JPH11186164A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH11186164A
JPH11186164A JP35172797A JP35172797A JPH11186164A JP H11186164 A JPH11186164 A JP H11186164A JP 35172797 A JP35172797 A JP 35172797A JP 35172797 A JP35172797 A JP 35172797A JP H11186164 A JPH11186164 A JP H11186164A
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silicon film
region
film
heat treatment
semiconductor device
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Naoki Makita
直樹 牧田
Masao Moriguchi
正生 守口
Muneyuki Motohashi
宗之 本橋
Hiromi Sakamoto
弘美 坂本
Tsukasa Shibuya
司 渋谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of fine holes in a crystalline silicon film, by laterally crystal-growing an amorphous silicon film from a region into which catalyst elements are introduced to its peripheral region by first heat treatment, eliminating a specified silicon film in which catalyst elements partially exisist, and performing second heat treatment. SOLUTION: Crystal growth is laterally performed from a peripheral region of a region 100 (102a) which is crystallized by first heat treatment, and a crystalline silicon film 102b which is laterally crystal-grown is formed. Nickel 104 partially exsists in an interface 102d between the catalyst elements introduced region 102a (100), the crystalline silicon film 102b which is laterally crystal- grown and an amorphous silicon film region 102c. When a silicon film 102 of an unnecessary part is eliminated and element isolation is performed, nickel 104 is etched together with the silicon film 102, in the regions 102a and 102d in which a great deal of nickel 104 exists. Second heat treatment is performed, and crystallinity of a crystalline silicon film 102f is improved.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、詳しくは、非晶質ケイ素膜を結晶化した結
晶性ケイ素膜を活性領域とする半導体装置の製造方法に
関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device in which a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film is used as an active region.

【0002】[0002]

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

【0003】非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低く気
相法で比較的容易に作製することができ量産性に富むこ
とから、最も一般的に用いられている。しかしながら、
導電性等の物性が結晶性を有するケイ素半導体に比べて
劣るため、今後より一層の高速特性を得るためには、結
晶性を有するケイ素半導体からなる半導体装置の作製方
法の確立が強く求められていた。尚、結晶性を有するケ
イ素半導体としては、多結晶ケイ素、微結晶ケイ素、結
晶成分を含む非晶質ケイ素、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ケイ素等が知られてい
る。
[0003] Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low production temperature and can be produced relatively easily by a gas phase method and have high mass productivity. However,
Since physical properties such as conductivity are inferior to crystalline silicon semiconductors, in order to obtain even higher speed characteristics in the future, it is strongly required to establish a method for manufacturing a semiconductor device made of crystalline silicon semiconductor. Was. In addition, as a silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystalline component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like are known. .

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る従来の方法としては、以下の方法が知られてい
る。
The following methods are known as conventional methods for obtaining these crystalline silicon semiconductors in the form of thin films.

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

【0006】(2)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
レーザー光のエネルギーにより結晶性を有せしめる。
(2) An amorphous semiconductor film is formed,
Crystallinity is imparted by the energy of laser light.

【0007】(3)非晶質の半導体膜を成膜しておき、
熱エネルギーを加えることにより結晶性を有せしめる。
(3) An amorphous semiconductor film is formed in advance,
Crystallinity is imparted by applying heat energy.

【0008】しかしながら、(1)の方法では、成膜工
程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性ケイ
素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良好な
半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡って均一に成
膜することが技術上困難である。
However, in the method (1), crystallization proceeds simultaneously with the film formation step, so that it is necessary to increase the thickness of the silicon film in order to obtain crystalline silicon having a large grain size. It is technically difficult to uniformly form a film having the above on the substrate over the entire surface.

【0009】また、(2)の方法では、溶融固化過程の
結晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に
処理され、高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、現在
最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例にと
ると、未だ十分な安定性のあるものが得られていない。
従って、大面積基板の全面を均一に処理するのは困難で
あり、ハード面でのさらなる技術向上が望まれる。
In the method (2), the crystallization phenomenon in the melt-solidification process is used, so that the grain boundaries are favorably processed in spite of the small grain size, and a high-quality crystalline silicon film can be obtained. Taking a generally used excimer laser as an example, a sufficiently stable one has not yet been obtained.
Therefore, it is difficult to uniformly treat the entire surface of a large-area substrate, and further technical improvement in hardware is desired.

【0010】また、(3)の方法は、(1)及び(2)
の方法と比較すると基板内の均一性、安定性においては
有利であり、石英基板を用いた超小型高精細液晶パネル
などに使用されている。但し、この場合には600℃で
30時間程の長時間にわたる加熱処理により結晶成長さ
せた後、さらに高温、例えば1000℃程度にて数十分
から数時間にわたって結晶性を向上させるための熱処理
を行っている。即ち、処理時間が長く、スループットが
低いという問題点があり、素子特性としてもTFT(薄
膜トランジスタ)において電界効果移動度100cm2
/Vs程度の特性しか得られていない。
Further, the method (3) comprises the steps (1) and (2)
Compared to the method described above, it is advantageous in terms of uniformity and stability in the substrate, and is used for ultra-small high-definition liquid crystal panels using a quartz substrate. However, in this case, after the crystal is grown by heat treatment at 600 ° C. for a long time of about 30 hours, heat treatment for improving the crystallinity at a higher temperature, for example, about 1000 ° C. for several tens minutes to several hours is performed. Is going. That is, there is a problem that the processing time is long and the throughput is low, and the field effect mobility of a TFT (thin film transistor) is 100 cm 2 as a device characteristic.
/ Vs only.

【0011】これらの方法に対して、上記(3)の方法
を改善し、高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法が特開平
7−94757公報及び特開平9−148245公報で
提案されている。これらの方法では、非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長する触媒元素を利用することで、加熱温度
の低温化及び処理時間の短縮、そして結晶性の向上を図
っている。
In contrast to these methods, a method of improving the above method (3) to obtain a high-quality crystalline silicon film has been proposed in JP-A-7-94757 and JP-A-9-148245. In these methods, the use of a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film aims at lowering the heating temperature, shortening the processing time, and improving the crystallinity.

【0012】具体的には、非晶質ケイ素膜の表面にニッ
ケルやパラジウム等の金属元素を微量に導入させ、しか
る後に加熱を行うものである。この低温結晶化のメカニ
ズムは、まず金属元素を核とした結晶核発生が早期に起
こり、その後その金属元素が触媒となって結晶成長を助
長し、結晶化が急激に進行することで理解される。そう
いった意味で以後これらの金属元素を触媒元素と呼ぶ。
これらの触媒元素により結晶化が助長されて結晶成長し
た結晶性ケイ素膜は、通常の固相成長法で結晶化した結
晶性ケイ素膜の一つの粒内が双晶構造であるのに対し
て、その粒内は何本もの柱状結晶ネットワークで構成さ
れており、それぞれの柱状結晶内部はほぼ理想的な単結
晶状態となっている。
Specifically, a minute amount of a metal element such as nickel or palladium is introduced into the surface of the amorphous silicon film, and then heating is performed. The mechanism of this low-temperature crystallization is understood from the fact that crystal nucleus generation with a metal element as a nucleus occurs early, and then the metal element serves as a catalyst to promote crystal growth, and crystallization proceeds rapidly. . In this sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements.
Crystalline silicon films grown by the promotion of crystallization by these catalytic elements have a twin structure in one grain of the crystalline silicon film crystallized by the ordinary solid phase growth method. The inside of the grain is composed of a number of columnar crystal networks, and the inside of each columnar crystal is in an almost ideal single crystal state.

【0013】さらに上記公報では、非晶質ケイ素膜の一
部に選択的に触媒元素を導入し加熱することで、他の部
分を非晶質ケイ素膜の状態として残したまま、選択的に
触媒元素が導入された領域のみを結晶化し、そして、さ
らに加熱時間を延長することで、その導入領域から横方
向(基板と平行な方向)に結晶成長を行わせている。こ
の横方向の結晶成長領域の内部では、成長方向がほぼ一
方向に揃った柱状結晶がひしめき合っており、触媒元素
が直接導入されランダムに結晶核の発生が起こった領域
に比べて、結晶性がさらに良好な領域となっている。よ
って、この横方向の結晶成長領域の結晶性ケイ素膜を半
導体装置の活性領域に用いることにより、半導体装置の
高性能化を図ることができる。
Further, in the above publication, the catalyst element is selectively introduced into a part of the amorphous silicon film and heated, so that the other part is left in the state of the amorphous silicon film and selectively. By crystallizing only the region into which the element has been introduced, and further extending the heating time, the crystal is grown in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the introduction region. Inside this lateral crystal growth region, columnar crystals whose growth directions are almost aligned in one direction are crowded, and the crystallinity is lower than that of the region where the catalytic element is directly introduced and crystal nuclei are generated randomly. It is a better area. Therefore, by using the crystalline silicon film in the lateral crystal growth region as the active region of the semiconductor device, the performance of the semiconductor device can be improved.

【0014】特開平7−94757公報では、このよう
な高品質な結晶性ケイ素膜に対して、さらに塩化物気体
又はフッ化物気体を含む雰囲気中において、レーザー光
などの強光を照射して、さらにその結晶性を向上させ、
高性能半導体素子を作製している。また、特開平9−1
48245公報では、上記高品質結晶性ケイ素膜に、結
晶化アニール温度よりもさらに高温での第2の加熱処理
を施し、その結晶性をさらに向上させた後、半導体素子
領域として用いている。
According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94757, such a high-quality crystalline silicon film is further irradiated with strong light such as laser light in an atmosphere containing a chloride gas or a fluoride gas. Further improve its crystallinity,
We manufacture high-performance semiconductor devices. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 9-1
In Japanese Patent No. 48245, the high-quality crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment at a temperature higher than the crystallization annealing temperature to further improve its crystallinity, and is used as a semiconductor element region.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の触媒元素を用いたケイ素膜の結晶化方法は、結晶性
ケイ素膜の膜質と不純物に関する問題が残されている。
However, the above-mentioned conventional method for crystallizing a silicon film using a catalytic element has problems concerning the film quality and impurities of the crystalline silicon film.

【0016】膜質に関しては、本発明者らが行った実験
から、個々の柱状結晶の結晶性は良好であるが、全体と
してはかなり高密度の結晶欠陥(転位)を含んでいるこ
とがわかっている。従って、半導体装置の活性領域がお
およそ一つの結晶方位で形成されるために、比較的高い
移動度が得られる一方、欠陥密度が高いため閾値電圧や
リーク電流は下がりにくい結果となる。
With respect to the film quality, experiments conducted by the present inventors have revealed that each columnar crystal has good crystallinity, but contains crystal defects (dislocations) having a considerably high density as a whole. I have. Therefore, since the active region of the semiconductor device is formed with approximately one crystal orientation, a relatively high mobility can be obtained. On the other hand, the threshold voltage and the leak current are hardly reduced due to the high defect density.

【0017】実際に、触媒元素を使用して結晶化した結
晶性ケイ素膜を用い、Nチャネル型TFTを作製した場
合には、電界効果移動度で60cm2/Vs〜80cm2
/Vs程度のものが得られている。しかしながら、この
値は、従来の触媒元素を用いない固相成長によるケイ素
膜に比べて2倍程度は向上しているが、薄膜集積回路な
どへの応用を考えると未だ十分な値でない。
Actually, when an N-channel TFT is manufactured using a crystalline silicon film crystallized using a catalytic element, the field effect mobility is 60 cm 2 / Vs to 80 cm 2.
/ Vs. However, this value is about twice as large as that of a conventional silicon film formed by solid phase growth without using a catalytic element, but is still not a sufficient value in view of application to a thin film integrated circuit and the like.

【0018】不純物に関しては、触媒元素そのものが問
題となる。即ち、上記のような触媒元素は、非晶質ケイ
素膜の結晶化には大きく貢献するが、その後、主に結晶
粒界に偏在し結晶性ケイ素膜中に残留する。半導体装置
の活性領域(半導体素子領域)を構成する結晶性ケイ素
膜中にこれら触媒元素が多量に存在していることは、こ
れら半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を阻害
するものであり、もちろん好ましいことではない。
Regarding impurities, the catalytic element itself becomes a problem. That is, the catalyst element as described above greatly contributes to the crystallization of the amorphous silicon film, but thereafter is mainly localized at the crystal grain boundaries and remains in the crystalline silicon film. The presence of a large amount of these catalytic elements in the crystalline silicon film that forms the active region (semiconductor element region) of a semiconductor device impairs the reliability and electrical stability of devices using these semiconductors. And, of course, not preferred.

【0019】特に、ニッケルやパラジウムなどの非晶質
ケイ素膜の結晶化を促す触媒として効率よく作用する元
素は、ケイ素中においてバンドギャップ中央付近に不純
物準位を形成する。従って、これら触媒元素により結晶
化したケイ素膜を用いTFTを作製すると、その影響と
して、主にTFTオフ動作時におけるリーク電流の増
大、信頼性の低下などの現象が現れる。即ち、上記触媒
元素は、そのTFT素子において、チャネル領域の結晶
性を向上させるため、電界効果移動度、オン電流及びオ
ン電流の立ち上がり係数(S係数)などの電流駆動能力
は向上させるが、その代償として、オフ特性及び信頼性
を悪化させるわけである。
Particularly, an element such as nickel or palladium which efficiently acts as a catalyst for promoting crystallization of an amorphous silicon film forms an impurity level near the center of a band gap in silicon. Therefore, when a TFT is manufactured using a silicon film crystallized with these catalyst elements, phenomena such as an increase in leakage current and a decrease in reliability mainly during a TFT-off operation appear as the effects. That is, the catalyst element improves the current driving capability such as the field-effect mobility, the on-current, and the on-current rise coefficient (S coefficient) in the TFT element in order to improve the crystallinity of the channel region. As a price, the off characteristic and the reliability are deteriorated.

【0020】これらの問題点を解決する方法が、前記の
特開平7−94757公報及び特開平9−148245
公報において提案されている。
A method for solving these problems is disclosed in the above-mentioned JP-A-7-94757 and JP-A-9-148245.
It is proposed in the gazette.

【0021】特開平7−94757公報では、触媒元素
を用いて結晶化された結晶性ケイ素膜に対して、レーザ
ー光などの強光を照射することにより、その結晶性をさ
らに向上させて、上記膜質が十分でないという問題の解
決を図っている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94757, the crystalline silicon film crystallized using a catalytic element is irradiated with strong light such as laser light to further improve its crystallinity. The problem of insufficient film quality is being solved.

【0022】しかしながら、このような場合には、従来
レーザーアニール技術が抱えている均一性、安定性の問
題が加わることになる。即ち、固相結晶化のメリットで
ある良好な膜質均一性が損なわれる結果となり、目的と
する高性能な半導体装置を実現することはできない。
However, in such a case, the problems of uniformity and stability conventionally associated with the laser annealing technique are added. That is, good film quality uniformity, which is a merit of solid-phase crystallization, is impaired, and the intended high-performance semiconductor device cannot be realized.

【0023】触媒元素の問題については、塩化物気体又
はフッ化物気体を含む雰囲気中でレーザー光照射を行
い、触媒元素を塩化物化又はフッ化物化してゲッタリン
グ除去するとしている。しかしながら、本発明者らが同
様の方法により実際に実験した結果、このような瞬時の
レーザーアニールにおいては、ほとんどゲッタリング効
果は得られず、ケイ素膜中の触媒元素濃度を大きく低減
することができないことが確認された。
Regarding the problem of the catalytic element, it is stated that laser light irradiation is performed in an atmosphere containing a chloride gas or a fluoride gas to chlorinate or fluoridate the catalyst element to remove gettering. However, as a result of actual experiments by the present inventors by the same method, almost no gettering effect is obtained in such instantaneous laser annealing, and the catalytic element concentration in the silicon film cannot be significantly reduced. It was confirmed that.

