酸化物、酸化珪素膜)をマスクとして、自己整合的に
不純物として硼素を注入して、P型不純物領域717が
形成された。(図7(E))
Thereafter, the mask 714 was peeled off and barrier anodic oxidation was carried out to form a barrier anodic oxide 716. Then, as a result of etching the gate insulating film by the dry etching method, the porous anodic oxide 71 is formed.
The gate insulating film 712 'under 6 remains. (FIG. 7
(D)) Thereafter, the porous anodic oxide 715 is removed by etching, and a gate electrode portion (gate electrode, barrier anodic oxide, silicon oxide film) is formed on the island-shaped active layer region 711 by ion doping. Is used as a mask, boron is implanted as an impurity in a self-aligned manner to form a P-type impurity region 717. (FIG. 7E)

【0078】さらに、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm、パルス幅20nsec)を照射して、不純物
領域717の活性化をおこなった。さらに、ソース/チ
ャネル、ドレイン/チャネル間の接合を良くするため
に、350〜550℃、例えば、500℃で4時間の熱
アニールをおこなった。つぎに、層間絶縁膜718とし
て酸化珪素膜を、プラズマCVD法によって3000Å
に成膜した。そして、層間絶縁膜718のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極719を形成
した。(図7(F)) 最後にパッシベーション膜720として厚さ2000〜
6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜をプラズ
マCVD法によって形成し、これと層間絶縁膜718を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜(ITO膜)を形
成して、これをエッチングして画素電極721を形成し
た。(図7(G)) 以上のようにして、Pチャネル型のオフセット領域を有
する画素TFTが形成された。
Further, a KrF excimer laser (wavelength 2
Irradiation of 48 nm and a pulse width of 20 nsec) was performed to activate the impurity region 717. Further, in order to improve the junction between the source / channel and the drain / channel, thermal annealing was performed at 350 to 550 ° C., for example, 500 ° C. for 4 hours. Next, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 718 by plasma CVD at 3000.
Was formed. Then, the interlayer insulating film 718 was etched to form a contact hole in the source region.
Thereafter, an aluminum film was formed by a sputtering method, and patterning was performed to form a source electrode 719. (FIG. 7F) Finally, a passivation film 720 having a thickness of 2000 to 2000
A silicon nitride film of 6000Å, for example, 3000Å was formed by a plasma CVD method, and the interlayer insulating film 718 was etched to form a contact hole in the drain. Thereafter, an indium tin oxide film (ITO film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 721. (FIG. 7G) As described above, the pixel TFT having the P-channel type offset region was formed.

【0079】〔実施例6〕図8を用いて、本実施例を説
明する。基板としては、コーニング社製7059番ガラ
スを用いた。まず、ガラス基板801上に下地膜を形成
した。ここでは、基板上にプラズマCVD法によって酸
化珪素膜802を1000Å成膜し、さらにプラズマC
VD法によって窒化酸化珪素膜803を1000Å成膜
し、2層から成る下地膜を形成した。
[Embodiment 6] This embodiment will be described with reference to FIG. No. 7059 glass manufactured by Corning was used as the substrate. First, a base film was formed over a glass substrate 801. Here, a silicon oxide film 802 is formed on a substrate by a plasma CVD method to a thickness of 1000 °
A silicon nitride oxide film 803 was formed at a thickness of 1000 ° by a VD method to form a two-layer base film.

