JPH11289096A - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor

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JPH11289096A
JPH11289096A JP11050838A JP5083899A JPH11289096A JP H11289096 A JPH11289096 A JP H11289096A JP 11050838 A JP11050838 A JP 11050838A JP 5083899 A JP5083899 A JP 5083899A JP H11289096 A JPH11289096 A JP H11289096A
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宏勇 張
Toru Takayama
徹 高山
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To arrange the growing directions of crystals in one direction at the time of growing the crystals by hot annealing. SOLUTION: A thin film transistor has a base film on a substrate, a semiconductor film on the base film, and a gate insulating film on the semiconductor film. The transistor also has source and drain areas formed in the semiconductor film, a channel forming area formed between the source and drain areas, and a gate electrode formed on the gate insulating film. In the channel forming area, acicular or columnar crystals are grown in parallel with the surface of the substrate and the crossing rate of carriers is controlled by the angle between the line connecting the source area to the drain area and the growing direction of the crystals.

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、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)を有する
半導体装置及びその作製方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having a TFT (thin film transistor) provided on an insulating substrate such as glass, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にTFTを有する
半導体装置としては、これらのTFTを画素の駆動に用
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor device having TFTs on an insulating substrate such as glass, active type liquid crystal display devices and image sensors using these TFTs for driving pixels are known.

【0003】これらの装置に用いられるTFTには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体(a−Si)か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
2つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。
[0003] Thin film silicon semiconductors are generally used for TFTs used in these devices. Thin-film silicon semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous silicon semiconductor (a-Si) and those made of a crystalline silicon semiconductor. Amorphous silicon semiconductors are most commonly used because they have a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a gas phase method, and have high mass productivity. Since it is inferior to a silicon semiconductor having
In order to obtain higher-speed characteristics in the future, it has been strongly required to establish a method for manufacturing a TFT made of a crystalline silicon semiconductor. Note that, as a silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystal component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and amorphous, and the like are known. .

【0004】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、 (1)成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 (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。 (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。 と言った方法が知られている。しかしながら、(1)の
方法は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り、また成膜
温度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコストの問題もあった。また、(2)
の方法は、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、レーザー光の照射面積が小さいた
め、スループットが低いという問題がまずあり、また大
面積基板の全面を均一に処理するにはレーザーの安定性
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。(3)
の方法は、(1)、(2)の方法と比較すると大面積に
対応できるという利点はあるが、やはり加熱温度として
600℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている7059ガラスの場合には、歪
み点が593℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。
As a method for obtaining a silicon semiconductor in the form of a thin film having crystallinity, (1) a film having crystallinity is directly formed at the time of film formation. (2) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by the energy of laser light. (3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by applying thermal energy. Is known. However, in the method (1), it is technically difficult to uniformly form a film having good semiconductor properties over the entire surface of the substrate, and the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, so that the method is inexpensive. There was also a cost problem that a glass substrate could not be used. Also, (2)
Taking the excimer laser, which is currently most commonly used, as an example, there is a problem that the irradiation area of the laser beam is small, so that the throughput is low, and the entire surface of the large-area substrate is uniformly processed. The stability of the laser is not enough, and it seems to be a next-generation technology. (3)
The method (1) has an advantage that it can cope with a large area as compared with the methods (1) and (2), but also requires a high heating temperature of 600 ° C. or more, and uses an inexpensive glass substrate. Considering this, it is necessary to further lower the heating temperature. In particular, in the case of the current liquid crystal display device, the screen size is increasing, and therefore, it is necessary to use a large glass substrate as well. When such a large glass substrate is used, shrinkage and distortion in a heating step which is indispensable for semiconductor fabrication lowers the accuracy of mask alignment and the like, and is a serious problem. In particular, in the case of 7059 glass, which is currently most commonly used, the strain point is 593 ° C., and the conventional heating crystallization method causes large deformation. In addition to the problem of the temperature, the heating time required for crystallization in the current process is several tens of hours or more, so that it is necessary to further shorten the heating time.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、TFTの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. More specifically, in a method for producing a thin film made of a crystalline silicon semiconductor using a method of crystallizing a thin film made of amorphous silicon by heating, the temperature required for crystallization is lowered and the time is shortened. The aim is to provide a process that balances Of course, a crystalline silicon semiconductor manufactured using the process provided by the present invention has physical properties equal to or higher than those manufactured by the conventional technology, and can be used for the active layer region of the TFT. It goes without saying that there is something.