【0024】それに対して、特開平9−148245公
報には、触媒元素を用いた結晶化アニールの後、さらに
高い温度で加熱処理することによりその結晶性を向上さ
せる方法が開示されている。本発明者らの実験からもこ
の方法により非常に高品質な結晶性ケイ素膜が得られる
ことが確認されており、この方法により実際に電界効果
移動度300cm2/Vsを超える超高性能なTFT素
子を作製している。また、第2の加熱処理をHClなど
の酸化雰囲気下で行うことで、結晶性向上に加えてケイ
素膜中の触媒元素を効率的にゲッタリング除去できる。
従って、この方法は、高性能な薄膜半導体装置の製造方
法として非常に有効である。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-148245 discloses a method of improving the crystallinity by performing a heat treatment at a higher temperature after crystallization annealing using a catalytic element. It has been confirmed from experiments conducted by the present inventors that a very high-quality crystalline silicon film can be obtained by this method. According to this method, an ultra-high performance TFT having a field effect mobility exceeding 300 cm 2 / Vs is actually obtained. The device is being manufactured. Further, by performing the second heat treatment in an oxidizing atmosphere such as HCl, the gettering and removal of the catalyst element in the silicon film can be efficiently performed in addition to the improvement of the crystallinity.
Therefore, this method is very effective as a method for manufacturing a high performance thin film semiconductor device.

【0025】しかしながら、この方法においてTFTの
量産試作を行う上で新たな問題が発生した。新たな問題
とは、ケイ素膜における微小な穴の発生である。実際に
は、図7の写真に示すように、ケイ素膜が無くなってし
まっている部分に穴509が発生する。当初、本発明者
らは、ケイ素膜中の触媒元素がゲッタリングされる限
り、触媒元素が抜けたことによって、ケイ素膜に穴50
9が生じると予め予想し、穴509の位置の制御を試み
たが、予想していない領域、即ち素子形成領域において
も穴509の発生が見られた。
However, in this method, a new problem has arisen in conducting a trial production of TFTs in mass production. A new problem is the generation of microscopic holes in the silicon film. Actually, as shown in the photograph of FIG. 7, a hole 509 is generated in a portion where the silicon film has been lost. Initially, the present inventors found that as long as the catalyst element in the silicon film was gettered, the hole was removed from the silicon film by the removal of the catalyst element.
9 was expected in advance, and the position of the hole 509 was controlled, but the hole 509 was found in an unexpected region, that is, in the element formation region.

【0026】ここで、上記の問題について図5を用いて
詳しく説明する。図5(A)に触媒元素の選択添加によ
る固相結晶成長後の概略平面図を、図5(B)に問題と
なる第2の加熱処理後の概略平面図を示す。
Here, the above problem will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5A is a schematic plan view after solid phase crystal growth by selective addition of a catalytic element, and FIG. 5B is a schematic plan view after a problematic second heat treatment.

【0027】図5(A)において、領域501、502
で示されるのが触媒元素の導入領域である。この領域に
選択導入された触媒元素は、領域501、502をまず
結晶化し、その周辺部へと結晶成長を引き起こす。その
結果、領域503、504の結晶成長が行われる。この
とき、領域501、502では、導入された触媒元素に
よるランダムな核発生による結晶成長であるのに対し、
領域503、504では、H3の方向に結晶成長が行わ
れ、成長方向が疑一次元に揃っている。結晶成長が及ん
でいない領域505は非晶質ケイ素状態のまま残ってい
る。
In FIG. 5A, regions 501 and 502 are shown.
Is the region into which the catalytic element is introduced. The catalytic element selectively introduced into this region crystallizes the regions 501 and 502 first, and causes crystal growth to the periphery thereof. As a result, crystal growth of the regions 503 and 504 is performed. At this time, in the regions 501 and 502, crystal growth is caused by random nucleation by the introduced catalyst element,
In the regions 503 and 504, crystal growth is performed in the direction of H3, and the growth directions are aligned in a pseudo one-dimensional manner. The region 505 which has not reached the crystal growth remains in the amorphous silicon state.

【0028】触媒元素は、結晶成長のメカニズム上、結
晶成長の先端、即ち結晶化領域と非晶質領域の境界に立
って移動し、その先の非晶質ケイ素膜を次々に結晶化し
ていく。従って、触媒元素が偏在する位置としては、結
晶成長がぶつかりあった結晶粒界と、結晶成長の先端で
ある。即ち、図5(A)において、ランダムに核発生が
起こり、結晶粒がぶつかり合っている触媒元素の導入領
域501、502内と、横方向の結晶成長領域(横成長
領域)503と504との境界507、並びに横成長領
域503及び504と非晶質領域505との境界508
の3つの領域に触媒元素が偏在する。従って、半導体素
子領域は、横成長領域503、504を用い、例えば領
域510のような配置にて形成する。
Due to the mechanism of crystal growth, the catalytic element moves at the tip of crystal growth, that is, at the boundary between the crystallized region and the amorphous region, and successively crystallizes the amorphous silicon film beyond that. . Therefore, the position where the catalyst element is unevenly distributed is the crystal grain boundary where the crystal growth has collided and the tip of the crystal growth. That is, in FIG. 5A, nucleation occurs randomly, and the inside of the catalyst element introduction regions 501 and 502 where the crystal grains collide with the lateral crystal growth regions (lateral growth regions) 503 and 504. A boundary 507 and a boundary 508 between the lateral growth regions 503 and 504 and the amorphous region 505
Are unevenly distributed in the three regions. Therefore, the semiconductor element region is formed using the lateral growth regions 503 and 504, for example, in an arrangement like the region 510.

【0029】ところが、第2の加熱処理後には、図5
(B)に示すように、膜全面においてほぼ均一な密度で
微小な穴509の存在が見られた。即ち、半導体素子領
域510として利用するべき横成長領域503、504
内にもこのような穴509が発生しており、さらには、
触媒元素による結晶成長が及んでいない領域505にも
穴509が発生した。このような状態のまま半導体装置
を作製すると、局部的には非常に高性能な半導体素子が
実現できるが、穴509が素子領域に被った場合、その
素子において不良が発生する。また、このような穴50
9は、後のエッチング工程などにおいて、下層へのダメ
ージを生じさせ、全体として信頼性の低下を招くことに
なる。従って、この方法を用いた場合には、半導体装置
製造工程における歩留まりが極めて悪く、液晶表示用ア
クティブマトリクス基板のように基板上に何十万個もの
TFTを配置した半導体装置などへの適用は到底不可能
である。
However, after the second heat treatment, FIG.
As shown in (B), the presence of minute holes 509 with a substantially uniform density was observed over the entire surface of the film. That is, the lateral growth regions 503 and 504 to be used as the semiconductor element region 510
Such a hole 509 is also generated inside,
Holes 509 also occurred in the region 505 where the crystal growth by the catalytic element did not reach. When a semiconductor device is manufactured in such a state, a very high-performance semiconductor element can be locally realized. However, when the hole 509 covers an element region, a defect occurs in the element. Also, such a hole 50
No. 9 causes damage to a lower layer in a later etching step or the like, which leads to a decrease in reliability as a whole. Therefore, when this method is used, the yield in the semiconductor device manufacturing process is extremely low, and the application to a semiconductor device in which hundreds of thousands of TFTs are arranged on a substrate, such as an active matrix substrate for a liquid crystal display, is almost impossible. Impossible.

【0030】本発明は、こうした従来技術の課題を解決
するものであり、結晶性向上のための第2の加熱処理に
おいて触媒元素の再拡散を防止することができ、結晶性
ケイ素膜において微小な穴が発生する等の問題を解消す
ることが可能で、非常に高性能で高信頼性を有する半導
体装置を歩留まりよく作製できる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art. In the second heat treatment for improving the crystallinity, re-diffusion of the catalytic element can be prevented. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can solve a problem such as generation of a hole and can manufacture a semiconductor device having very high performance and high reliability with high yield.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置の製造方法は、絶縁性基板の上に非晶質ケイ
素薄膜を形成し、かつ、該非晶質ケイ素膜に、その結晶
化を助長する触媒元素を選択的に導入する第1の工程
と、第1の加熱処理を行い、該非晶質ケイ素膜を該触媒
元素が導入された領域からその周辺領域へと、横方向に
結晶成長を行わせる第2の工程と、該触媒元素が局在し
ている特定のケイ素膜領域を除去する第3の工程と、第
2の加熱処理を行い、該第3の工程で残された結晶性ケ
イ素膜領域の結晶性を向上させる第4の工程とを包含し
てなり、そのことにより上記目的が達成される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an amorphous silicon thin film on an insulating substrate; A first step of selectively introducing a catalyst element that promotes the formation of a catalyst, and a first heat treatment, whereby the amorphous silicon film is laterally moved from a region where the catalyst element is introduced to a peripheral region thereof. A second step of performing crystal growth, a third step of removing a specific silicon film region in which the catalyst element is localized, and a second heat treatment, which are left in the third step. And a fourth step of improving the crystallinity of the crystalline silicon film region, thereby achieving the above object.

【0032】請求項2記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第3の工程において除去する前記ケイ素膜
領域が、少なくとも、前記第1の工程で前記触媒元素が
導入された領域と、前記第2の工程で前記結晶成長によ
り形成された結晶成長境界部であるように構成する。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the silicon film region to be removed in the third step is at least a region where the catalytic element is introduced in the first step. It is configured to be a crystal growth boundary formed by the crystal growth in the second step.

【0033】請求項3記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第3の工程において残すケイ素膜領域が、
半導体素子領域であるように構成する。
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, the silicon film region left in the third step is:
It is configured to be a semiconductor element region.

【0034】請求項4記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第3の工程は、エッチングにより行い、こ
のエッチングによって、該当するケイ素膜部分と、その
部分に含まれる前記触媒元素及び該触媒元素のシリサイ
ド化合物を除去するように構成する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the third step is performed by etching, and by this etching, the corresponding silicon film portion, the catalyst element contained in the portion, and the The catalyst element is configured to remove a silicide compound.

【0035】請求項5記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第1の工程における前記触媒元素を選択的
に導入する工程を、前記非晶質ケイ素膜における前記触
媒元素が導入されない領域に対応する位置にマスクを形
成して行うように構成する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by using a region in the amorphous silicon film where the catalyst element is not introduced. Is formed by forming a mask at a position corresponding to.

【0036】請求項6記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第1の工程における前記触媒元素を選択的
に導入する工程を、フォトレジストをマスクとして、ス
パッタリング法又は真空蒸着法で、前記非晶質ケイ素膜
の表面に前記触媒元素を薄膜状に堆積した後に、該フォ
トレジストを剥離して、該マスク上の該触媒元素をリフ
トオフすることにより行うように構成する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by a sputtering method or a vacuum evaporation method using a photoresist as a mask. After depositing the catalyst element in the form of a thin film on the surface of the amorphous silicon film, the photoresist is removed, and the catalyst element on the mask is lifted off.

【0037】請求項7記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第1の工程における前記触媒元素を選択的
に導入する工程を、酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜をマ
スクとして、前記触媒元素を溶かし込んだ溶液を前記非
晶質ケイ素膜の表面に塗布し乾燥させた後、プレアニー
ル処理をして、該酸化ケイ素膜又は該窒化ケイ素膜のマ
スクを除去することにより行うように構成する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by using a silicon oxide film or a silicon nitride film as a mask. Is applied to the surface of the amorphous silicon film and dried, and then pre-annealed to remove the mask of the silicon oxide film or the silicon nitride film.

【0038】請求項8記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第2の加熱処理の温度を、前記第1の加熱
処理の温度よりも高くするように構成する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the temperature of the second heat treatment is set to be higher than the temperature of the first heat treatment.

【0039】請求項9記載の本発明の半導体装置の製造
方法は、前記第2の加熱処理を、ハロゲン化物を含む酸
化雰囲気下にて行うように構成する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halide.

【0040】請求項10記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、前記第2の工程において、前記非晶質ケイ素
膜を前記触媒元素が導入された領域からその周辺領域へ
と結晶成長させる方向と、半導体装置におけるキャリア
の移動方向とを略平行とする構成とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, in the second step, a direction in which the amorphous silicon film is crystal-grown from a region where the catalytic element is introduced to a peripheral region thereof. And the moving direction of the carrier in the semiconductor device is made substantially parallel.

【0041】請求項11記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、前記触媒元素として、Ni、Co、Pd、P
t、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al及びSbの中
の一種類又は複数種類の元素を用いるように構成する。
According to a eleventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, Ni, Co, Pd, P
It is configured to use one or more of t, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al and Sb.

【0042】以下、本発明の主旨及び作用について説明
する。
Hereinafter, the gist and operation of the present invention will be described.

【0043】上述の課題について、本発明者らは、実験
により、上記の微小穴が生じる原因は、触媒元素が偏在
し、その触媒元素が選択的に酸化され、エッチングされ
ることにより生じていることを確認した。問題は、図5
における横成長領域503、504及び非晶質領域50
5でも穴が生じる程多量の触媒元素が存在していること
である。この主原因は、第2の加熱処理時における触媒
元素の再拡散であることが確認された。
Regarding the above-mentioned problem, the inventors of the present invention have conducted experiments and found that the above-mentioned minute holes are caused by the uneven distribution of the catalyst element, and the catalyst element is selectively oxidized and etched. It was confirmed. The problem is in Figure 5
Growth regions 503 and 504 and the amorphous region 50 in FIG.
5 means that a large amount of catalytic element is present such that holes are formed. It was confirmed that the main cause was re-diffusion of the catalytic element during the second heat treatment.

【0044】即ち、図5(A)における結晶化アニール
(第1の加熱処理)後においては、触媒元素導入領域5
01、502及び結晶成長境界507、508に触媒元
素は偏在しているが、さらに結晶性を向上させるための
第2の加熱処理時に触媒元素の再拡散が生じ、横成長領
域503、504並びに触媒元素による成長が及んでい
ない領域505にも、触媒元素が同レベルに存在するよ
うになる。その結果、素子形成を行うべき横成長領域5
03、504にも微小穴が発生する訳である。
That is, after the crystallization annealing (first heat treatment) in FIG.
01 and 502 and the crystal growth boundaries 507 and 508, the catalyst element is unevenly distributed, but the catalyst element is re-diffused during the second heat treatment for further improving the crystallinity, and the lateral growth regions 503 and 504 and the catalyst are The catalytic element is also present at the same level in the region 505 that has not been grown by the element. As a result, the lateral growth region 5 where the element is to be formed is formed.
That is, a minute hole also occurs in 03 and 504.

【0045】従って、本発明の主旨は、絶縁性基板の上
に形成した非晶質ケイ素膜に、触媒元素を選択導入し、
第1の加熱処理により触媒元素導入領域からその周辺領
域へと横方向に結晶成長を行わせた後、ケイ素膜の結晶
性を向上させる第2の加熱処理工程の前に、触媒元素が
局在している特定のケイ素膜領域を除去する工程を行う
ことにある。即ち、第2の加熱処理による触媒元素の再
拡散が行われる前に、言い換えれば触媒元素が偏在して
いる間に、その触媒元素の偏在領域を除去してしまう訳
である。これにより第2の加熱処理に生じた触媒元素の
再拡散は、その主たる供給源が断たれることになり、上
記問題の解決が図れ、目的とする高性能な半導体装置が
高い歩留まりで得られる。
Accordingly, the gist of the present invention is to selectively introduce a catalytic element into an amorphous silicon film formed on an insulating substrate,
After the crystal growth in the lateral direction from the catalytic element introduction region to the peripheral region by the first heat treatment, the catalytic element is localized before the second heat treatment step for improving the crystallinity of the silicon film. And removing a specific silicon film region. That is, before the catalyst element is re-diffused by the second heat treatment, in other words, while the catalyst element is unevenly distributed, the unevenly distributed region of the catalyst element is removed. As a result, the main source of the re-diffusion of the catalyst element generated in the second heat treatment is cut off, so that the above problem can be solved and a high-performance semiconductor device can be obtained with a high yield. .