【0080】さらに、基板を歪み点以上の640℃のア
ンモニア(NH3 )雰囲気中で1時間アニールした後、
0.2℃/分で400℃まで徐冷した。そして、プラズ
マCVD法によって厚さ300〜800Å、例えば、5
00Åの非晶質珪素膜804を成膜した。さらに、厚さ
1000Åの酸化珪素のマスク805を形成した。そし
て、酢酸ニッケル溶液を用いたスピンコーティング法に
よって、酢酸ニッケル膜806を形成した。(図8
(A)) 次に550℃、8時間の加熱アニールをおこない、非晶
質珪素膜804の結晶化をおこなった。この際、矢印で
示されるように、基板に対して平行な方向に結晶成長が
進行した。
Further, after annealing the substrate in an ammonia (NH 3 ) atmosphere at 640 ° C. above the strain point for 1 hour,
It was gradually cooled to 400 ° C. at 0.2 ° C./min. Then, a thickness of 300 to 800 °, for example, 5
An amorphous silicon film 804 of 00 ° was formed. Further, a mask 805 of silicon oxide having a thickness of 1000 ° was formed. Then, a nickel acetate film 806 was formed by a spin coating method using a nickel acetate solution. (FIG. 8
(A)) Next, heat annealing at 550 ° C. for 8 hours was performed to crystallize the amorphous silicon film 804. At this time, as indicated by arrows, crystal growth proceeded in a direction parallel to the substrate.

【0081】次に、マスクを除去した後、結晶性の向上
のためにレーザー結晶化を施した。KrFエキシマレー
ザー光を200〜300mJ/cm2 で照射することに
よって、結晶性珪素膜807が得られた。(図8
(B)) その後、結晶性珪素膜807をパターニングして、島状
の活性層領域811を形成した。この際、実施例4と同
様に、ニッケルの濃度が高い領域を避けて活性層を形成
した。この際、RIE法によって、エッチングをおこな
ったが、窒化酸化珪素膜803のエッチングレートは珪
素膜に比較して非常に小さかったので、下地膜のオーバ
ーエッチは少なかった。
Next, after removing the mask, laser crystallization was performed to improve the crystallinity. By irradiating with a KrF excimer laser beam at 200 to 300 mJ / cm 2 , a crystalline silicon film 807 was obtained. (FIG. 8
(B)) Thereafter, the crystalline silicon film 807 was patterned to form an island-shaped active layer region 811. At this time, as in Example 4, the active layer was formed avoiding the region where the nickel concentration was high. At this time, etching was performed by the RIE method. However, since the etching rate of the silicon nitride oxide film 803 was much lower than that of the silicon film, overetching of the base film was small.

【0082】次いで、ゲイト絶縁膜812として、厚さ
200〜3000Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜
をプラズマCVD法によって形成した。その後、厚さ1
000Å〜3μm、例えば、6000Åのアルミニウム
膜をスパッタリング法によって形成した。そして、実施
例4と同様な方法で、ゲイト電極813、フォトレジス
トのマスク814、ポーラス陽極酸化物815を形成し
た。(図8(C))
Next, as the gate insulating film 812, a silicon oxide film having a thickness of 200 to 3000 例 え ば, for example, 1200 Å was formed by a plasma CVD method. After that, thickness 1
An aluminum film of 000 ° to 3 μm, for example, 6000 ° was formed by a sputtering method. Then, a gate electrode 813, a photoresist mask 814, and a porous anodic oxide 815 were formed in the same manner as in Example 4. (FIG. 8 (C))

【0083】その後、マスク814を剥離してバリヤ陽
極酸化をおこない,バリヤ型陽極酸化物816を形成し
た。そして、ゲイト絶縁膜をドライエッチング法によっ
てエッチングしたその結果、ポーラス型陽極酸化物81
6の下のゲイト絶縁膜812’が残った。(図8
(D))
Thereafter, the mask 814 was peeled off and barrier anodic oxidation was performed to form a barrier anodic oxide 816. Then, as a result of etching the gate insulating film by the dry etching method, the porous anodic oxide 81 is formed.
The gate insulating film 812 'under 6 remains. (FIG. 8
(D))