【0006】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をCVD法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。
Background of the Invention The present inventors form an amorphous silicon semiconductor film by a CVD method or a sputtering method and crystallize the film by heating as described in the section of the prior art. Regarding the method, the following experiments and considerations were made.

【0007】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まり、ある程度の膜厚以上では基板表
面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。
First, as an experimental fact, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and the mechanism of crystallizing the film by heating is examined. The crystal growth starts from the interface between the glass substrate and the amorphous silicon. When the film thickness exceeded a certain level, it was recognized that the film proceeded in a columnar shape perpendicular to the substrate surface.

【0008】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核(結晶成長の基と
なる種)が存在しており、その核から結晶が成長してい
くことに起因すると考察される。このような結晶核は、
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス
表面の結晶成分(結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる)であると考えられる。
In the above phenomenon, a crystal nucleus serving as a base for crystal growth (a seed serving as a base for crystal growth) exists at the interface between the glass substrate and the amorphous silicon film, and the crystal grows from the nucleus. It is considered to be due to going. Such a crystal nucleus
Considered to be trace amounts of impurity metal elements present on the substrate surface and crystalline components on the glass surface (like glass crystallized glass, it is considered that there is a crystalline component of silicon oxide on the glass substrate surface) Can be

【0009】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。
Therefore, it was considered that the crystallization temperature could be lowered by more actively introducing crystal nuclei, and in order to confirm the effect, a small amount of another metal was deposited on the substrate. An experiment was conducted in which a thin film made of amorphous silicon was formed thereon and then heated and crystallized. As a result, when some metals were formed on the substrate, a decrease in the crystallization temperature was confirmed, and it was expected that crystal growth using foreign matter as crystal nuclei was occurring. Therefore, the mechanism of a plurality of impurity metals whose temperature could be reduced was investigated in more detail.

【0010】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の2段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムは現状では明らかではない
が、なにがしかの触媒的な効果が作用しているものと推
測される。
[0010] Crystallization can be considered in two stages: initial nucleation and crystal growth from the nucleus. Here, the initial nucleation rate is observed by measuring the time required for the generation of point-like fine crystals at a constant temperature. The case was also shortened, and the effect of introducing crystal nuclei on lowering the crystallization temperature was confirmed. In addition, unexpectedly, when the growth of crystal grains after nucleation was examined by changing the heating time, after the formation of a certain metal, the amorphous silicon thin film In crystallization, it was observed that the rate of crystal growth after nucleation increased dramatically. This mechanism is not clear at present, but is presumed to have some catalytic effect.

【0011】いずれにしろ、上記2つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、580℃以下の温度で4時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であ
り、我々が選択した材料がニッケルである。なお、この
結晶化への触媒作用を有する金属元素としては、Fe、
Co、Pd、Ptを挙げることができる。
In any case, due to the above two effects, it has not been possible to consider a case where a thin film made of amorphous silicon is formed after a certain kind of metal is formed in a very small amount and then heated and crystallized. It has been found that sufficient crystallinity can be obtained at a temperature of 580 ° C. or less for about 4 hours. Among the impurity metals having such an effect, the effect is most remarkable, and a material selected by us is nickel. The metal elements having a catalytic action on the crystallization include Fe,
Co, Pd, and Pt can be mentioned.