【0046】即ち、本発明の半導体装置の製造方法で
は、少なくとも、第1の工程で絶縁性基板の上に非晶質
ケイ素薄膜を形成し、かつ、この非晶質ケイ素膜に、そ
の結晶化を助長する触媒元素を選択的に導入し、第2の
工程で第1の加熱処理を行い、非晶質ケイ素膜を触媒元
素が導入された領域からその周辺領域へと、横方向に結
晶成長を行わせ、第3の工程で触媒元素が局在している
特定の領域のケイ素膜を除去し、第4の工程で第2の加
熱処理を行い、第3の工程で残された結晶性ケイ素膜領
域の結晶性を向上させるようにしている。
That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, at least the first step is to form an amorphous silicon thin film on an insulating substrate and to crystallize the amorphous silicon film on the amorphous silicon film. Is selectively introduced, and a first heat treatment is performed in the second step to grow the amorphous silicon film laterally from the region where the catalyst element is introduced to the peripheral region. The third step removes the silicon film in a specific region where the catalytic element is localized, performs the second heat treatment in the fourth step, and removes the crystallinity remaining in the third step. The crystallinity of the silicon film region is improved.

【0047】ここで言う触媒元素が局在している領域の
ケイ素膜とは、その成長メカニズム上、結晶化アニール
後に触媒元素の偏在が見られる触媒元素導入領域と、結
晶成長境界部、即ち、結晶化領域と未結晶化領域との境
界及び結晶成長がぶつかり合った境界とが主な領域であ
り、少なくともこれらの領域が除去されることが望まし
い。即ち、図5のような導入パターンにて結晶成長を行
わせた場合、触媒元素導入領域501、502、横方向
の結晶成長がぶつかり合った境界507、横方向の結晶
成長により結晶化された領域と非晶質領域との境界50
8の3点が少なくとも除去されていればよい。そして、
その後に第2の加熱処理を行う訳である。
The silicon film in the region where the catalytic element is localized means a catalytic element introducing region where uneven distribution of the catalytic element is observed after crystallization annealing due to its growth mechanism, and a crystal growth boundary portion, that is, The main region is a boundary between the crystallized region and the uncrystallized region and a boundary where crystal growth has collided, and it is desirable that at least these regions be removed. That is, when the crystal growth is performed with the introduction pattern as shown in FIG. 5, the catalyst element introduction regions 501 and 502, the boundary 507 where the lateral crystal growths collide, the region crystallized by the lateral crystal growth. 50 between amorphous region and amorphous region
It is only necessary that at least three points of 8 have been removed. And
After that, the second heat treatment is performed.

【0048】特に、上記第3の工程において残すケイ素
膜領域が、半導体素子領域(半導体装置の活性領域)と
なるようにパターニングすることが望ましい。このよう
にして触媒元素の局在領域を除去することで、工程短縮
が行えるだけでなく、不必要な領域が全て除去される。
このため、半導体素子領域への触媒元素の拡散量をさら
に低減することができる。勿論、半導体素子領域は、図
5における横成長領域503、504のみを用いて、例
えば領域510で示す位置に形成される。
In particular, it is desirable to perform patterning so that the silicon film region left in the third step becomes a semiconductor element region (active region of a semiconductor device). By removing the localized region of the catalyst element in this way, not only can the process be shortened, but also all unnecessary regions are removed.
For this reason, the diffusion amount of the catalyst element into the semiconductor element region can be further reduced. Of course, the semiconductor element region is formed, for example, at a position indicated by a region 510 using only the lateral growth regions 503 and 504 in FIG.

【0049】ここで、上記の半導体素子領域の形成工程
も含め、触媒元素が局在している領域のケイ素膜を除去
する工程において、対象となるケイ素膜と触媒元素との
エッチング性が重要となる。即ち、ケイ素膜が除去され
ても触媒元素がエッチングされずに残存していると、そ
こから基板表面を再拡散するため、本発明の効果が損な
われることになる。その他にも、下層へのダメージや、
その上に形成されるバスラインなどの断線、半導体素子
の信頼性の低下などを招く原因にもなる。さらに本発明
者らが調べたところによると、多くの触媒元素はシリサ
イド化合物としてケイ素膜中に存在していることがわか
っている。従って、本発明における上記触媒元素が局在
している特定のケイ素膜領域を除去する第3の工程とし
ては、このケイ素膜と同時に、上記触媒元素及び触媒元
素のシリサイド化合物が除去されるようなエッチングに
より行うことが最も望ましい。
Here, in the step of removing the silicon film in the region where the catalytic element is localized, including the step of forming the semiconductor element region, it is important that the etching property between the target silicon film and the catalytic element is important. Become. That is, if the catalyst element remains without being etched even after the silicon film is removed, the substrate surface is re-diffused from there, and the effect of the present invention is impaired. In addition, damage to the lower layer,
This may cause disconnection of a bus line or the like formed thereon, lower reliability of the semiconductor element, and the like. Further, the present inventors have investigated and found that many catalytic elements exist in the silicon film as silicide compounds. Therefore, as the third step of removing the specific silicon film region where the catalyst element is localized in the present invention, at the same time as the silicon film, the catalyst element and the silicide compound of the catalyst element are removed. Most preferably, it is performed by etching.

【0050】上記触媒元素が局在している領域のケイ素
膜を除去する具体的な方法として、フッ化水素酸と硝酸
の混合液を用いてエッチング除去することが望ましい。
この除去工程では、前述のようにケイ素膜に加えて触媒
元素又はそのシリサイド化合物も同時にエッチングされ
る必要がある。その目的において、フッ化水素酸と硝酸
の混合液を用いてのエッチングが最適であり、ケイ素膜
と共に触媒元素も同時にエッチングされ、除去領域にお
いて残渣の無い清浄な状態が得られる。
As a specific method for removing the silicon film in the region where the catalyst element is localized, it is desirable to remove the silicon film by etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid.
In this removal step, as described above, in addition to the silicon film, the catalytic element or its silicide compound must be etched at the same time. For that purpose, etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is optimal, and the catalyst element is simultaneously etched together with the silicon film, so that a clean state with no residue in the removal area is obtained.

【0051】微細加工が望まれる場合にはプラズマによ
るドライエッチングが有効であるが、ケイ素膜のエッチ
ングに従来から用いられているCF4ガスなどのフロン
系ガスと酸素系ガスとによるドライエッチングでは、ケ
イ素膜はエッチングされるがシリサイド化合物はエッチ
ングされず、触媒元素によるシリサイド化合物が残渣と
して基板表面に残ってしまう。基板上に残ったこれらの
シリサイド化合物が第2の加熱処理時に再拡散を起こし
ては、本発明の有効性が損なわれてしまう。
When microfabrication is desired, dry etching by plasma is effective. However, dry etching with a chlorofluorocarbon-based gas such as CF 4 gas and an oxygen-based gas conventionally used for etching a silicon film is not effective. Although the silicon film is etched, the silicide compound is not etched, and the silicide compound due to the catalytic element remains on the substrate surface as a residue. If these silicide compounds remaining on the substrate cause re-diffusion during the second heat treatment, the effectiveness of the present invention is impaired.

【0052】従って、ドライエッチングにおいても、ケ
イ素膜に加えて触媒元素又はそのシリサイド化合物も同
時にエッチングされることが必要があり、その目的にお
いて、塩素ガスやBCl3、HClなどの塩素系ガスを
用いたRIE(リアクティブ・イオン・エッチング)法
が非常に有効である。このようなRIE法を用いること
で、除去領域において残渣の無い清浄な状態が得られ、
微細加工が可能となる。
Therefore, in dry etching, in addition to the silicon film, the catalyst element or its silicide compound must be etched at the same time. For this purpose, chlorine gas or chlorine-based gas such as BCl 3 or HCl is used. The conventional RIE (reactive ion etching) method is very effective. By using such an RIE method, a clean state with no residue in the removal area can be obtained,
Fine processing becomes possible.

【0053】さて、第2の加熱処理後に見られる微小穴
の主原因は、前述のように第2の加熱処理時における触
媒元素の再拡散である。しかし、本発明者らがさらに実
験研究を繰り返した結果、前述の原因に加えて、触媒元
素の導入処理によっても、半導体素子領域が設けられる
ケイ素膜の横方向成長領域(図5の503、504)や
触媒元素による成長が及んでいない非晶質領域(図5の
505)に触媒元素が存在するようになることが確認さ
れた。
The main cause of the fine holes observed after the second heat treatment is the re-diffusion of the catalytic element during the second heat treatment as described above. However, as a result of repeating the experimental research by the present inventors, in addition to the above-mentioned causes, the lateral growth regions (503, 504 in FIG. 5) of the silicon film on which the semiconductor element region is provided can also be obtained by the introduction treatment of the catalytic element. ) And an amorphous region (505 in FIG. 5) which has not been grown by the catalyst element.

【0054】即ち、従来の触媒元素の導入法としては、
図6(A)に示すように、主に酸化ケイ素膜603をマ
スク膜として、触媒元素604を基板全面に対して導入
し、その後に結晶化のための第1の加熱処理を行ってい
た。ここで601が基板、602は非晶質ケイ素膜を示
している。しかしながら、このような従来法では、第1
の加熱処理の際、図6(B)に示すように、触媒元素が
接する導入領域605が結晶化され、さらに横方向H4
へと結晶成長が進む一方、マスクとなる酸化ケイ素膜6
03上に存在する触媒元素604が、H5の矢印で示す
ように酸化ケイ素膜603を拡散し、下層のケイ素膜6
02に達している。
That is, as a conventional method for introducing a catalyst element,
As shown in FIG. 6A, a catalytic element 604 is introduced over the entire surface of a substrate mainly using a silicon oxide film 603 as a mask film, and then a first heat treatment for crystallization is performed. Here, reference numeral 601 denotes a substrate, and 602 denotes an amorphous silicon film. However, in such a conventional method, the first method is used.
6B, the introduction region 605 in contact with the catalyst element is crystallized and furthermore, as shown in FIG.
While the crystal growth proceeds, the silicon oxide film 6 serving as a mask
03 diffuses through the silicon oxide film 603 as indicated by an arrow H5, and the lower silicon film 6
02 has been reached.

【0055】酸化ケイ素膜中での触媒元素の拡散係数
は、ケイ素膜中に比べて非常に小さいため、横方向の結
晶成長が行われた後に、触媒元素604が横成長領域6
02bの表面に達し、本来なら触媒元素が存在してはい
けない領域に触媒元素が存在することになる。結晶成長
が及んでいない非晶質領域602cにも、同様の理由に
より触媒元素が存在するようになる。この場合には、結
晶化のための第1の加熱処理後に、すでに横成長領域6
02b及び成長が及んでいない非晶質領域602cに触
媒元素が存在する訳であり、本発明の効果、有効性が大
きく損なわれてしまうことになる。
Since the diffusion coefficient of the catalyst element in the silicon oxide film is much smaller than that in the silicon film, the catalyst element 604 is removed after the lateral crystal growth.
The catalyst element is present in a region that reaches the surface 02b and where the catalyst element should not normally exist. The catalyst element also exists in the amorphous region 602c where the crystal growth has not been reached for the same reason. In this case, after the first heat treatment for crystallization, the lateral growth region 6 has already been formed.
This is because the catalytic element exists in the region 02b and the amorphous region 602c which has not grown, and the effect and effectiveness of the present invention are greatly impaired.

【0056】従って、本発明の効果を最大限に引き出す
ためには、非晶質ケイ素膜に触媒元素を選択的に導入す
る第1の工程を、酸化ケイ素膜や窒化ケイ素膜、フォト
レジストなどのマスク膜により、触媒元素が導入されな
い部分の非晶質ケイ素膜を覆った後に行い、触媒元素の
導入後、このマスク膜を除去した後に、第1の加熱処理
を行って、上記非晶質ケイ素膜を上記触媒元素が導入さ
れた領域からその周辺領域へと、横方向に結晶成長を行
わせることが望ましい。この工程により、マスク上に存
在する触媒元素は、結晶化のための第1の加熱処理前に
除去され、マスク上から触媒元素が拡散してくるような
現象は全くなくなる。また、二次的な効果として、第1
の加熱処理の際、熱処理炉に入れる基板上の全体的な触
媒元素量が大きく低減されるため、触媒元素による熱処
理炉の汚染を低減することができる。
Therefore, in order to maximize the effects of the present invention, the first step of selectively introducing a catalytic element into an amorphous silicon film is performed by using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a photoresist, or the like. The first heat treatment is performed after covering the amorphous silicon film in a portion where the catalytic element is not introduced with the mask film, and after removing the mask film after introducing the catalytic element, the first heat treatment is performed. It is desirable to allow the film to grow in the lateral direction from the region where the catalytic element is introduced to the peripheral region. By this step, the catalyst element present on the mask is removed before the first heat treatment for crystallization, and the phenomenon that the catalyst element diffuses from the mask is completely eliminated. As a secondary effect, the first
In the heat treatment, the overall amount of the catalytic element on the substrate to be put into the heat treatment furnace is greatly reduced, so that contamination of the heat treatment furnace by the catalyst element can be reduced.

【0057】具体的な非晶質ケイ素膜への触媒元素の選
択導入工程としては、フォトレジストをマスクとして、
スパッタリング法又は真空蒸着法で、上記非晶質ケイ素
膜の表面に触媒元素を薄膜状に堆積し、フォトレジスト
マスクを剥離して、マスク上の触媒元素をリフトオフす
ることによって行い、その後、第1の加熱処理を行うこ
とが望ましい。スパッタリング法又は真空蒸着法で非晶
質ケイ素膜上に薄膜状に形成された触媒元素は、フォト
レジストの剥離工程では除去されないので、この方法に
より、触媒元素の選択導入を完全なものとすることが可
能となる。また、酸化ケイ素膜などのマスク膜を形成す
る必要が無くなり、工程の短縮を図ることが可能とな
る。
As a specific step of selectively introducing a catalyst element into an amorphous silicon film, a photoresist is used as a mask,
This is performed by depositing a catalyst element in a thin film on the surface of the amorphous silicon film by a sputtering method or a vacuum evaporation method, peeling off a photoresist mask, and lifting off the catalyst element on the mask. It is desirable to perform the heat treatment. Since the catalyst element formed in a thin film on the amorphous silicon film by the sputtering method or the vacuum evaporation method is not removed in the photoresist stripping step, the selective introduction of the catalyst element by this method should be completed. Becomes possible. In addition, there is no need to form a mask film such as a silicon oxide film, and the number of steps can be reduced.

【0058】また、その他の方法として、酸化ケイ素膜
又は窒化ケイ素膜をマスクとして、触媒元素を溶かし込
んだ溶液を基板表面に塗布し乾燥させ、その後、第1の
加熱処理の前に、プレアニール処理を行った後、この酸
化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜のマスクを除去してから、
第1の加熱処理を行う方法も有効である。この方法で
は、触媒元素を溶かし込んだ溶液を用いるため、溶液中
の触媒元素濃度をコントロールすることで、基板上にお
ける触媒元素導入量の極微量制御が可能となる。しかし
ながら、ケイ素膜上に塗布された触媒元素は、水洗のみ
でも除去されるほどケイ素膜との結合が弱く、どうして
もマスク膜の除去で同時に除去されてしまう。そこで、
この方法では、溶液を基板表面に塗布し乾燥させた後
に、プレアニール処理を施すことで、導入領域において
触媒元素をケイ素膜中に拡散させるため、その後、マス
ク膜を除去しても導入領域の触媒元素は除去されない。
As another method, using a silicon oxide film or a silicon nitride film as a mask, a solution in which a catalytic element is dissolved is applied to the substrate surface and dried, and then a pre-annealing treatment is performed before the first heat treatment. After performing, after removing the mask of this silicon oxide film or silicon nitride film,
The method of performing the first heat treatment is also effective. In this method, since a solution in which a catalytic element is dissolved is used, by controlling the concentration of the catalytic element in the solution, it becomes possible to control the amount of the catalytic element introduced on the substrate to a very small amount. However, the catalytic element applied on the silicon film has a weaker bond with the silicon film so that the catalyst element can be removed only by washing with water. Therefore,
In this method, the catalyst element is diffused into the silicon film in the introduction region by applying a solution to the substrate surface and drying it, and then performing a pre-annealing process. Therefore, even if the mask film is removed, the catalyst in the introduction region is removed. Elements are not removed.