【0084】その後、ポーラス型陽極酸化物815をエ
ッチングして、除去し、イオンドーピング法によって、
島状の活性層領域811にゲイト電極部(ゲイト電極、
バリヤ型陽極酸化物、酸化珪素膜)をマスクとして、自
己整合的に不純物として硼素を注入して、P型不純物領
域817が形成された。(図8(E)) さらに、350〜550℃、例えば、500℃、4時間
の熱アニールをおこない、ドーピングされた不純物の活
性化をおこなった。そして、より活性化を好ましくおこ
なうために、KrFエキシマレーザー(波長248n
m、パルス幅20nsec)を照射した。その後、ソー
ス/チャネル接合、およびドレイン/チャネル接合の特
性を改善させるために、350〜550℃、例えば、4
80℃、1時間のアニールをおこなった。つぎに、層間
絶縁膜818として酸化珪素膜を、プラズマCVD法に
よって3000Åに成膜した。
Thereafter, the porous anodic oxide 815 is etched and removed, and the porous anodic oxide 815 is removed by ion doping.
A gate electrode portion (gate electrode,
Using a barrier-type anodic oxide, a silicon oxide film) as a mask, boron as an impurity was implanted in a self-aligned manner to form a P-type impurity region 817. (FIG. 8E) Further, thermal annealing at 350 to 550 ° C., for example, 500 ° C. for 4 hours was performed to activate the doped impurities. Then, in order to more preferably activate, a KrF excimer laser (wavelength 248 n
m, pulse width 20 nsec). Thereafter, in order to improve the characteristics of the source / channel junction and the drain / channel junction, 350 to 550 ° C., for example, 4 ° C.
Annealing was performed at 80 ° C. for 1 hour. Next, a silicon oxide film was formed as an interlayer insulating film 818 at 3000 ° by a plasma CVD method.

【0085】そして、層間絶縁膜818のエッチングを
おこない、ソース領域にコンタクトホールを形成した。
その後、アルミニウム膜をスパッタリング法によって形
成し、パターニングをおこないソース電極819を形成
した。(図8(F)) 最後にパッシベーション膜820として厚さ2000〜
6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜をプラズ
マCVD法によって形成し、これと層間絶縁膜718を
エッチングしてドレインにコンタクトホールを形成し
た。その後、インディウム錫酸化物膜(ITO膜)を形
成して、これをエッチングして画素電極821を形成し
た。(図8(G)) 以上のようにして、Pチャネル型のオフセット領域を有
する画素TFTが形成された。
Then, the interlayer insulating film 818 was etched to form a contact hole in the source region.
Thereafter, an aluminum film was formed by a sputtering method, and patterning was performed to form a source electrode 819. (FIG. 8F) Finally, a passivation film 820 having a thickness of 2000 to 2000 is formed.
A silicon nitride film of 6000Å, for example, 3000Å was formed by a plasma CVD method, and the interlayer insulating film 718 was etched to form a contact hole in the drain. Thereafter, an indium tin oxide film (ITO film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 821. (FIG. 8G) As described above, the pixel TFT having the P-channel type offset region was formed.

【0086】[0086]

【発明の効果】上記のように基板を歪み点以上の温度で
熱アニールして、徐冷することによって以後の熱処理に
よる基板の収縮が非常に小さくなった。一般には、実施
例に示したようなニッケルを導入するパターニング工程
(マスク合わせ工程)は、他のパターニング工程に比べ
ると、それほどの精度は要求されない。一方、コンタク
トホールの開孔やゲイト電極の形成のパターニングは数
μm以下の精度が要求される。このため、従来はドーピ
ング不純物の活性化は実質的に熱的なプロセスを伴わな
いレーザーアニールが中心であった。
As described above, the substrate is thermally annealed at a temperature equal to or higher than the strain point and gradually cooled, whereby the shrinkage of the substrate due to the subsequent heat treatment becomes very small. Generally, the patterning step (mask alignment step) of introducing nickel as shown in the embodiment does not require much accuracy compared to other patterning steps. On the other hand, patterning for forming contact holes and forming gate electrodes requires an accuracy of several μm or less. For this reason, conventionally, activation of doping impurities has mainly been performed by laser annealing which does not substantially involve a thermal process.