【0012】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上(コーニング70
59ガラス)にプラズマCVD法で形成された非晶質珪
素からなる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶
化する場合、その加熱温度として600℃とした場合、
加熱時間として10時間以上の時間を必要としたが、ニ
ッケルの微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素から
なる薄膜を用いた場合には、4時間程度の加熱において
同様な結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化
の判断はラマン分光スペクトルを利用した。このことだ
けからも、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るで
あろう。
One example of the effect of nickel is as follows. On a substrate on which no treatment is performed, that is, on a substrate on which a very small amount of nickel thin film is not formed (Corning 70
When a thin film made of amorphous silicon formed on a (59 glass) by plasma CVD is crystallized by heating in a nitrogen atmosphere, when the heating temperature is set to 600 ° C.,
Although a heating time of 10 hours or more was required, when a thin film made of amorphous silicon was used on a substrate on which a very small amount of nickel film was formed, similar crystallization was performed by heating for about 4 hours. I got the status. In this case, the crystallization was determined using Raman spectroscopy. From this alone, it can be seen that the effect of nickel is very large.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
ニッケルの微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素か
らなる薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結
晶化に要する時間の短縮が可能である。そこで、このプ
ロセスをTFTの製造に用いることを前提に、さらに詳
細な説明を加えていくことにする。尚、後ほど詳述する
が、ニッケルの薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に
成膜しても同様の効果を有すること、及びイオン注入で
も同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連
の処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。
As can be seen from the above description,
When a thin film made of amorphous silicon is formed after forming a thin film of nickel, a lower crystallization temperature and a shorter time required for crystallization can be achieved. Therefore, a more detailed description will be given on the assumption that this process is used for manufacturing a TFT. As will be described in detail later, the nickel thin film is formed not only on the substrate but also on the amorphous silicon, and has the same effect. In the following, a series of these processes will be referred to as "addition of trace amount of nickel".

【0014】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも、スピ
ンコーティング法でも、塗布法でも可能で、成膜方法は
問わないことが判明している。ただし、基板上に微量な
ニッケル薄膜を成膜する場合、7059ガラス基板の上
から直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同基板
上に酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッケル
薄膜を成膜した場合の方が効果がより顕著である。この
理由として考えられることとして、珪素とニッケルが直
接接触していることが今回の低温結晶化には重要であ
り、7059ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両
者の接触あるいは反応を阻害するのではないかというこ
とが挙げられる。
First, a method for adding a trace amount of nickel will be described. The addition of a small amount of nickel is also possible by forming a small amount of nickel thin film on a substrate and then forming amorphous silicon.
The method of first forming an amorphous silicon film and then forming a minute amount of a nickel thin film thereon has the same effect of lowering the temperature, and the film forming method can be either a sputtering method, a vapor deposition method, or a spin coating method. It has been found that either a coating method or a coating method is possible, and a film forming method is not limited. However, when a very small amount of nickel thin film is formed on a substrate, a silicon oxide thin film is formed on the same substrate and a very small amount of nickel thin film is formed thereon rather than directly on a 7059 glass substrate. The effect is more remarkable when a thin nickel thin film is formed. One possible reason for this is that direct contact between silicon and nickel is important for the low-temperature crystallization in this case, and in the case of 7059 glass, components other than silicon inhibit the contact or reaction between the two. It may be that.

【0015】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確
認された。ニッケルの量については、1×1015ato
ms/cm3 以上の量の添加において低温化が確認され
ているが、1021atoms/cm3 atoms/cm3 以上の
添加量においては、ラマン分光スペクトルのピークの形
状が珪素単体の物とは明らかに異なることから、実際に
使用可能であるのは1×1015atoms/cm3 〜5
×1019atoms/cm3 の範囲であると思われる。
ニッケルの濃度が1×1015atoms/cm3 以下で
あると、ニッケル元素が局在し触媒としての機能が低下
する。また、ニッケルの濃度が5×1019atoms/
cm3 以上であると、NiSiの化合物となって半導体
特性が失われてしまう。そして、結晶化した状態におい
ては、ニッケルの濃度が少ない程、半導体としての使用
が可能である。以上のような考察から、半導体として、
TFTの活性層等に使用することを考えると、この量を
1×1015atoms/cm3 〜1×1019atoms
/cm3 に抑えることが必要である。
As a method of adding a small amount, almost the same effect was confirmed by adding nickel by ion implantation, in addition to forming a thin film in contact with above or below amorphous silicon. Regarding the amount of nickel, 1 × 10 15 at
It has been confirmed that the temperature is lowered at the addition of an amount of at least ms / cm 3 , but at an addition amount of at least 10 21 atoms / cm 3 atoms / cm 3 , the peak shape of the Raman spectroscopic spectrum is different from that of silicon alone. Because they are clearly different, only 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 can be actually used.
It seems to be in the range of × 10 19 atoms / cm 3 .
If the concentration of nickel is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less, the nickel element is localized and the function as a catalyst is reduced. Further, the concentration of nickel is 5 × 10 19 atoms /
If it is more than cm 3 , it becomes a compound of NiSi and semiconductor characteristics are lost. In the crystallized state, the lower the concentration of nickel, the more it can be used as a semiconductor. From the above considerations, as a semiconductor,
Considering that it is used for an active layer of a TFT or the like, this amount is 1 × 10 15 atoms / cm 3 to 1 × 10 19 atoms.
/ Cm 3 .