【0059】しかし、このプレアニール処理には、ある
程度の高温が必要であるため、簡便なフォトレジストマ
スクを用いることはできず、酸化ケイ素膜又は窒化ケイ
素膜によるマスクが必要となる。また、プレアニール処
理において、触媒元素が酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜
中を拡散し、下層のケイ素膜に到達しては意味がないの
で、マスク膜の膜厚やプレアニール処理の条件は、触媒
元素が下層のケイ素膜に到達しないように条件設定する
必要がある。この方法により、上述の第2の加熱処理時
に微小穴が発生する問題を解決できる上に、触媒元素の
微量制御が可能となる。
However, since this pre-annealing requires a certain high temperature, a simple photoresist mask cannot be used, and a mask made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is required. In addition, in the pre-annealing treatment, it is meaningless that the catalyst element diffuses in the silicon oxide film or the silicon nitride film and reaches the underlying silicon film. It is necessary to set conditions so as not to reach the lower silicon film. According to this method, the problem of generation of micro holes during the above-described second heat treatment can be solved, and a trace amount of the catalyst element can be controlled.

【0060】ここで、上記方法における触媒元素を溶か
し込んだ溶液は、溶質として触媒元素の酢酸塩又は硝酸
塩を用い、溶媒としてエタノールやイソプロピルアルコ
ール(IPA)などのアルコール系を用いることが望ま
しい。このような溶液を用いることで基板全面において
安定した結晶成長が得られるようになる。また、特に液
晶などの大型基板において、優れた面内均一性が得られ
る。尚、用いる触媒元素の酢酸塩がアルコールに不溶な
場合には、極少量の水により酢酸塩をまず溶かしてか
ら、主溶媒のアルコールと混ぜ合わせればよい。
Here, in the solution in which the catalytic element is dissolved in the above method, it is desirable to use an acetate or nitrate of the catalytic element as a solute and to use an alcohol such as ethanol or isopropyl alcohol (IPA) as a solvent. By using such a solution, stable crystal growth can be obtained over the entire surface of the substrate. In particular, excellent in-plane uniformity can be obtained for a large substrate such as a liquid crystal substrate. When the acetate of the catalyst element used is insoluble in alcohol, the acetate may be first dissolved with a very small amount of water and then mixed with the alcohol as the main solvent.

【0061】さらに、上記触媒元素を溶かし込んだ溶液
を基板表面に塗布し乾燥させる工程は、スピンコーター
を用いたスピン塗布及びスピン乾燥により行うことが望
ましい。この方法によれば、基板表面に均一に触媒元素
を添加することができる。実際に本発明者らの実験で
は、320mm×400mmサイズのガラス基板上にお
いて、この方法により溶液の塗布及び乾燥を行った結
果、触媒元素の表面濃度がほぼ±10%以内の分布に入
っていることが確認された。
Further, the step of applying the solution in which the catalyst element is dissolved on the substrate surface and drying it is desirably performed by spin coating and spin drying using a spin coater. According to this method, the catalyst element can be uniformly added to the substrate surface. Actually, in the experiments of the present inventors, the application and drying of a solution by this method on a glass substrate of 320 mm × 400 mm size resulted in a distribution of the surface concentration of the catalytic element within a range of approximately ± 10%. It was confirmed that.

【0062】また、第1の加熱処理の前に行うプレアニ
ール処理としては、後のマスク膜の除去工程において、
導入領域の触媒元素が除去されない必要がある。マスク
膜として用いられる酸化ケイ素膜や窒化ケイ素膜の除去
には、一般的に弗化水素酸を用いるが、大抵の触媒元素
はこのエッチャントにより除去されてしまう。
The pre-annealing performed before the first heat treatment includes a step of removing a mask film in a later step.
It is necessary that the catalyst element in the introduction region is not removed. Hydrofluoric acid is generally used to remove a silicon oxide film or a silicon nitride film used as a mask film, but most of the catalytic elements are removed by this etchant.

【0063】即ち、本発明における第1の加熱処理の前
に行うプレアニール処理としては、触媒元素導入領域に
おいて、ケイ素膜中に触媒元素を十分に拡散させる必要
があり、具体的には、非晶質ケイ素膜において触媒元素
の選択導入領域の少なくとも一部は結晶成長させる必要
がある。従って、第1の加熱処理の前に行うプレアニー
ル処理は、上記条件を満たす加熱温度及び加熱時間で行
うことが望ましい。そうすれば、マスク除去によって触
媒元素が同時に除去されず、第1の加熱処理で十分な結
晶成長が行われるようになる。
That is, in the pre-annealing treatment performed before the first heat treatment in the present invention, it is necessary to sufficiently diffuse the catalyst element into the silicon film in the catalyst element introduction region. At least a part of the selective introduction region of the catalytic element in the porous silicon film needs to be crystal-grown. Therefore, it is preferable that the pre-annealing performed before the first heat treatment be performed at a heating temperature and a heating time that satisfy the above conditions. Then, the catalyst element is not simultaneously removed by removing the mask, and sufficient crystal growth is performed by the first heat treatment.

【0064】さて、本発明は、第1の加熱処理の後、第
2の加熱処理を行うことを特徴としているが、これらの
加熱処理の処理温度としては、第1の加熱処理温度より
も第2の加熱処理温度の方が少なくとも高い温度である
必要がある。即ち、第1の加熱処理では、非晶質ケイ素
膜の結晶化を目的としており、第2の加熱処理では、第
1の加熱処理にて結晶化されたケイ素膜の結晶性をさら
に向上させるための、所謂結晶性の改善処理を行うもの
である。
The present invention is characterized in that the second heat treatment is performed after the first heat treatment. However, the heat treatment temperatures of these heat treatments are higher than the first heat treatment temperature. It is necessary that the heat treatment temperature of No. 2 is at least higher. That is, the first heat treatment aims at crystallization of the amorphous silicon film, and the second heat treatment aims at further improving the crystallinity of the silicon film crystallized by the first heat treatment. The so-called crystallinity improving process is performed.

【0065】この目的において、第1の加熱処理は比較
的低温で行う必要がある。なぜなら、高温で第1の加熱
処理を行うと結晶化のスピードが速すぎるため、結晶核
が基板全面においてランダムに発生し、また、結晶成長
方向が様々に分岐するため、安定した結晶成長が望めな
い。そして、第2の加熱処理としては、第1の加熱処理
で形成された結晶性ケイ素膜をさらに高品質化するため
に、少なくとも第1の加熱処理以上のエネルギーを与え
る必要があり、これにより、第1の加熱処理の結晶化工
程で生じた結晶欠陥を大きく低減できる。
For this purpose, the first heat treatment needs to be performed at a relatively low temperature. This is because, when the first heat treatment is performed at a high temperature, the crystallization speed is too high, so that crystal nuclei are randomly generated over the entire surface of the substrate, and the crystal growth direction branches in various ways, so that stable crystal growth can be expected. Absent. As the second heat treatment, it is necessary to apply energy at least equal to or higher than the first heat treatment in order to further improve the quality of the crystalline silicon film formed in the first heat treatment. Crystal defects generated in the crystallization step of the first heat treatment can be significantly reduced.

【0066】具体的には、第1の加熱処理の温度は、5
40℃〜620℃の範囲内で行い、第2の加熱処理の温
度は、800℃〜1100℃の範囲内で行うことが望ま
しい。第1の加熱処理をこのような温度範囲で行えば、
触媒元素の導入領域以外に発生する触媒元素によらない
自発的な結晶成長を抑えることができ、安定した結晶成
長が得られる。また、第2の加熱処理を、上記温度範囲
で行えば、結晶欠陥を効率良く低減できると共に、半導
体素子領域を形成する横方向の結晶成長領域内における
柱状結晶のそれぞれを再結合させ、非常に高品質な単結
晶シリコンに匹敵する高結晶性ケイ素膜が得られる。
Specifically, the temperature of the first heat treatment is 5
The second heat treatment is preferably performed at a temperature in the range of 40 ° C to 620 ° C and a temperature of 800 ° C to 1100 ° C. If the first heat treatment is performed in such a temperature range,
Spontaneous crystal growth that does not depend on the catalytic element generated outside the catalytic element introduction region can be suppressed, and stable crystal growth can be obtained. When the second heat treatment is performed in the above temperature range, crystal defects can be efficiently reduced, and each of the columnar crystals in the lateral crystal growth region forming the semiconductor element region is recombined. A highly crystalline silicon film comparable to high quality single crystal silicon is obtained.

【0067】加えて、上記の触媒元素溶液を基板表面に
塗布することで、触媒元素添加を行う方法における第1
の加熱処理の前に行うプレアニール処理は、温度500
℃〜550℃の範囲内において、10分から30分間行
うことが望ましい。このプレアニール処理により、非晶
質ケイ素膜において触媒元素の選択導入領域の少なくと
も一部を結晶成長させることができる。
In addition, by applying the above-mentioned catalyst element solution to the substrate surface, the first method in the method of adding a catalyst element is used.
Pre-annealing performed before the heat treatment of
It is desirable to perform the heating for 10 to 30 minutes within the range of from 550 to 550 ° C. By this pre-annealing treatment, at least a part of the selective introduction region of the catalyst element can be grown in the amorphous silicon film.

【0068】ここで、第2の加熱処理の雰囲気として
は、ハロゲン化物を含む酸化雰囲気下にて行うことが望
ましい。このような雰囲気にて第2の加熱処理をするこ
とで、ハロゲン化物の不純物ゲッタリング作用により、
結晶成長に使われた触媒元素の膜中濃度を大きく低減す
ることができる。また、酸化作用により生じる過飽和S
i原子をケイ素膜中へ供給して、より効率的に結晶欠
陥、特にダングリングボンド(不対結合手)を消滅させ
ることができる。
Here, the second heat treatment is preferably performed in an oxidizing atmosphere containing a halide. By performing the second heat treatment in such an atmosphere, the impurity gettering action of the halide allows
The concentration of the catalyst element used for crystal growth in the film can be greatly reduced. In addition, the supersaturated S generated by the oxidation action
By supplying i atoms into the silicon film, crystal defects, in particular, dangling bonds (unpaired bonds) can be eliminated more efficiently.

【0069】さらには、この第2の加熱処理におけるハ
ロゲン化物を含む酸化雰囲気として、特にHClガスを
用いることが望ましい。HClガスを用いることで、触
媒元素を塩化物化させ気化させることができ、効率的に
触媒元素をケイ素膜中より取り除くことが可能となる。
Further, it is desirable to use HCl gas as the oxidizing atmosphere containing a halide in the second heat treatment. By using HCl gas, the catalyst element can be chlorided and vaporized, and the catalyst element can be efficiently removed from the silicon film.

【0070】本発明において、より高移動度、高性能な
半導体装置を実現するためには、触媒元素によるケイ素
膜の結晶成長方向と、半導体装置におけるキャリアの移
動方向とを略平行とすることが望ましい。これにより、
キャリアの移動に際しトラップとなるような結晶粒界
は、その移動方向には理論上は存在しないことになり、
より高移動度を有する半導体装置が得られるようにな
る。実際には、横方向の結晶成長領域において、ある程
度の柱状結晶の曲がりや分岐が生じてはいるが、このよ
うな構成にすることにより、キャリアの移動方向に対す
る結晶粒界などのトラップ量は、確実に激減する。
In the present invention, in order to realize a semiconductor device with higher mobility and higher performance, the direction of crystal growth of the silicon film by the catalytic element and the direction of carrier movement in the semiconductor device should be substantially parallel. desirable. This allows
A grain boundary that becomes a trap when carriers move is theoretically not present in the moving direction,
A semiconductor device having higher mobility can be obtained. Actually, some bending or branching of the columnar crystal occurs in the lateral crystal growth region, but with such a configuration, the trap amount such as the crystal grain boundary in the carrier moving direction is reduced. Will definitely drop.

【0071】本発明に利用できる触媒元素の種類として
は、Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I
n、Sn、Al、Sbを利用することができる。これら
から選ばれた一種類又は複数種類の元素であれば、微量
で結晶化助長の効果がある。
The types of catalyst elements that can be used in the present invention include Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, and I.
n, Sn, Al, and Sb can be used. One or a plurality of elements selected from these elements have an effect of promoting crystallization in a small amount.

【0072】それらの中でも、特にNiを用いた場合に
最も顕著な効果を得ることができる。この理由について
は、次のようなモデルが考えられる。触媒元素は単独で
は作用せず、ケイ素膜と結合しシリサイド化することで
結晶成長に作用する。そのときの結晶構造が、非晶質ケ
イ素膜の結晶化時に一種の鋳型のように作用し、非晶質
ケイ素膜の結晶化を促すといったモデルである。Niは
2つのSiとNiSi2のシリサイドを形成する。Ni
Si2は螢石型の結晶構造を示し、その結晶構造は、単
結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似したもので
ある。しかも、NiSi2はその格子定数が0.540
6nmであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造での格
子定数0.5430nmに非常に近い値をもつ。よっ
て、NiSi2は、非晶質ケイ素膜を結晶化させるため
の鋳型としては最高のものであり、本発明における触媒
元素としては、特にNiを用いるのが最も望ましい。
Among them, the most remarkable effect can be obtained particularly when Ni is used. The following model can be considered for this reason. The catalyst element does not act alone, but acts on crystal growth by bonding to the silicon film to form silicide. The model is such that the crystal structure at that time acts like a kind of template when the amorphous silicon film is crystallized, and promotes the crystallization of the amorphous silicon film. Ni forms silicide of two Si and NiSi2. Ni
Si 2 exhibits a fluorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi 2 has a lattice constant of 0.540.
6 nm, which is very close to the lattice constant of 0.5430 nm in the crystalline silicon diamond structure. Therefore, NiSi 2 is the best as a template for crystallizing an amorphous silicon film, and Ni is most preferably used as a catalyst element in the present invention.

【0073】[0073]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0074】(実施形態1)図1及び図2は、本発明方
法によりNチャネル型TFT(N型TFT)を作製する
工程を示す実施形態1を表す。以下に、その作製工程を
図2の(A)→(F)の工程の進行順に説明する。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 show Embodiment 1 showing a process of manufacturing an N-channel TFT (N-type TFT) by the method of the present invention. Hereinafter, the manufacturing steps will be described in the order of progress of the steps (A) to (F) in FIG.

【0075】まず、図2(A)に示すように、石英ガラ
ス基板101表面を1%程度のフッ化水素酸にて洗浄し
た後、基板101上に、減圧CVD法又はプラズマCV
D法によって、厚さ25nm〜100nm、例えば50
nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−Si膜)1
02を成膜し、さらにその上に酸化ケイ素膜又は窒化ケ
イ素膜等の絶縁性薄膜103を堆積する。この絶縁性薄
膜103は、後の触媒元素導入時のマスク膜となるもの
であり、本実施形態1においては、酸化ケイ素膜を用
い、TEOS(Tetra Ethoxy Ortho
Silicate)を原料とし、酸素とともにRFプ
ラズマCVD法で分解し堆積した。マスク酸化ケイ素膜
103の厚さは、50nm〜250nmであることが望
ましく、これ以上薄いと触媒元素が下層まで拡散し、こ
れ以上厚いと結晶成長が良好に行えない。そこで、本実
施形態1では、この酸化ケイ素膜103の厚さを150
nmとした。
First, as shown in FIG. 2A, the surface of the quartz glass substrate 101 is cleaned with about 1% hydrofluoric acid, and then the substrate 101 is subjected to a low pressure CVD method or a plasma CV method.
According to the D method, the thickness is 25 nm to 100 nm, for example, 50 nm.
nm (I-type) amorphous silicon film (a-Si film) 1 nm
02, and an insulating thin film 103 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited thereon. The insulating thin film 103 serves as a mask film when a catalytic element is introduced later. In the first embodiment, a silicon oxide film is used, and TEOS (Tetra Ethoxy Ortho) is used.
(Silicate) as a raw material, and was decomposed and deposited by RF plasma CVD together with oxygen. The thickness of the mask silicon oxide film 103 is desirably 50 nm to 250 nm. If the thickness is smaller than this, the catalytic element diffuses to the lower layer. If the thickness is larger than this, crystal growth cannot be performed well. Therefore, in the first embodiment, the thickness of the silicon oxide film 103 is set to 150
nm.