【0087】しかしながら、本発明によって、かなりの
温度まで基板収縮を抑制できるようになったため、実施
例2に示したような熱アニールや実施例3に示したよう
なランプアニールという、より量産に適した手段を用い
ることができるようになった。このように、本発明は絶
縁基板上の半導体装置の形成に極めて効果がある。
However, according to the present invention, since the substrate shrinkage can be suppressed to a considerable temperature, it is more suitable for mass production such as thermal annealing as shown in Embodiment 2 and lamp annealing as shown in Embodiment 3. Means can be used. As described above, the present invention is extremely effective for forming a semiconductor device on an insulating substrate.

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

【図1】 実施例1のTFTの作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of a TFT of Example 1.

【図2】 実施例2のTFTの作製工程を示す。FIG. 2 illustrates a manufacturing process of a TFT of Example 2.

【図3】 実施例3のTFTの作製工程を示す。FIG. 3 illustrates a manufacturing process of a TFT according to a third embodiment.

【図4】 従来の基板収縮によるパターニングのずれの
例を示す。
FIG. 4 shows an example of a conventional patterning shift due to substrate shrinkage.

【図5】 従来のTFT形成時の下地膜のオーバーエッ
チングの例を示す。
FIG. 5 shows an example of conventional over-etching of a base film when forming a TFT.

【図6】 実施例4のTFTの作製工程を示す。FIG. 6 shows a process for manufacturing a TFT of Example 4.

【図7】 実施例5のTFTの作製工程を示す。FIG. 7 shows a process for manufacturing a TFT of Example 5.

【図8】 実施例6のTFTの作製工程を示す。FIG. 8 shows a manufacturing process of the TFT of Example 6.