【0016】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶形態について説明を加える。上述の通り、ニッケル
を添加しない場合には、基板界面等の結晶核からランダ
ムに核が発生し、その核からの結晶成長もまたある程度
の膜厚まではランダムに、さらに厚い薄膜については一
般的に(110)方向が基板に垂直方向に配列した柱状
の結晶成長が行われることが知られており、当然ながら
薄膜全体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。そ
れに対して、今回のニッケル微量添加したものについて
は、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部分で結晶
成長が異なるという特徴を有していた。即ち、ニッケル
を添加した領域については、添加したニッケルあるいは
その珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加し
ていないものと同様に基板にほぼ垂直に柱状の結晶が成
長することが透過電子線顕微鏡写真より明らかとなっ
た。そして、その近傍のニッケルを微量添加していない
領域においてさえも低温での結晶化が確認され、その部
分は基板に垂直方向が(111)に配列し、基板と平行
に針状あるいは柱状結晶が成長するという特異な結晶成
長が観測された。この基板に平行な横方向の結晶成長
は、ニッケルを微量添加した領域から、大きいものでは
数百μmも成長することが観測され、時間の増加及び温
度が高くなるに比例して成長量も増大することも判っ
た。例として、550℃4時間においては約40μm程
度の成長が観測された。しかも、透過電子線顕微鏡写真
によると、この大きな横方向の結晶は、いずれも単結晶
ライクであることが判明している。そして、このニッケ
ル微量添加部分、その近傍の横成長部分、更に遠方の非
晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行われ
ず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度をS
IMS(二次イオン質量分析法)により調べた所、横成
長部分はニッケル微量添加部分部分から約1桁少ない量
が検出され、非晶質珪素内での拡散が観測されている。
また、非晶質部分は更に約1桁少ない量が観測された。
このことと結晶形態との関係は現状では明らかではない
が、いずれにしろニッケル添加量とその位置制御によっ
て、所望の部分に所望の結晶形態の結晶性を有するシリ
コン薄膜を形成することが可能である。
Next, a description will be given of a crystal form in the case where a trace amount of nickel is added. As described above, when nickel is not added, nuclei are randomly generated from crystal nuclei at a substrate interface or the like, and crystal growth from the nuclei is also random up to a certain film thickness, and is generally performed for thicker thin films. It is known that columnar crystal growth in which the (110) direction is arranged in the direction perpendicular to the substrate is performed. Naturally, almost uniform crystal growth is observed over the entire thin film. On the other hand, in the case of the addition of a very small amount of nickel, the crystal growth was different between the region where nickel was added and the vicinity thereof. That is, in the region where nickel is added, the added nickel or its compound with silicon becomes a crystal nucleus, and the columnar crystal grows almost perpendicular to the substrate similarly to the case where nickel is not added. It became clear from the micrograph. Crystallization at low temperature was confirmed even in the vicinity of the region where a small amount of nickel was not added. In that portion, the direction perpendicular to the substrate was arranged at (111), and needle-like or columnar crystals were parallel to the substrate. An unusual crystal growth of growth was observed. It is observed that the crystal growth in the horizontal direction parallel to this substrate grows as large as several hundred μm from the region where a small amount of nickel is added, and the growth amount increases in proportion to the increase of time and temperature. I knew I would do it. As an example, a growth of about 40 μm was observed at 550 ° C. for 4 hours. Moreover, according to the transmission electron beam micrograph, it has been found that all of the large lateral crystals are single crystal-like. The nickel concentration of the nickel-added portion, the laterally grown portion in the vicinity thereof, and the amorphous portion further away (the low-temperature crystallization is not performed in the portion far away and the amorphous portion remains) are set to S.
Inspection by IMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) revealed that the lateral growth portion was detected to be about one digit smaller than the nickel trace addition portion, and diffusion in amorphous silicon was observed.
Further, the amount of the amorphous portion was further reduced by about one digit.
The relationship between this and the crystal morphology is not clear at present, but in any case, it is possible to form a silicon thin film having crystallinity of a desired crystal morphology in a desired portion by controlling the amount of nickel added and its position. is there.