【0076】次に、この酸化ケイ素膜103をパターニ
ングすることでマスクを形成する。ここで、マスク10
3のスルーホールを介して、スリット状にa−Si膜1
02が露呈される。即ち、図2(A)の状態を上面から
見ると、図1に示すようにa−Si膜102が領域10
0でスルーホールによりスリット状に露呈しており、他
の部分はマスクされている状態となっている。
Next, a mask is formed by patterning the silicon oxide film 103. Here, the mask 10
A-Si film 1 in a slit shape through the through hole 3
02 is exposed. That is, when the state of FIG. 2A is viewed from above, as shown in FIG.
At 0, it is exposed in a slit shape by a through hole, and the other portions are in a masked state.

【0077】上記マスク103を設けた後、さらに図2
(A)に示すように、a−Si膜102表面が露呈して
いる領域100に、ニッケル104を溶かしたエタノー
ル溶液が接するように基板101を保持する。本実施形
態1では、溶質としては酢酸ニッケルを用い、エタノー
ル溶液中のニッケル濃度は10ppmとなるようにし
た。その後、スピナーにより水溶液を基板101上に均
一に延ばし乾燥させることで、基板101上の酸化ケイ
素膜103とa−Si膜102の表面にニッケル104
を微量添加する。この工程により領域100で露呈して
いる部分のa−Si膜102に選択的にニッケル104
が導入されたことになる。そして、これを不活性雰囲気
下、例えば窒素雰囲気にて、処理温度500℃〜550
℃の範囲内で処理時間10分〜30分のプレアニール処
理を施す。本実施形態1では、530℃にて20分の熱
処理を行った。
After providing the mask 103, the mask 103 shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, a substrate 101 is held so that an ethanol solution in which nickel 104 is dissolved is in contact with a region 100 where the surface of an a-Si film 102 is exposed. In the first embodiment, nickel acetate was used as the solute, and the nickel concentration in the ethanol solution was adjusted to 10 ppm. After that, the aqueous solution is uniformly spread on the substrate 101 by a spinner and dried, so that nickel 104 is formed on the surface of the silicon oxide film 103 and the a-Si film 102 on the substrate 101.
Is added in a trace amount. By this step, nickel 104 is selectively applied to the portion of the a-Si film 102 exposed in the region 100.
Has been introduced. Then, this is treated in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere, at a processing temperature of 500 ° C. to 550.
A pre-annealing treatment is performed within a range of 10 ° C. for 10 minutes to 30 minutes. In the first embodiment, the heat treatment was performed at 530 ° C. for 20 minutes.

【0078】このプレアニール処理において、図2
(B)に示すように、領域100においては、a−Si
膜表面に添加されたニッケル104を核として基板10
1に対して垂直方向にケイ素膜102の結晶化が起こ
り、結晶性ケイ素膜102aが形成される。また、頒域
100以外の領域は、結晶成長が到達せず非晶質状態の
ままa−Si領域102cとして残る。このとき、マス
ク膜103上のニッケル104は、上記のアニール条件
では、マスク膜103に阻まれ、下層のa−Si膜10
2に到達することはできない。
In this pre-annealing process, FIG.
As shown in (B), in the region 100, a-Si
Substrate 10 with nickel 104 added to the film surface as a nucleus
Crystallization of the silicon film 102 occurs in a direction perpendicular to the direction 1, and a crystalline silicon film 102a is formed. In addition, the region other than the distribution region 100 does not reach the crystal growth and remains as an a-Si region 102c in an amorphous state. At this time, the nickel 104 on the mask film 103 is blocked by the mask film 103 under the above annealing conditions, and the underlying a-Si film 10
2 cannot be reached.

【0079】次に、マスクとして用いた酸化ケイ素膜1
03をエッチング除去する。エッチャントとしては、下
層のケイ素膜102と十分に選択性のある1:10バッ
ファードフッ酸(BHF)を用い、ウェットエッチング
により行った。その後、再び基板101に対して、不活
性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて540℃〜620℃
の温度で数時問から数十時間の加熱処理(第1の加熱処
理)を施す。本実施形態1では、一例として580℃に
て11時間の処理を行った。
Next, the silicon oxide film 1 used as a mask
03 is removed by etching. The etching was performed by wet etching using a 1:10 buffered hydrofluoric acid (BHF) having sufficient selectivity with the lower silicon film 102 as an etchant. Thereafter, the substrate 101 is again heated to 540 ° C. to 620 ° C. in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere.
A heat treatment (first heat treatment) is performed at a temperature of several hours to several tens of hours. In the first embodiment, for example, the treatment was performed at 580 ° C. for 11 hours.

【0080】この加熱処理において、先に結晶化した領
域100(102a)の周辺領域から、図2(C)にお
いて、矢印H1で示すように、領域100から横方向
(基板と平行な方向)に結晶成長が行われ、横方向に結
晶成長した結晶性ケイ素膜102bが形成される。それ
以外の102の領域は、そのまま非晶質ケイ素膜領域1
02cとして残る。この横方向に結晶成長した結晶性ケ
イ素膜102b中のニッケル濃度は8×1016atom
s/cm3程度であり、そのシード領域とも言える直接
ニッケルを導入し結晶成長させた領域100における結
晶性ケイ素膜102a中のニッケル濃度は1×1018
toms/cm3程度であった。
In this heat treatment, as shown by an arrow H1 in FIG. 2C, the region 100 (102a) in the lateral direction (in a direction parallel to the substrate) extends from the peripheral region of the previously crystallized region 100 (102a). Crystal growth is performed to form a crystalline silicon film 102b that has grown horizontally. The other 102 regions are the amorphous silicon film regions 1 as they are.
02c. The nickel concentration in the laterally grown crystalline silicon film 102b is 8 × 10 16 atoms.
The concentration of nickel in the crystalline silicon film 102a in the region 100 in which nickel is directly introduced and crystal-grown, which is also referred to as the seed region, is 1 × 10 18 a / cm 3.
It was about toms / cm 3 .

【0081】尚、上記結晶成長に際し、矢印H1で示さ
れる基板と平行な方向の結晶成長の距離は、130μm
程度であった。この状態を基板上方より見ると、図1に
おける触媒元素導入領域102a(100)と、横方向
に結晶成長した結晶性ケイ素膜領域102bと非晶質ケ
イ素膜領域102cとの境界102dに、ニッケル10
4が局在している。
In the above crystal growth, the distance of crystal growth in the direction parallel to the substrate indicated by arrow H1 is 130 μm.
It was about. When this state is viewed from above the substrate, nickel 10 is formed at the catalyst element introduction region 102a (100) in FIG. 1 and at the boundary 102d between the crystalline silicon film region 102b and the amorphous silicon film region 102c that have grown in the lateral direction.
4 are localized.

【0082】次に、図2(D)に示すように不要な部分
のケイ素膜102を除去して素子間分離を行う。このと
きのエッチングとしては、フッ化水素酸と硝酸を1:1
00に混合した所謂1:100フッ硝酸を用いたウェッ
トエッチングにより行った。このエッチング処理によ
り、ニッケル104が多量に存在する102aと102
dの領域においても、ケイ素膜と共にニッケル104が
エッチングされるため、エッチング残渣の無い奇麗な基
板表面が得られる。即ち、このエッチング処理により、
多量のニッケル104は既に基板外へと除去される訳で
ある。そして、以上の工程で、後にTFTのソース領
域、ドレイン領域及びチャネル領域、即ち活性領域とな
る島状の結晶性ケイ素膜102fが形成され、図2
(D)の状態を得る。
Next, as shown in FIG. 2D, an unnecessary portion of the silicon film 102 is removed to perform element isolation. As the etching at this time, hydrofluoric acid and nitric acid are mixed at a ratio of 1: 1.
This was carried out by wet etching using so-called 1: 100 hydrofluoric and nitric acid mixed at 00. By this etching process, 102a and 102a where a large amount of nickel 104 is present
Also in the region d, the nickel 104 is etched together with the silicon film, so that a clean substrate surface with no etching residue can be obtained. That is, by this etching process,
A large amount of nickel 104 has already been removed outside the substrate. Through the above steps, an island-shaped crystalline silicon film 102f to be a source region, a drain region, and a channel region of a TFT, that is, an active region is formed.
(D) state is obtained.

【0083】次に、図2(D)の状態で、第2の加熱処
理を施し、島状の結晶性ケイ素膜102fの結晶性を向
上させる。第2の加熱処理としては、ハロゲン化物を含
む酸化雰囲気において、温度800℃〜1100℃で数
十分から数時間の加熱処理を行う。本実施形態1では、
HClと酸素の混合ガスを用い、HClの流量比を全ガ
ス流量の3%に設定し、基板温度950℃で25分の加
熱処理を行った。この工程により結晶性ケイ素膜102
fの表面が均一に酸化され、結晶性ケイ素膜102fの
厚さは35nm程度に減少する。また、結晶性ケイ素膜
102fの結晶性が大幅に向上すると共に、膜中に残存
していたニッケルが低減される。実際に、第2の加熱処
理後のケイ素膜中のニッケル濃度は、5×1015ato
ms/cm3以下にまで低減した。このときの島状の結
晶性ケイ素膜102fにおいて、従来問題となっていた
微小穴は全く発生していない。
Next, in the state of FIG. 2D, a second heat treatment is performed to improve the crystallinity of the island-shaped crystalline silicon film 102f. As the second heat treatment, heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. for several tens minutes to several hours in an oxidizing atmosphere containing a halide. In the first embodiment,
Using a mixed gas of HCl and oxygen, the flow ratio of HCl was set to 3% of the total gas flow rate, and a heat treatment was performed at a substrate temperature of 950 ° C. for 25 minutes. By this step, the crystalline silicon film 102
The surface of f is oxidized uniformly, and the thickness of the crystalline silicon film 102f is reduced to about 35 nm. In addition, the crystallinity of the crystalline silicon film 102f is greatly improved, and nickel remaining in the film is reduced. Actually, the nickel concentration in the silicon film after the second heat treatment is 5 × 10 15 atom
ms / cm 3 or less. At this time, in the island-shaped crystalline silicon film 102f, no fine holes, which have conventionally been a problem, are not generated.

【0084】次に、結晶性ケイ素膜102fの表面酸化
膜を1:10BHFでエッチング除去した後、図2
(E)に示すように、上記の活性領域となる結晶性ケイ
素膜102fを覆うように厚さ20nm〜150nm、
ここでは100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜10
6として成膜する。この酸化ケイ素膜の形成には、ここ
ではTEOSを原料とし、酸素とともに基板温度150
℃〜600℃の範囲内、好ましくは300℃〜450℃
の範囲内で、RFプラズマCVD法で分解し堆積した。
尚、TEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧CV
D法又は常圧CVD法によって、基板温度を350℃〜
600℃の範囲内、好ましくは400℃〜550℃の範
囲内として形成してもよい。成膜後、ゲート絶縁膜自身
のバルク特性並びに結晶性ケイ素膜とゲート絶縁膜の界
面特性を向上させるために、酸化性ガス雰囲気下で処理
温度800℃〜1000℃の範囲内で、処理時間30分
〜60分の範囲内のアニール処理を行った。
Next, after removing the surface oxide film of the crystalline silicon film 102f by etching at 1:10 BHF, FIG.
As shown in (E), a thickness of 20 nm to 150 nm is formed so as to cover the crystalline silicon film 102f serving as the active region.
Here, a silicon oxide film of 100 nm is formed on the gate insulating film 10.
6 is formed. For the formation of this silicon oxide film, TEOS is used as a raw material here, and a substrate temperature of 150 is used together with oxygen.
C. to 600 C., preferably 300 C. to 450 C.
Within the range, was decomposed and deposited by RF plasma CVD.
It should be noted that TEOS is used as a raw material and the decompression
The substrate temperature is set at 350 ° C.
It may be formed in the range of 600 ° C., preferably in the range of 400 ° C. to 550 ° C. After the film formation, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film, the process is performed at a processing temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. in an oxidizing gas atmosphere for 30 hours. Annealing was performed within a range of minutes to 60 minutes.

【0085】次に、スパッタリング法によって、厚さ4
00nm〜800nmの範囲内、例えば600nmのア
ルミニウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパタ
ーニングして、ゲート電極107を形成する。さらに、
このアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に
酸化物層108を形成する。この状態が図2(E)に相
当する。陽極酸化は、酒石酸が1%〜5%含まれたエチ
レングリコール溶液中で行い、最初一定電流で220V
まで電圧を上げ、その状態で1時間保持して終了させ
る。得られた酸化物層108の厚さは200nmであ
る。尚、この酸化物層108は、後のイオンドーピング
工程において、オフセットゲート領域を形成する厚さと
なるので、オフセットゲート領域の長さを上記陽極酸化
工程で決めることができる。
Next, a thickness of 4
An aluminum film is formed in a range of 00 nm to 800 nm, for example, 600 nm. Then, the gate electrode 107 is formed by patterning the aluminum film. further,
The surface of this aluminum electrode is anodized to form an oxide layer 108 on the surface. This state corresponds to FIG. Anodization is performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1% to 5%, and is initially 220V at a constant current.
The voltage is increased until the voltage is maintained for one hour. The thickness of the obtained oxide layer 108 is 200 nm. Since the oxide layer 108 has a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping step, the length of the offset gate area can be determined in the anodic oxidation step.

【0086】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極107とその周囲の酸化物層108をマスクとし
て活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を
60kV〜90kVの範囲内、例えば80kV、ドーズ
量を1×1015cm-2〜8×1015cm-2の範囲内、例
えば2×1015cm-2とする。この工程により、不純物
が注入された領域110及び111はそれぞれ後にTF
Tのソース領域及びドレイン領域となり、ゲート電極1
07及びその周囲の酸化層108にマスクされ不純物が
注入されない領域109は、後にTFTのチャネル領域
となる。この状態を基板上方より見ると、図1に示すよ
うに、TFTにおけるキャリアの移動方向はソース頒域
110及びドレイン頒域111の頒域方向であり、図1
紙面における横方向である。これに対して、チャネル部
109を構成するケイ素膜の結晶成長方向はH1の方向
であり、キャリアの移動方向に対してほぼ平行となるよ
うに配置されている。このように配置することで特に高
移動度なTFTが実現できる。
Next, an impurity (phosphorus) is implanted into the active region by ion doping using the gate electrode 107 and the surrounding oxide layer 108 as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is in the range of 60 kV to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose is in the range of 1 × 10 15 cm −2 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 ×. It shall be 10 15 cm -2 . By this step, the regions 110 and 111 into which the impurities have been implanted,
The source and drain regions of T form a gate electrode 1
A region 109 which is masked by 07 and its surrounding oxide layer 108 and into which impurities are not implanted later becomes a channel region of the TFT. When this state is viewed from above the substrate, as shown in FIG. 1, the carrier movement direction in the TFT is the distribution direction of the source distribution 110 and the drain distribution 111.
The horizontal direction on the paper. On the other hand, the crystal growth direction of the silicon film forming the channel portion 109 is the direction of H1, and is arranged so as to be substantially parallel to the moving direction of the carrier. With such an arrangement, a TFT having a particularly high mobility can be realized.

【0087】次に、図2(E)に示すように、レーザー
光L1の照射によってアニール処理を行い、イオン注入
した不純物の活性化を行うと同時に、上記の不純物導入
工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。こ
の際、使用するレーザーとしてはXeClエキシマレー
ザー(波長308nm、パルス幅40nsec)を用
い、エネルギー密度150mJ/cm2〜400mJ/
cm2の範囲内、好ましくは200mJ/cm2〜250
mJ/cm2の範囲内で照射を行った。こうして形成さ
れたN型不純物(リン)領域110、111のシート抵
抗は、200Ω/□〜800Ω/□の範囲内であった。
Next, as shown in FIG. 2E, annealing treatment was performed by irradiation with laser light L1 to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity deteriorated in the above-described impurity introduction step. Improve the crystallinity of the part. At this time, a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm, pulse width: 40 nsec) was used as a laser, and the energy density was 150 mJ / cm 2 to 400 mJ /.
cm 2 , preferably 200 mJ / cm 2 to 250
Irradiation was performed within the range of mJ / cm 2 . The sheet resistance of the N-type impurity (phosphorus) regions 110 and 111 thus formed was in the range of 200Ω / □ to 800Ω / □.