【図9】 本発明に用いる熱アニール炉の構成例を示
す。
FIG. 9 shows a configuration example of a thermal annealing furnace used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 ニッケル導入部分 101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 珪素膜 104’ 島状珪素膜(活性層) 105 ニッケルの濃度の高い領域 106 保護膜(酸化珪素) 107 ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜) 108 ゲイト電極(アルミニウム) 109 陽極酸化層(酸化アルミニウム) 110 ゲイト電極 111 陽極酸化層 112 ソース(ドレイン)領域 113 チャネル形成領域 114 ドレイン(ソース)領域 115 ソース(ドレイン)領域 116 チャネル形成領域 117 ドレイン(ソース)領域 118 層間絶縁物 119 電極 120 電極 121 電極 REFERENCE SIGNS LIST 100 nickel-introduced portion 101 glass substrate 102 base film (silicon oxide film) 103 mask 104 silicon film 104 ′ island-like silicon film (active layer) 105 region with high nickel concentration 106 protective film (silicon oxide) 107 gate insulating film (oxidation) Silicon film) 108 gate electrode (aluminum) 109 anodized layer (aluminum oxide) 110 gate electrode 111 anodized layer 112 source (drain) region 113 channel forming region 114 drain (source) region 115 source (drain) region 116 channel forming region 117 drain (source) region 118 interlayer insulator 119 electrode 120 electrode 121 electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 昭治 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 大谷 久 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 張 宏勇 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Shoji Miyanaga, 398 Hase, Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture, Japan (72) Inventor Hisashi Ohtani, 398 Hase, Hase, Atsugi, Kanagawa, Japan 72) Inventor Hirohide Zhang 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa, Japan Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Takemura 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa, Japan Semiconductor Energy Laboratory, Inc.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板上に下地膜を形成する第1の
工程と、 前記ガラス基板をその歪み点以上の第1の温度で熱アニ
ールする第2の工程と、 前記第1の温度から2℃/分以下の速度で歪み点以下の
第2の温度まで徐冷する第3の工程と、 前記下地膜上に触媒膜を選択的に形成する第4の工程
と、 前記下地膜上および前記触媒膜上に非晶質珪素膜を形成
する第5の工程と、 前記非晶質珪素膜が結晶化する温度の上下30℃の範囲
の温度にて、前記基板を熱アニールする第6の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A first step of forming a base film on a glass substrate; a second step of thermally annealing the glass substrate at a first temperature equal to or higher than a strain point thereof; A third step of gradually cooling to a second temperature below the strain point at a rate of not more than ° C./min, a fourth step of selectively forming a catalyst film on the undercoat film, A fifth step of forming an amorphous silicon film on the catalyst film; and a sixth step of thermally annealing the substrate at a temperature in the range of 30 ° C. above and below the temperature at which the amorphous silicon film crystallizes. When,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 ガラス基板上に下地膜を形成する第1の
工程と、 前記ガラス基板をその歪み点以上の第1の温度で熱アニ
ールする第2の工程と、 前記第1の温度から2℃/分以下の速度で歪み点以下の
第2の温度まで徐冷する第3の工程と、 前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成する第4の工程と、 前記非晶質珪素膜の上に触媒膜を選択的に形成する第5
の工程と、 該非晶質珪素膜が結晶化する温度の上下30℃の範囲の
温度にて、前記基板を熱アニールする第6の工程と、を
有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A first step of forming a base film on a glass substrate; a second step of thermally annealing the glass substrate at a first temperature equal to or higher than a strain point thereof; A third step of gradually cooling to a second temperature below the strain point at a rate of not more than ° C./min, a fourth step of forming an amorphous silicon film on the base film, and the amorphous silicon film Of selectively forming a catalyst film on the substrate
And a sixth step of thermally annealing the substrate at a temperature in the range of 30 ° C. above and below the temperature at which the amorphous silicon film is crystallized.
【請求項3】 ガラス基板上に下地膜を形成する第1の
工程と、 前記ガラス基板をその歪み点以上の第1の温度で熱アニ
ールすることによって1000ppm以上収縮させる第
2の工程と、 前記下地膜上に触媒膜を選択的に形成する第3の工程
と、 前記下地膜上および前記触媒膜上に非晶質珪素膜を形成
する第4の工程と、 熱アニールすることによって、前記触媒膜の選択的に形
成された領域から前記非晶質珪素膜を結晶化させる第5
の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
A first step of forming a base film on the glass substrate; a second step of shrinking the glass substrate by 1000 ppm or more by thermally annealing the glass substrate at a first temperature equal to or higher than a strain point thereof; A third step of selectively forming a catalyst film on the base film; a fourth step of forming an amorphous silicon film on the base film and on the catalyst film; Fifth, the amorphous silicon film is crystallized from the selectively formed region of the film.
And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 ガラス基板上に下地膜を形成する第1の
工程と、 前記ガラス基板をその歪み点以上の第1の温度で熱アニ
ールすることによって1000ppm以上収縮させる第
2の工程と、 前記下地膜上に非晶質珪素膜を形成する第3の工程と、 前記非晶質珪素膜の上に触媒膜を選択的に形成する第4
の工程と、 熱アニールすることによって、前記触媒膜の選択的に形
成された領域から前記非晶質珪素膜を結晶化させる第5
の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
4. A first step of forming a base film on a glass substrate, a second step of causing the glass substrate to contract by 1000 ppm or more by thermally annealing the glass substrate at a first temperature equal to or higher than its strain point; A third step of forming an amorphous silicon film on the base film, and a fourth step of selectively forming a catalyst film on the amorphous silicon film.
A step of crystallizing the amorphous silicon film from the selectively formed region of the catalyst film by performing thermal annealing.
And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】 請求項1乃至4において、前記下地膜は
プラズマCVD法によって形成された酸化珪素、窒化珪
素、窒化アルミニウムもしくはそれらの多層膜であるこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the base film is silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or a multilayer film thereof formed by a plasma CVD method.
【請求項6】 請求項1乃至4において、酸化性の雰囲
気において第2の工程がおこなわれることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second step is performed in an oxidizing atmosphere.
【請求項7】 請求項1乃至4において、窒化性の雰囲
気において第2の工程がおこなわれることを特徴とする
半導体装置の作製方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second step is performed in a nitriding atmosphere.
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