【0017】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち600℃程度で数十時
間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率
の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニ
ッケルの添加量を1017atoms/cm3 〜1018
toms/cm3 程度とした場合には、ニッケルの準位
に起因すると思われる様な挙動は観測されなかった。即
ち、この事実に限るならば、結晶性珪素半導体膜中のニ
ッケルの濃度が、1018atoms/cm3 以下である
場合には、この膜を用いて半導体装置、例えばTFTを
作製しても不都合はないということが分かる。
Next, the electrical characteristics of the nickel-added portion and the lateral growth portion in the vicinity thereof will be described. The electrical characteristics of the nickel-added portion are substantially the same as those of a film to which nickel is not substantially added, that is, a film which has been crystallized at about 600 ° C. for several tens of hours. When the activation energy was determined from the properties, the amount of nickel added was 10 17 atoms / cm 3 to 10 18 a
In the case of about toms / cm 3, no behavior that could be attributed to the nickel level was observed. That is, if the concentration of nickel in the crystalline silicon semiconductor film is 10 18 atoms / cm 3 or less, it is inconvenient to manufacture a semiconductor device, for example, a TFT using this film. It turns out that there is no.

【0018】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して1桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少
ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。
On the other hand, the laterally grown portion has an electric conductivity one order of magnitude higher than that of the nickel-added portion, and has a considerably high value as a crystalline silicon semiconductor. This is considered to be due to the fact that the current path direction coincided with the lateral growth direction of the crystal, so that few or no grain boundaries existed during the passage of electrons between the electrodes.
It is consistent with the result of the transmission electron micrograph.

【0019】しかし、上記結晶の横方向成長部分を透過
電子線顕微鏡写真により詳細に観察すると、針状あるい
は柱状結晶の結晶方向が基板表面に対しては平行な方向
であっても、基板上方から見ると、枝状に成長する部分
が観察された。即ち、平均すると、針状あるいは柱状結
晶が同一方向に成長しているのだが、一部の結晶は斜め
方向に枝分かれして成長している様子が観察された。
However, when the laterally grown portion of the crystal is observed in detail by a transmission electron microscope photograph, it can be seen that even if the crystal direction of the needle-like or columnar crystal is in a direction parallel to the substrate surface, it can be seen from above the substrate. When viewed, a portion growing in a branch shape was observed. That is, on average, needle-like or columnar crystals grew in the same direction, but it was observed that some crystals grew branching obliquely.

【0020】上記観察結果を考察した結果、本発明者ら
は以下のような結論に至った。基板中さらには基板と半
導体膜との界面近傍に存在している基板材料の結晶成分
や半導体膜中の結晶成分は、結晶成長の核となり得る
が、上記のような横方向成長においては、一様な方向へ
の結晶成長を阻害し、ランダムな結晶成長を助長してし
まう。
As a result of considering the above observation results, the present inventors came to the following conclusion. The crystal component of the substrate material and the crystal component in the semiconductor film existing in the substrate and in the vicinity of the interface between the substrate and the semiconductor film can serve as nuclei for crystal growth. This hinders crystal growth in various directions and promotes random crystal growth.