【0088】次に、厚さ600nm程度の酸化ケイ素膜
又は窒化ケイ素膜を層間絶縁膜113として形成する。
酸化ケイ素膜を用いる場合には、TEOSを原料とし
て、これと酸素とのプラズマCVD法、又はオゾンとの
減圧CVD法若しくは常圧CVD法によって形成すれ
ば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。
また、SiH4とNH3を原料ガスとしてプラズマCVD
法で成膜された窒化ケイ素膜を用いれば、活性領域とゲ
ート絶縁膜との界面へ水素原子を供給し、TFT特性を
劣化させる不対結合手を低減する効果がある。
Next, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about 600 nm is formed as the interlayer insulating film 113.
When a silicon oxide film is used, if TEOS is used as a raw material and formed by a plasma CVD method with oxygen, or a reduced pressure CVD method or a normal pressure CVD method with ozone, a good interlayer insulation with excellent step coverage can be obtained. A film is obtained.
Plasma CVD using SiH 4 and NH 3 as source gases
The use of the silicon nitride film formed by the method has an effect of supplying hydrogen atoms to the interface between the active region and the gate insulating film and reducing dangling bonds that deteriorate TFT characteristics.

【0089】次に、層間絶縁膜113にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミ
ニウムの二層膜によってTFTの電極・配線114、1
15を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導
体層に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設け
られる。そして最後に、1気圧の水素雰囲気で350
℃、30分のアニール処理を行い、図2(F)に示すT
FT117を完成させる。このアニール処理は、最後ま
で残ったケイ素膜中の結晶欠陥、特に不対結合手を水素
でターミネートすることで消滅させる目的で行われる。
Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 113, and a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 114, 1
15 are formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm.
Annealing at 30 ° C. for 30 minutes is performed, and T shown in FIG.
FT117 is completed. This annealing treatment is performed for the purpose of terminating crystal defects in the silicon film remaining until the end, in particular, dangling bonds by terminating with hydrogen.

【0090】このTFT117を、画素電極をスイッチ
ングする素子として用いる場合には電極114又は11
5をITOなど透明導電膜からなる画素電極に接続し、
もう一方の電極より信号を入力する。また、このTFT
117を薄膜集積回路に用いる場合には、ゲート電極1
07上にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線
を施せばよい。また、必要に応じて、TFT117上に
窒化ケイ素膜からなる保護膜を設ければよい。
When this TFT 117 is used as an element for switching a pixel electrode, the electrode 114 or 11
5 is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO,
A signal is input from the other electrode. Also, this TFT
When 117 is used for a thin film integrated circuit, the gate electrode 1
Further, a contact hole may be formed on the substrate 07 and a necessary wiring may be provided. Further, a protective film made of a silicon nitride film may be provided on the TFT 117 as needed.

【0091】以上の実施形態1に従って作製したN型T
FT117は、電界効果移動度が150cm2/Vs〜
250cm2/Vs、閾値電圧が1V〜1.5Vと非常
に高性能な電気特性を示した。また、従来発生していた
活性領域における微小穴が全く無く、特に数十万という
数の画素TFTを駆動する液晶表示用アクティブマトリ
クス基板では、上記原因による画素欠陥が解決でき、非
常に高精細で高表示品位の液晶表示装置が得られる。ま
た、ニッケルによる導入領域100下の基板101への
ダメージがほとんどなく、その結果としてバスラインの
断線不良も低減し、製造歩留まりが向上した。また、T
FT特性においても、触媒元素が特に問題となるTFT
オフ領域でのリーク電流は、従来の10pA〜15pA
に比べ問題とならない2pA程度にまで低減できた。
The N-type T fabricated according to the first embodiment
FT117 has a field-effect mobility of 150 cm 2 / Vs or more.
Very high-performance electrical characteristics of 250 cm 2 / Vs and a threshold voltage of 1 V to 1.5 V were exhibited. Further, there is no microhole in the active region, which has conventionally occurred, and especially in an active matrix substrate for a liquid crystal display for driving hundreds of thousands of pixel TFTs, pixel defects due to the above-mentioned causes can be solved, and very high definition can be achieved. A liquid crystal display device with high display quality can be obtained. In addition, the substrate 101 under the introduction region 100 was hardly damaged by nickel, and as a result, the disconnection failure of the bus line was reduced, and the production yield was improved. Also, T
TFTs in which catalyst elements are particularly problematic in FT characteristics
The leakage current in the off region is 10 pA to 15 pA in the related art.
Was reduced to about 2 pA, which is not a problem.

【0092】尚、このTFTはアクティブマトリクス型
の液晶表示装置のドライバー回路や画素部分は勿論、同
一基板上にCPUを構成する素子としても用いることが
できる。また、このTFTの応用範囲としては、液晶表
示装置のみではなく、一般に言われる薄膜集積回路に利
用できることは言うまでもない。
Note that this TFT can be used not only as a driver circuit and a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display device but also as an element constituting a CPU on the same substrate. Further, it goes without saying that the TFT can be applied not only to a liquid crystal display device but also to a thin film integrated circuit which is generally called.

【0093】(実施形態2)図3及び図4は、本発明方
法によりN型TFTとP型TFTを相補型に構成したC
MOS構造の回路を石英ガラス基板上に作製する工程を
示す実施形態2を表す。以下に、その作製工程を図4の
(A)→(E)の工程の進行順に説明する。
(Embodiment 2) FIGS. 3 and 4 show a C-type TFT in which an N-type TFT and a P-type TFT are configured to be complementary by the method of the present invention.
Embodiment 2 is a diagram illustrating Embodiment 2 illustrating a process of manufacturing a circuit having a MOS structure on a quartz glass substrate. Hereinafter, the manufacturing process will be described in the order of progress of the steps (A) to (E) in FIG.

【0094】まず、図4(A)に示すように、石英ガラ
ス基板201表面を1%程度のフッ化水素酸にて洗浄し
た後、基板201上に、減圧CVD法又はプラズマCV
D法によって、厚さ25nm〜100nmの範囲内、例
えば50nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)202を成膜する。
First, as shown in FIG. 4A, the surface of a quartz glass substrate 201 is washed with about 1% hydrofluoric acid, and then the substrate 201 is subjected to a low pressure CVD method or a plasma CVD method.
D method, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-S) having a thickness in the range of 25 nm to 100 nm, for example, 50 nm
An i film 202 is formed.

【0095】次に、a−Si膜202上に感光性樹脂
(フォトレジスト)を塗布し、露光・現像してマスク2
03とする。フォトレジストマスク203のスルーホー
ルにより、領域200においてスリット状にa−Si膜
202が露呈される。即ち、図4(A)の状態を上面か
ら見ると、図3に示すように領域200でa−Si膜2
02が露呈しており、他の部分はフォトレジストにより
マスクされている状態となっている。
Next, a photosensitive resin (photoresist) is applied on the a-Si film 202, and is exposed and developed to form a mask 2
03. The a-Si film 202 is exposed in a slit shape in the region 200 by the through hole of the photoresist mask 203. That is, when the state of FIG. 4A is viewed from above, the a-Si film 2 is formed in the region 200 as shown in FIG.
02 is exposed, and the other portions are masked by the photoresist.

【0096】上記マスク203を設けた後、図4(A)
に示すように、基板201表面にニッケル204を薄膜
蒸着する。本実施形態2では、蒸着ソースと基板間の距
離を通常より大きくして、蒸着レートを低下させること
で、ニッケルの薄膜204の厚さが1nm以下となるよ
うに制御した。このときの基板201上におけるニッケ
ル204の面密度を実際に測定すると、2×1013at
oms/cm2程度であった。
After providing the mask 203, FIG.
As shown in (1), a thin film of nickel 204 is deposited on the surface of the substrate 201. In the second embodiment, the thickness of the nickel thin film 204 is controlled to be 1 nm or less by increasing the distance between the deposition source and the substrate to a value larger than usual and decreasing the deposition rate. At this time, the surface density of the nickel 204 on the substrate 201 was actually measured to be 2 × 10 13 at.
oms / cm 2 .

【0097】次に、図4(B)に示すように、フォトレ
ジストマスク203を除去することで、マスク203上
のニッケル薄膜204がリフトオフされ、領域200の
a−Si膜202において、選択的にニッケル204の
微量導入が行われたことになる。そして、これを不活性
雰囲気下、例えば窒素雰囲気下で、加熱温度540℃〜
620℃の範囲内、例えば580℃で11時間アニール
処理して結晶化させる。
Next, as shown in FIG. 4B, by removing the photoresist mask 203, the nickel thin film 204 on the mask 203 is lifted off, and the a-Si film 202 in the region 200 is selectively removed. This means that a very small amount of nickel 204 has been introduced. Then, this is heated under an inert atmosphere, for example, under a nitrogen atmosphere, at a heating temperature of 540 ° C.
Annealing is performed at 620 ° C., for example, at 580 ° C. for 11 hours to crystallize.

【0098】この際、領域200においては、a−Si
膜202表面に添加されたニッケル204を核として基
板201に対して垂直方向にケイ素膜202の結晶化が
起こり、結晶性ケイ素膜202aが形成される。
At this time, in the region 200, a-Si
Crystallization of the silicon film 202 occurs in a direction perpendicular to the substrate 201 with the nickel 204 added to the surface of the film 202 as a nucleus, and a crystalline silicon film 202a is formed.

【0099】次に、領域200の周辺領域では、図4
(B)において、矢印H2で示すように、領域200か
ら横方向(基板と平行な方向)に結晶成長が行われ、横
方向結晶成長した結晶性ケイ素膜202bが形成され
る。それ以外の202の領域は、そのまま非晶質ケイ素
膜領域202cとして残る。この横方向に結晶成長した
結晶性ケイ素膜202b中のニッケル濃度は1×1017
atoms/cm3程度であり、直接ニッケルを添加し
結晶成長させた領域200の結晶性ケイ素膜202a中
のニッケル濃度は2×1018atoms/cm3程度で
あった。
Next, in the peripheral area of the area 200, FIG.
In (B), as indicated by an arrow H2, crystal growth is performed in a lateral direction (a direction parallel to the substrate) from the region 200, and a crystalline silicon film 202b is formed by lateral crystal growth. The other region 202 remains as it is as the amorphous silicon film region 202c. The nickel concentration in the laterally grown crystalline silicon film 202b is 1 × 10 17
a atoms / cm 3 or so, the nickel concentration of the crystalline silicon film 202a in region 200 is added directly to the nickel crystal growth was about 2 × 10 18 atoms / cm 3.

【0100】尚、上記結晶成長に際し、矢印H2で示さ
れる基板と平行な方向の結晶成長の距離は、130μm
程度である。この状態を基板上方より見ると、図3にお
ける、触媒元素導入領域202a(200)と、横方向
に結晶成長した結晶性ケイ素膜領域202bと非晶質ケ
イ素膜領域202cとの境界202dに、ニッケル20
4は局在している。
In the above crystal growth, the crystal growth distance in the direction parallel to the substrate indicated by arrow H2 is 130 μm.
It is about. When this state is viewed from above the substrate, in FIG. 3, nickel is formed at the boundary 202d between the catalytic element introduction region 202a (200) and the crystalline silicon film region 202b and the amorphous silicon film region 202c which have grown in the lateral direction. 20
4 is localized.

【0101】次に、図4(C)に示すように、後にTF
Tの活性領域(半導体素子領域)202n、202Pと
なる結晶性ケイ素膜を残し、それ以外の領域をエッチン
グ除去して素子間分離を行う。このときのエッチングと
しては、BCl3とCl2の混合ガスを用いたRFプラズ
マによるRIE法により行った。エッチング条件として
は、BCl3流量を15sccm、Cl2流量を70sc
cmとし、圧力8mTorr程度の減圧下、1300W
のRFパワーをかけて行った。
Next, as shown in FIG.
The crystalline silicon film to be the active regions (semiconductor device regions) 202n and 202P of T is left, and other regions are removed by etching to perform device isolation. The etching at this time was performed by an RIE method using RF plasma using a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 . As the etching conditions, the flow rate of BCl 3 was 15 sccm, and the flow rate of Cl 2 was 70 sccm.
cm, under a reduced pressure of about 8 mTorr, 1300 W
RF power was applied.

【0102】このエッチング処理により、ニッケル20
4が多量に存在する202aと202dの領域において
も、ケイ素膜と共にニッケル204がエッチングされる
ため、エッチング残渣の無い奇麗な基板表面が得られる
と共に、ウェットエッチングを用いる場合に比べてさら
なる微細加工ができる。以上の工程で、後にTFTのソ
ース領域、ドレイン領域及びチャネル領域、即ち活性領
域となる島状の結晶性ケイ素膜202n,202pが形
成され、図4(C)の状態を得る。
By this etching process, nickel 20
Even in the regions 202a and 202d where a large amount of 4 is present, the nickel 204 is etched together with the silicon film, so that a clean substrate surface with no etching residue can be obtained, and further fine processing can be performed as compared with the case where wet etching is used. it can. Through the above steps, the island-shaped crystalline silicon films 202n and 202p to be the source region, the drain region, and the channel region of the TFT, that is, the active regions later, are formed, and the state of FIG. 4C is obtained.

【0103】次に、図4(C)の状態で、第2の加熱処
理を施し、島状の結晶性ケイ素膜202n、202Pの
結晶性を向上させる。第2の加熱処理としては、ハロゲ
ン化物を含む酸化雰囲気において、温度800℃〜11
00℃の範囲内で数十分から数時間の加熱処理を行う。
本実施形態2では、HClと酸素の混合ガスを用い、H
Clの流量比を全ガス流量の3%に設定し、基板温度9
50℃にて25分の加熱処理を行った。
Next, a second heat treatment is performed in the state of FIG. 4C to improve the crystallinity of the island-shaped crystalline silicon films 202n and 202P. The second heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. to 11 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halide.
The heat treatment is performed within a range of 00 ° C. for several tens minutes to several hours.
In the second embodiment, a mixed gas of HCl and oxygen is used,
The flow rate ratio of Cl was set to 3% of the total gas flow rate, and the substrate temperature was set to 9%.
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 25 minutes.

【0104】この工程によりケイ素膜202n、202
pの表面が均一に酸化され、結晶性ケイ素膜202n及
び202pの厚さは35nm程度に減少する。また、結
晶性ケイ素膜202n,202pの結晶性が大幅に向上
すると共に、膜中に残存していたニッケルが低減され
る。実際に、第2の加熱処理後のケイ素膜中のニッケル
濃度は、5×1015atoms/cm3以下にまで低減
した。このときの島状の結晶性ケイ素膜202n、20
2pにおいて、従来問題となっていた微小穴は全く発生
していない。
By this step, the silicon films 202n, 202
The surface of p is oxidized uniformly, and the thicknesses of the crystalline silicon films 202n and 202p are reduced to about 35 nm. Further, the crystallinity of the crystalline silicon films 202n and 202p is significantly improved, and nickel remaining in the films is reduced. Actually, the nickel concentration in the silicon film after the second heat treatment was reduced to 5 × 10 15 atoms / cm 3 or less. At this time, the island-shaped crystalline silicon films 202n, 20
In 2p, no microhole, which had been a problem in the past, was generated at all.

【0105】次に、島状の結晶性ケイ素膜202n、2
02pの表面酸化膜を1:10BHFでエッチング除去
した後、上記の活性領域となる結晶性ケイ素膜202n
及び202pを覆うように厚さ100nmの酸化ケイ素
膜をゲート絶縁膜206として成膜する。本実施形態2
では、ゲート絶縁膜206の成膜方法としてTEOSを
原料とし、酸素とともに基板温度350℃で、RFプラ
ズマCVD法で分解し堆積した。
Next, the island-shaped crystalline silicon films 202n, 2n
After the 02p surface oxide film is removed by etching with 1:10 BHF, the crystalline silicon film 202n serving as the above active region is formed.
And a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is formed as the gate insulating film 206 so as to cover the gate insulating film 206p. Embodiment 2
In this example, TEOS was used as a film formation method for forming the gate insulating film 206, and was decomposed and deposited by RF plasma CVD at a substrate temperature of 350 ° C. together with oxygen.

【0106】次に、図4(D)に示すように、スパッタ
リング法によって厚さ400nm〜800nmの範囲
内、例えば500nmのアルミニウム(0.1%〜2%
のシリコンを含む)を成膜し、アルミニウム膜をパター
ニングして、ゲート電極207n、207pを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 4D, aluminum having a thickness of 400 nm to 800 nm, for example, 500 nm, for example, 500 nm (0.1% to 2%) is formed by sputtering.
Is formed, and an aluminum film is patterned to form gate electrodes 207n and 207p.

【0107】次に、イオンドーピング法によって、活性
領域202n、202pにゲート電極207n、207
pをマスクとして不純物(リン及びホウ素)を注入す
る。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)及
びジボラン(B26)を用い、前者の場合は、加速電圧
を60kV〜90kVの範囲内、例えば80kV、後者
の場合は、40kV〜80kVの範囲内、例えば65k
Vとし、ドーズ量は1×1015cm-2〜8×1015cm
-2の範囲内、例えばリンを2×1015cm-2、ホウ素を
5×1015cm-2とする。
Next, the gate electrodes 207n and 207 are formed in the active regions 202n and 202p by the ion doping method.
Impurities (phosphorus and boron) are implanted using p as a mask. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas. In the former case, the acceleration voltage is in the range of 60 kV to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, it is in the range of 40 kV to 80 kV. For example, 65k
V and the dose is 1 × 10 15 cm −2 to 8 × 10 15 cm
In the range of -2 for example phosphorus 2 × 10 15 cm -2, the boron and 5 × 10 15 cm -2.

【0108】この工程により、ゲート電極207n、2
07pにマスクされ不純物が注入されない領域は後にT
FTのチャネル領域209n、209pとなる。ドーピ
ングに際しては、ドーピングが不要な領域をフォトレジ
ストで覆うことによって、それぞれの元素を選択的にド
ーピングを行う。この結果、N型の不純物領域210n
と211n、P型の不純物領域210pと211pが形
成され、図3に示すようにN型TFT217とP型TF
T218とを形成することができる。
By this step, the gate electrodes 207n, 207n,
The region which is masked at 07p and is not doped with impurities
FT channel regions 209n and 209p are obtained. At the time of doping, each element is selectively doped by covering a region not requiring doping with a photoresist. As a result, N-type impurity region 210n
311n and P-type impurity regions 210p and 211p are formed, and as shown in FIG.
T218 can be formed.

【0109】次に、図4(D)に示すように、レーザー
光L2の照射によってアニールを行い、イオン注入した
不純物の活性化を行う。レーザー光としては、XeCl
エキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40ns
ec)を用い、レーザー光の照射条件としては、エネル
ギー密度250mJ/cm2で一か所につき10ショッ
ト照射した。
Next, as shown in FIG. 4D, annealing is performed by irradiation with a laser beam L2 to activate the ion-implanted impurities. XeCl as laser light
Excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 ns
Using ec), the laser beam was irradiated at an energy density of 250 mJ / cm 2 for 10 shots at one location.

【0110】次に、図4(E)に示すように、厚さ60
0nmの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜213としてプラズ
マCVD法によって形成し、これにコンタクトホールを
形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウ
ムの二層膜によってTFTの電極・配線214、215
及び216を形成する。そして最後に、1気圧の水素雰
囲気下で350℃、1時間のアニール処理を行い、N型
TFT217とP型TFT218によるCMOS回路を
完成させる。
Next, as shown in FIG.
A 0 nm silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film 213 by a plasma CVD method, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 213, and a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 214, 215.
And 216 are formed. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for one hour in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a CMOS circuit including the N-type TFT 217 and the P-type TFT 218.

【0111】以上の実施形態2に従って作製したCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度は、N型TFTで200cm2/Vs〜300cm2
Vs、P型TFTで150cm2/Vs〜200cm2
Vsと高く、閾値電圧はN型TFTで0.5V〜1V、
P型TFTで−2V〜−3Vと非常に良好な特性を示
す。さらに、TFTオフ領域でのリーク電流もN型TF
Tで5pA、P型TFTで3pA程度と従来法に比べ低
い値に抑えられている。また、問題となる活性領域での
微小穴の発生は全くなく、製造歩留まりが大きく向上し
た。さらに、RIE法によるエッチングによりTFTサ
イズを従来法よりも小さく設定できるため、高集積化が
可能となった。
The CMO fabricated according to the above-described Embodiment 2
In S configuration circuit, the field effect mobility of each TFT, an N-type TFT 200cm 2 / Vs~300cm 2 /
Vs, 150cm in the P-type TFT 2 / Vs~200cm 2 /
Vs, the threshold voltage is 0.5 V to 1 V for an N-type TFT,
P-type TFT shows very good characteristics of -2V to -3V. Furthermore, the leakage current in the TFT off region is also reduced by N-type TF.
The values are 5 pA for T and 3 pA for the P-type TFT, which are lower values than the conventional method. Further, there was no generation of micro holes in the active region, which was a problem, and the production yield was greatly improved. Further, since the TFT size can be set smaller than that of the conventional method by etching by the RIE method, high integration is possible.

【0112】(その他の実施形態)本発明は上述の2つ
の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的
思想に基づく各種の変形が可能である。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the above two embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0113】例えば、前述の2つの実施形態において
は、ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表
面をニッケル塩を溶かせたエタノール溶液を塗布する方
法、又は蒸着法によりニッケル薄膜を形成する方法によ
り、選択的にニッケル微量添加を行い、結晶成長を行わ
す方法を採用した。しかし、非晶質ケイ素膜の成膜前
に、下地膜表面に選択的にニッケルを導入し、非晶質ケ
イ素膜の下層よりニッケルを拡散させ結晶成長を行わせ
る方法としてもよい。即ち、結晶成長は非晶質ケイ素膜
の上面側から行ってもよいし、下面側から行ってもよ
い。
For example, in the above two embodiments, as a method of introducing nickel, a method of applying an ethanol solution in which a nickel salt is dissolved on the surface of an amorphous silicon film, or a method of forming a nickel thin film by a vapor deposition method Therefore, a method of selectively adding a trace amount of nickel and performing crystal growth was adopted. However, before the amorphous silicon film is formed, nickel may be selectively introduced into the surface of the base film, and nickel may be diffused from a lower layer of the amorphous silicon film to perform crystal growth. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film.

【0114】また、ニッケルの導入方法としても、その
他、様々な手法を用いることができる。例えば、ニッケ
ル塩を溶かせる溶媒として、単純に水を用いてもよい
し、SOG(スピンオングラス)材料を溶媒としてSi
2膜より拡散させる方法もある。また、スパッタリン
グ法やメッキ法により薄膜形成する方法や、イオンドー
ピング法により直接導入する方法なども利用できる。
Various other techniques can be used for introducing nickel. For example, water may be simply used as a solvent for dissolving a nickel salt, or SOG (spin-on-glass) material may be used as a solvent for Si.
There is also a method of diffusing from an O 2 film. Further, a method of forming a thin film by a sputtering method or a plating method, a method of directly introducing a thin film by an ion doping method, and the like can also be used.

【0115】さらに、結晶化を助長する不純物金属元素
としては、ニッケル以外にコバルト、パラジウム、白
金、銅、銀、金、インジウム、スズ、アルミニウム又は
アンチモンを用いても同様の効果が得られる。
Further, the same effect can be obtained by using cobalt, palladium, platinum, copper, silver, gold, indium, tin, aluminum or antimony in addition to nickel as an impurity metal element for promoting crystallization.

【0116】また、第2の加熱処理は、HCl雰囲気で
行ったが、結晶性向上の観点からは、ドライ酸素雰囲気
や窒素雰囲気などでも効果がある。また、触媒元素が多
量に含まれている領域のケイ素膜をエッチングする工程
は、上記の2つの実施形態以外の方法でも勿論効果があ
り、特にケイ素膜と共にニッケルシリサイドが同時にエ
ッチングできるような方法であれば問題ない。
Although the second heat treatment is performed in an HCl atmosphere, the second heat treatment is effective in a dry oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere from the viewpoint of improving the crystallinity. In addition, the step of etching the silicon film in the region containing a large amount of the catalytic element is of course effective even in a method other than the above two embodiments, and in particular, a method in which nickel silicide can be etched simultaneously with the silicon film. If there is no problem.

【0117】さらに、本発明の応用としては、液晶表示
用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密着
型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘッ
ド、有機系EL等を発光素子としたドライバー内蔵型の
光書き込み素子や表示素子、三次元IC等が考えられ
る。本発明を用いることで、これらの素子の高速化、高
解像度化等の高性能化が実現される。さらに本発明は、
上述の実施形態で説明したMOS型トランジスタに限ら
ず、結晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジス
タや静電誘導トランジスタをはじめとして幅広く半導体
プロセス全般に応用することができる。
Further, as an application of the present invention, in addition to the active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a thermal head with a built-in driver, a driver built-in type using an organic EL as a light emitting element, etc. An optical writing element, a display element, a three-dimensional IC, and the like can be considered. By using the present invention, high performance such as high speed and high resolution of these elements is realized. Furthermore, the present invention
The present invention can be applied not only to the MOS transistor described in the above embodiment but also to a wide variety of semiconductor processes including a bipolar transistor using a crystalline semiconductor as an element material and an electrostatic induction transistor.

【0118】尚、前述の2つの実施形態においては、絶
縁性基板として石英ガラスを用いたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、絶縁表面を有する基板又は基
板全体が絶縁性のものであれば何を用いてもよい。
In the above two embodiments, quartz glass is used as an insulating substrate. However, the present invention is not limited to this, and a substrate having an insulating surface or a substrate having an insulating surface as a whole is used. Any may be used.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上の本発明によれば、絶縁性基板の上
に形成した非晶質ケイ素膜に、触媒元素を選択導入し、
第1の加熱処理により触媒元素導入領域からその周辺領
域へと横方向に結晶成長を行わせた後、結晶性ケイ素膜
領域の結晶性を向上させる第2の加熱処理工程の前に、
触媒元素が局在している特定のケイ素膜領域を除去する
工程を行うので、第2の加熱処理で従来生じていた触媒
元素の再拡散を防止することができる。
According to the present invention, a catalytic element is selectively introduced into an amorphous silicon film formed on an insulating substrate,
After the crystal growth is performed in the lateral direction from the catalytic element introduction region to the peripheral region by the first heat treatment, before the second heat treatment step for improving the crystallinity of the crystalline silicon film region,
Since the step of removing the specific silicon film region where the catalytic element is localized is performed, re-diffusion of the catalytic element, which has conventionally occurred in the second heat treatment, can be prevented.

【0120】このため、上述した結晶性ケイ素膜におい
て微小な穴が発生するといった問題等を解消することが
でき、非常に高性能な薄膜半導体素子を実現することが
できる。しかも、集積度の高い高性能半導体装置を、簡
便な製造プロセスにて得ることができる。
Therefore, it is possible to solve the above-mentioned problem that a minute hole is generated in the crystalline silicon film, and to realize a very high performance thin film semiconductor device. Moreover, a high-performance semiconductor device with a high degree of integration can be obtained by a simple manufacturing process.

【0121】また、その製造工程において良品率を大き
く向上でき、商品の低コスト化を図ることができる。特
に数十万というTFT素子を有する液晶表示装置におい
ては、良品率を飛躍的に向上することができると共に、
アクティブマトリクス基板に要求される画素スィッチン
グTFTのスイッチング特性の向上、並びに周辺駆動回
路部を構成するTFTに要求される高性能化、高集積化
を同時に満足することができる。
Further, the non-defective product rate can be greatly improved in the manufacturing process, and the cost of the product can be reduced. In particular, in a liquid crystal display device having hundreds of thousands of TFT elements, the yield can be dramatically improved,
The switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate can be improved, and the high performance and high integration required for the TFTs constituting the peripheral drive circuit can be satisfied at the same time.

【0122】従って、同一基板上にアクティブマトリク
ス部と周辺駆動回路部を構成するドライバモノリシック
型アクティブマトリクス基板を実現でき、モジュールの
コンパクト化、高性能化及び低コスト化を図ることがで
きる。
Accordingly, a driver monolithic active matrix substrate constituting an active matrix portion and a peripheral drive circuit portion on the same substrate can be realized, and the module can be made compact, high-performance, and low in cost.

【0123】特に、請求項2記載の半導体装置の製造方
法によれば、第3の工程において残すケイ素膜領域を、
少なくとも、第1の工程で触媒元素が導入された領域
と、第2の工程で結晶成長により形成された結晶成長境
界部とするので、触媒元素の主たる偏在領域を除去し、
第2の加熱処理で生じていた触媒元素の再拡散を防止す
ることができる。
In particular, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the second aspect, the silicon film region left in the third step is
Since at least a region where the catalytic element is introduced in the first step and a crystal growth boundary formed by crystal growth in the second step, a main unevenly distributed region of the catalytic element is removed,
It is possible to prevent the catalyst element from being re-diffused due to the second heat treatment.

【0124】また、特に請求項3記載の半導体装置の製
造方法によれば、第3の工程において残すケイ素膜領域
を半導体素子領域とするので、工程短縮を行うことがで
きるのに加えて、不必要な領域も全て除去することがで
きるので、半導体素子領域への触媒元素の拡散量をさら
に低減することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the third aspect, the silicon film region left in the third step is used as a semiconductor element region. Since all necessary regions can be removed, the amount of diffusion of the catalytic element into the semiconductor element region can be further reduced.

【0125】また、特に請求項4記載の半導体装置の製
造方法によれば、前記第3の工程を、エッチングにより
行い、このエッチングによって、該当するケイ素膜部分
と、その部分に含まれる触媒元素及び触媒元素のシリサ
イド化合物を併せて除去するので、ケイ素膜を除去した
際に触媒元素が残存して再拡散するといった問題を解消
することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, the third step is performed by etching, and by the etching, the corresponding silicon film portion, the catalyst element contained in the portion, and the Since the silicide compound of the catalyst element is also removed, the problem that the catalyst element remains and re-diffuses when the silicon film is removed can be solved.

【0126】特に、このエッチングをフッ化水素酸と硝
酸の混合液を用いて行うと、ケイ素膜と共に触媒元素も
同時にエッチングすることができ、除去領域において残
渣の無い清浄な表面状態を得ることができる。また、こ
のエッチングを、塩素ガス又は塩素系ガスを用いたRI
E法によりドライエッチングを行うと、除去領域におい
て残渣の無い清浄な表面状態を得ることができ、微細加
工をする上で有効である。
In particular, if this etching is performed using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, the catalyst element can be etched simultaneously with the silicon film, and a clean surface state free of residues in the removed area can be obtained. it can. Further, this etching is performed by using RI using chlorine gas or chlorine-based gas.
When dry etching is performed by the E method, a clean surface state without residue can be obtained in the removal region, which is effective in performing fine processing.

【0127】また、特に請求項5記載の半導体装置の製
造方法によれば、第1の工程における触媒元素を選択的
に導入する工程を、非晶質ケイ素膜における触媒元素を
導入しない領域に対応する位置にマスクを形成して行う
ので、マスク上に存在する触媒元素を、結晶化のための
第1の加熱処理前に除去して、マスク上から触媒元素が
拡散してくるような現象の発生を防止することができ
る。また、第1の加熱処理の際、熱処理炉に入れる基板
上の全体的な触媒元素量を大きく低減できるため、触媒
元素による熱処理炉の汚染を低減することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step of selectively introducing a catalytic element in the first step corresponds to the region of the amorphous silicon film where the catalytic element is not introduced. Since the mask is formed at a position where the catalyst element is formed, the catalytic element present on the mask is removed before the first heat treatment for crystallization, and the catalytic element is diffused from the mask. Generation can be prevented. In addition, at the time of the first heat treatment, the total amount of catalyst elements on the substrate to be put into the heat treatment furnace can be significantly reduced, so that contamination of the heat treatment furnace due to the catalyst elements can be reduced.