【0021】そこで、本発明においては、結晶成長を行
う領域の基板と非晶質珪素半導体膜(非晶質といっても
程度の問題として結晶成分は存在する)との界面および
その近傍の結晶成分を不活性な元素のイオン注入によっ
て、極力取り除き徹底的に非晶質化する。そして、結晶
核となるべき成分が無い状態において、横方向(基板表
面に平行な方向)に結晶成長を行わせることによって、
全体的に結晶の成長方向がそろった針状または柱状の結
晶成長を行わすことを要旨とする。特に不活性なイオン
の注入を基板内を中心に行うことによって、基板表面近
傍(基板表面に下地膜が形成されている場合には、その
下地膜表面を基板表面とみなす)、さらには基板と半導
体膜との界面、さらには半導体膜そのものを徹底的に非
晶質化し、結晶化の際に核となりうる結晶性を有する成
分を極力除去することを特徴とする。
Therefore, according to the present invention, the interface between the substrate in the region where crystal growth is to take place and the amorphous silicon semiconductor film (a crystal component exists as a matter of degree even if amorphous) and the crystal in the vicinity thereof Ingredients are removed as much as possible by ion implantation of an inert element to completely amorphize. Then, in a state where there is no component to be a crystal nucleus, by performing crystal growth in a lateral direction (a direction parallel to the substrate surface),
The gist of the present invention is to perform needle-like or column-like crystal growth in which the crystal growth directions are aligned as a whole. In particular, by implanting inert ions in the center of the substrate, it is possible to perform the ion implantation near the substrate surface (when a base film is formed on the substrate surface, the base film surface is regarded as the substrate surface). It is characterized in that the interface with the semiconductor film, and further, the semiconductor film itself is completely amorphized, and components having crystallinity that can be nuclei during crystallization are removed as much as possible.

【0022】このようにして選択的に結晶化をおこなわ
せしめて、結晶性珪素膜を得ることができるが、このよ
うな結晶性珪素膜の特性をより向上せしめんとすれば、
結晶化工程の後に、レーザーもしくはそれと同等な強光
を照射することによって、粒界等に残存する結晶化の不
十分な成分を結晶化させてやればよい。この工程におい
ては、残っていた非晶質成分は先の加熱工程によって形
成された結晶を核として結晶成長し、粒界が消滅してし
まうのでより高い特性を得ることができる。
In this way, a crystalline silicon film can be obtained by selectively performing crystallization. However, if the characteristics of such a crystalline silicon film are further improved,
After the crystallization step, a laser or a strong light equivalent thereto may be irradiated to crystallize the insufficiently crystallized components remaining at the grain boundaries and the like. In this step, the remaining amorphous component grows with the crystal formed in the previous heating step as a nucleus, and the grain boundaries disappear, so that higher characteristics can be obtained.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に実施例を示しより詳細に本
発明の説明を加えることとする。
Embodiments of the present invention will be described below, and the present invention will be described in more detail.

【0024】[0024]

【実施例】〔実施例1〕本実施例は、ガラス基板上に結
晶シリコンを用いたPチャネル型TFT(PTFTとい
う)とNチャネル型TFT(NTFTという)とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の周辺ドライバー
回路やイメージセンサーに利用することができる。
[Embodiment 1] In this embodiment, a circuit is formed in which a P-channel TFT (referred to as PTFT) and an N-channel TFT (referred to as NTFT) using crystalline silicon are complementarily combined on a glass substrate. Here is an example. The configuration of this embodiment can be used for a peripheral driver circuit or an image sensor of an active liquid crystal display device.

【0025】図1に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板(コーニング7059)101上にスパ
ッタリング法によって、厚さ2000Åの酸化珪素の下
地膜102を形成する。つぎにマスクとなる酸化珪素膜
103を設ける。この酸化珪素膜103は、スリット状
に下地膜102を露呈させるもので、1000Å以上の
厚さが必要である。また、このマクス103にゲッタリ
ング効果を有する材料、例えばリンや塩素等を添加する
ことも有用である。この状態を上面から見ると、スリッ
ト状に下地膜102は露呈しており、他ぼ部分はマスク
されている状態となっている。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-nm-thick silicon oxide base film 102 is formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. Next, a silicon oxide film 103 serving as a mask is provided. The silicon oxide film 103 exposes the base film 102 in a slit shape and needs to have a thickness of 1000 ° or more. It is also useful to add a material having a gettering effect to the mask 103, for example, phosphorus or chlorine. When this state is viewed from above, the base film 102 is exposed in a slit shape, and the other portions are masked.