【0128】また、特に請求項6記載の半導体装置の製
造方法によれば、第1の工程における触媒元素を選択的
に導入する工程を、フォトレジストをマスクとして、ス
パッタリング法又は真空蒸着法で、非晶質ケイ素膜の表
面に触媒元素を薄膜状に堆積した後に、このフォトレジ
ストを剥離して、マスク上の触媒元素をリフトオフする
ことにより行うので、触媒元素の選択導入を完全なもの
とすることができる。また、酸化ケイ素膜などのマスク
膜を形成する必要が無くなり、工程の短縮を図ることも
できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, the step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by a sputtering method or a vacuum evaporation method using a photoresist as a mask. After depositing the catalyst element in the form of a thin film on the surface of the amorphous silicon film, the photoresist is peeled off and lift-off of the catalyst element on the mask is performed, so that the selective introduction of the catalyst element is completed. be able to. Further, it is not necessary to form a mask film such as a silicon oxide film, and the process can be shortened.

【0129】また、特に請求項7記載の半導体装置の製
造方法によれば、第1の工程における触媒元素を選択的
に導入する工程を、酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜をマ
スクとして、触媒元素を溶かし込んだ溶液を非晶質ケイ
素膜の表面に塗布し乾燥させた後、プレアニール処理を
して、酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜のマスクを除去す
ることにより行うので、触媒元素を溶かし込んだ溶液中
の触媒元素濃度をコントロールすることで、基板上にお
ける触媒元素導入量の極微量制御をすることができる。
また、マスク除去によって触媒元素が同時に除去される
といった問題を解消することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by using the silicon oxide film or the silicon nitride film as a mask. After applying the dissolved solution to the surface of the amorphous silicon film and drying, the pre-annealing treatment is performed to remove the mask of the silicon oxide film or the silicon nitride film. By controlling the concentration of the catalyst element therein, it is possible to control the amount of the catalyst element introduced on the substrate to a very small amount.
In addition, the problem that the catalyst element is simultaneously removed by removing the mask can be solved.

【0130】特に、この溶液の溶質として触媒元素の酢
酸塩又は硝酸塩を用い、溶液の溶媒としてアルコール系
を用いると、基板全面において安定した結晶成長が得ら
れ、液晶などの大型基板において、優れた面内均一性を
得ることができる。また、この溶液を非晶質ケイ素膜の
表面に塗布し乾燥する工程を、スピンコーターを用いた
スピン塗布及びスピン乾燥で行うと、基板表面に均一に
触媒元素を添加することができる。
In particular, when an acetate or nitrate of a catalytic element is used as a solute of this solution and an alcohol solvent is used as a solvent of the solution, stable crystal growth can be obtained over the entire surface of the substrate, which is excellent for a large substrate such as a liquid crystal. In-plane uniformity can be obtained. Further, when the step of applying and drying the solution on the surface of the amorphous silicon film is performed by spin coating and spin drying using a spin coater, the catalyst element can be uniformly added to the substrate surface.

【0131】また、このプレアニール処理を、非晶質ケ
イ素膜において触媒元素が選択的に導入された領域の少
なくとも一部を、結晶成長が行われる条件を満たす加熱
状態、例えば処理温度500℃〜550℃の範囲内に
て、処理時間10分〜30分の範囲内で行うと、所望の
領域に限定して触媒元素を添加することができるので、
非晶質ケイ素膜における触媒元素の選択導入領域をさら
に限定して結晶成長させることができる。
The pre-annealing is performed by heating at least a part of the region of the amorphous silicon film into which the catalytic element has been selectively introduced, in a heating state satisfying the conditions for crystal growth, for example, at a processing temperature of 500 ° C. to 550 ° C. When the treatment is performed within the range of 10 minutes to 30 minutes within the range of ° C., the catalytic element can be added only to a desired region,
Crystal growth can be achieved by further limiting the selective introduction region of the catalyst element in the amorphous silicon film.

【0132】また、特に請求項8記載の半導体装置の製
造方法によれば、第2の加熱処理の温度を、第1の加熱
処理の温度よりも高くするので、第1の加熱処理では安
定した結晶成長で結晶性ケイ素膜を形成することがで
き、第2の加熱処理では、第1の加熱処理の結晶化工程
で生じた結晶欠陥を大きく低減することができ、第1の
加熱処理で形成された結晶性ケイ素膜をさらに高品質化
することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the temperature of the second heat treatment is higher than the temperature of the first heat treatment, the first heat treatment is stable. A crystalline silicon film can be formed by crystal growth. In the second heat treatment, crystal defects generated in a crystallization step of the first heat treatment can be significantly reduced. The quality of the obtained crystalline silicon film can be further improved.

【0133】特に、この第1の加熱処理の温度を540
℃〜620℃の範囲内とし、第2の加熱処理の温度を8
00℃〜1100℃の範囲内とすると、第1の加熱処理
では、触媒元素の導入領域以外に発生する触媒元素によ
らない自発的な結晶成長を抑えることができ、安定した
結晶成長が得られる。また、第2の加熱処理では、結晶
欠陥を効率良く低減できると共に、半導体素子領域を形
成する横方向の結晶成長領域内における柱状結晶のそれ
ぞれを再結合させ、非常に高品質な単結晶シリコンに匹
敵する高結晶性ケイ素膜を得ることができる。
Particularly, the temperature of the first heat treatment is set to 540
° C to 620 ° C and the temperature of the second heat treatment is 8
When the temperature is in the range of 00 ° C. to 1100 ° C., in the first heat treatment, spontaneous crystal growth irrespective of the catalyst element generated outside the catalyst element introduction region can be suppressed, and stable crystal growth can be obtained. . In addition, in the second heat treatment, crystal defects can be efficiently reduced, and each of the columnar crystals in the lateral crystal growth region forming the semiconductor element region is recombined to form very high-quality single crystal silicon. A comparable highly crystalline silicon film can be obtained.

【0134】また、特に請求項9記載の半導体装置の製
造方法によれば、第2の加熱処理を、ハロゲン化物を含
む酸化雰囲気下にて行うので、ハロゲン化物の不純物ゲ
ッタリング作用により、結晶成長に使われた触媒元素の
膜中濃度を大きく低減することができる。また、酸化作
用により生じる過飽和Si原子をケイ素膜中へ供給し
て、より効率的に結晶欠陥、特にダングリングボンド
(不対結合手)を消滅させることができる。特に、ハロ
ゲン化物としてHClガスを用いると、触媒元素を塩化
物化させ気化させることができ、効率的に触媒元素をケ
イ素膜中より取り除くことができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the ninth aspect, since the second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halide, the crystal growth is performed by the impurity gettering action of the halide. The concentration of the catalyst element used in the film in the film can be greatly reduced. Further, by supplying supersaturated Si atoms generated by the oxidizing action into the silicon film, crystal defects, in particular, dangling bonds (unpaired bonds) can be eliminated more efficiently. In particular, when HCl gas is used as the halide, the catalyst element can be chlorided and vaporized, and the catalyst element can be efficiently removed from the silicon film.

【0135】また、特に請求項10記載の半導体装置の
製造方法によれば、第2の工程において、非晶質ケイ素
膜を触媒元素が導入された領域からその周辺領域へと結
晶成長させる方向と、半導体装置におけるキャリアの移
動方向とを略平行とするので、キャリアの移動に際しト
ラップとなるような結晶粒界は、その移動方向には理論
上は存在しないことになり、より高移動度を有する半導
体装置を得ることができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, in the second step, the direction of crystal growth of the amorphous silicon film from the region into which the catalytic element has been introduced to the peripheral region may be determined. Since the direction of movement of carriers in the semiconductor device is substantially parallel, a crystal grain boundary serving as a trap when the carriers move is theoretically not present in the direction of movement, and has a higher mobility. A semiconductor device can be obtained.

【0136】また、特に請求項11記載の半導体装置の
製造方法によれば、触媒元素として、Ni、Co、P
d、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al及びS
bの中の一種類又は複数種類の元素を用いるので、微量
で結晶化助長の効果を奏する。
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, Ni, Co, P is used as the catalyst element.
d, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al and S
Since one or more of the elements b are used, the effect of promoting crystallization can be obtained in a small amount.

【0137】特に、この触媒元素として、少なくともN
iを用いると、Niがケイ素膜と結合しシリサイドNi
Si2となって結晶成長に作用するが、その結晶構造
が、非晶質ケイ素膜の結晶化時に一種の鋳型のように作
用するため、非晶質ケイ素膜の結晶化を促す一層の効果
を奏する。
In particular, at least N
When i is used, Ni bonds to the silicon film to form silicide Ni.
Although it becomes Si 2 and acts on crystal growth, its crystal structure acts like a kind of template at the time of crystallization of the amorphous silicon film, so a further effect of promoting crystallization of the amorphous silicon film is provided. Play.

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

【図1】本発明の実施形態1の作製工程を示す平面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view illustrating a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1の作製工程を示す図1のA
−A’断面における断面図である。
FIG. 2A is a view showing a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention;
It is sectional drawing in the -A 'cross section.

【図3】本発明の実施形態2の作製工程を示す平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view illustrating a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態2の作製工程を示す図3のB
−B’断面における断面図である。
FIG. 4B illustrates a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing in the -B 'cross section.

【図5】従来例において、第2の加熱処理での触媒元素
の再拡散によりケイ素膜に微小な穴が発生する様子を表
す図であって、(A)に触媒元素の選択添加による固相
結晶成長後の平面図を、(B)に第2の加熱処理後の平
面図を示す。
FIG. 5 is a view showing a state in which a fine hole is generated in a silicon film by re-diffusion of a catalyst element in a second heat treatment in a conventional example. A plan view after the crystal growth is shown, and a plan view after the second heat treatment is shown in FIG.

【図6】従来例において、第1の加熱処理での触媒元素
の拡散の様子を表す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a state of diffusion of a catalytic element in a first heat treatment in a conventional example.

【図7】従来例において、第2の加熱処理での触媒元素
の再拡散によりケイ素膜表面に微小な穴が発生した状態
を表す写真である。
FIG. 7 is a photograph showing a state in which minute holes are generated on the surface of a silicon film due to re-diffusion of a catalyst element in a second heat treatment in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201 石英ガラス基板 102、202 ケイ素膜 103、203 マスク膜 104、204 触媒元素 106、206 ゲート絶縁膜 107、207 ゲート電極 108 陽極酸化層 109、209 チャネル領域 110、210 ソース領域 111、211 ドレイン領域 113、213 層間絶縁膜 114、115、214、215、216 電極・配線 117、217 Nチャネル型TFT 218 Pチャネル型TFT 101, 201 quartz glass substrate 102, 202 silicon film 103, 203 mask film 104, 204 catalytic element 106, 206 gate insulating film 107, 207 gate electrode 108 anodized layer 109, 209 channel region 110, 210 source region 111, 211 drain Region 113, 213 Interlayer insulating film 114, 115, 214, 215, 216 Electrode / wiring 117, 217 N-channel TFT 218 P-channel TFT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 弘美 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 渋谷 司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiromi Sakamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Tsukasa Shibuya 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the corporation

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板の上に非晶質ケイ素薄膜を形
成し、かつ、該非晶質ケイ素膜に、その結晶化を助長す
る触媒元素を選択的に導入する第1の工程と、 第1の加熱処理を行い、該非晶質ケイ素膜を該触媒元素
が導入された領域からその周辺領域へと、横方向に結晶
成長を行わせる第2の工程と、 該触媒元素が局在している特定のケイ素膜領域を除去す
る第3の工程と、 第2の加熱処理を行い、該第3の工程で残された結晶性
ケイ素膜領域の結晶性を向上させる第4の工程とを包含
する半導体装置の製造方法。
A first step of forming an amorphous silicon thin film on an insulating substrate, and selectively introducing a catalyst element for promoting crystallization to the amorphous silicon film; A second step of performing a heat treatment of 1 to cause the amorphous silicon film to grow in a lateral direction from the region where the catalytic element is introduced to a peripheral region thereof; and A third step of removing a specific silicon film region, and a fourth step of performing a second heat treatment to improve the crystallinity of the crystalline silicon film region left in the third step. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項2】 前記第3の工程において除去する前記ケ
イ素膜領域が、少なくとも、前記第1の工程で前記触媒
元素が導入された領域と、前記第2の工程で前記結晶成
長により形成された結晶成長境界部である請求項1記載
の半導体装置の製造方法。
2. The silicon film region to be removed in the third step is formed by at least a region where the catalyst element is introduced in the first step and the crystal growth in the second step. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a crystal growth boundary.
【請求項3】 前記第3の工程において残すケイ素膜領
域が、半導体素子領域である請求項1又は請求項2記載
の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the silicon film region left in the third step is a semiconductor element region.
【請求項4】 前記第3の工程は、エッチングにより行
い、このエッチングによって、該当するケイ素膜部分
と、その部分に含まれる前記触媒元素及び該触媒元素の
シリサイド化合物を除去する請求項1〜請求項3のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the third step is performed by etching, and the silicon film portion, the catalyst element and the silicide compound of the catalyst element contained in the silicon film portion are removed by the etching. Item 4. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 3.
【請求項5】 前記第1の工程における前記触媒元素を
選択的に導入する工程は、前記非晶質ケイ素膜における
前記触媒元素を導入しない領域に対応する位置にマスク
を形成して行う請求項1〜請求項4のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法。
5. The step of selectively introducing the catalyst element in the first step is performed by forming a mask at a position corresponding to a region of the amorphous silicon film where the catalyst element is not introduced. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記第1の工程における前記触媒元素を
選択的に導入する工程は、フォトレジストをマスクとし
て、スパッタリング法又は真空蒸着法で、前記非晶質ケ
イ素膜の表面に前記触媒元素を薄膜状に堆積した後に、
該フォトレジストを剥離して、該マスク上の該触媒元素
をリフトオフすることにより行う請求項1〜請求項4の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of selectively introducing the catalytic element in the first step, wherein the catalytic element is formed on the surface of the amorphous silicon film by a sputtering method or a vacuum deposition method using a photoresist as a mask. After being deposited in a thin film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the photoresist is peeled off, and the catalyst element on the mask is lifted off.
【請求項7】 前記第1の工程における前記触媒元素を
選択的に導入する工程は、酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素
膜をマスクとして、前記触媒元素を溶かし込んだ溶液を
前記非晶質ケイ素膜の表面に塗布し乾燥させた後、プレ
アニール処理をして、該酸化ケイ素膜又は該窒化ケイ素
膜のマスクを除去することにより行う請求項1〜請求項
4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. The step of selectively introducing the catalyst element in the first step includes, using a silicon oxide film or a silicon nitride film as a mask, applying a solution in which the catalyst element is dissolved to the amorphous silicon film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed by applying a pre-annealing treatment after coating and drying the surface, and removing the mask of the silicon oxide film or the silicon nitride film. .
【請求項8】 前記第2の加熱処理の温度を、前記第1
の加熱処理の温度よりも高くする請求項1〜請求項7の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. The temperature of the second heat treatment is changed to the first heat treatment.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is higher than the temperature of the heat treatment.
【請求項9】 前記第2の加熱処理は、ハロゲン化物を
含む酸化雰囲気下にて行う請求項1〜請求項8のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halide.
【請求項10】 前記第2の工程において、 前記非晶質ケイ素膜を前記触媒元素が導入された領域か
らその周辺領域へと結晶成長させる方向と、半導体装置
におけるキャリアの移動方向とを略平行とする請求項1
〜請求項9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
10. In the second step, a direction in which the amorphous silicon film is crystal-grown from a region where the catalytic element is introduced to a peripheral region thereof is substantially parallel to a carrier moving direction in the semiconductor device. Claim 1
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
【請求項11】 前記触媒元素として、Ni、Co、P
d、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al及びS
bの中の一種類又は複数種類の元素を用いる請求項1〜
請求項10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
11. Ni, Co, P as the catalyst element
d, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Al and S
(b) using one or more elements of b.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
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