【0026】上記酸化珪素膜103を設けた後、スパッ
タリング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Å
の珪化ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦
2.5、例えば、x=2.0)98を100の領域に選
択的に成膜する。即ち、100で示される領域に選択的
にニッケル微量添加を行う。(図1(A))
After the silicon oxide film 103 is provided, the thickness is 5 to 200 °, for example, 20 ° by a sputtering method.
Nickel silicide film (chemical formula NiSi x in, 0.4 ≦ x ≦
2.5, for example, x = 2.0) 98 is selectively formed in a region of 100. That is, a small amount of nickel is selectively added to a region indicated by 100. (Fig. 1 (A))

【0027】つぎに、マスクである酸化珪素膜103を
取り除き、プラズマCVD法によって、厚さ500〜1
500Å、例えば1000Åの真性(I型)の非晶質珪
素膜104を成膜する。この非晶質珪素膜104は、結
晶性を有している膜でもよい。即ち、非単結晶珪素膜で
あればよい。さらに保護膜となる酸化珪素膜99を10
0〜1000Åの厚さに成膜する。この酸化珪素膜は、
後のイオン注入時において、珪素膜104の表面がダメ
ージを受けることを防ぐために設けられるものである。
Next, the silicon oxide film 103 serving as a mask is removed, and a thickness of 500 to 1
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film 104 of 500 °, for example, 1000 ° is formed. This amorphous silicon film 104 may be a film having crystallinity. That is, any non-single-crystal silicon film may be used. Further, a silicon oxide film 99 serving as a protective film is
A film is formed to a thickness of 0 to 1000 °. This silicon oxide film is
This is provided in order to prevent the surface of the silicon film 104 from being damaged during the subsequent ion implantation.

【0028】そして、この珪素膜104に対して、不活
性な元素である珪素イオンの注入を全面に行う。この珪
素イオンの注入は、一様な方向への結晶成長を後の熱ア
ニール工程において行わすために、予め存在する基板
(ここでは下地膜102も含めて基板と考える)と非晶
質珪素半導体膜との界面における結晶成分(基板中の酸
化珪素結晶成分や非晶質半導体膜中の結晶成分)を除去
するためのものである。
Then, silicon ions, which are inert elements, are implanted into the entire surface of the silicon film 104. Since the silicon ions are implanted in a subsequent thermal annealing step so that crystal growth in a uniform direction is performed, a pre-existing substrate (here, the substrate including the base film 102 is considered here) and an amorphous silicon semiconductor This is for removing a crystal component (a silicon oxide crystal component in the substrate or a crystal component in the amorphous semiconductor film) at the interface with the film.

【0029】この珪素イオンの注入は、図5に示すよう
なドース量で注入されるように条件を設定する。図5に
おいて、点線で示す部分が、下地膜102と非晶質珪素
膜104との界面部分になる。そして、そのドーズ量の
最大値は、基板側にあって、5×1014cm-2とした。
また、この珪素イオンの注入時には、下地膜102(こ
こでは下地膜102が基板表面を構成すると考える)と
非晶質珪素膜104との界面を中心に、非晶質珪素膜1
04そのもの、非晶質珪素膜104と酸化珪素膜99と
の界面およびその近傍が非晶質化される。なお珪素イオ
ンのドーズ量は、1×1014〜9×1016cm-2とする
ことが好ましい。
Conditions for this implantation of silicon ions are set so that the implantation is performed at a dose amount as shown in FIG. In FIG. 5, a portion indicated by a dotted line is an interface portion between the base film 102 and the amorphous silicon film 104. The maximum value of the dose was 5 × 10 14 cm −2 on the substrate side.
At the time of this implantation of silicon ions, the amorphous silicon film 1 is centered on the interface between the underlying film 102 (here, the underlying film 102 constitutes the substrate surface) and the amorphous silicon film 104.
04 itself, the interface between the amorphous silicon film 104 and the silicon oxide film 99 and the vicinity thereof are amorphized. The dose of silicon ions is preferably 1 × 10 14 to 9 × 10 16 cm −2 .

【0030】この珪素イオンの注入工程において、非晶
質珪素膜表面は、酸化珪素膜99で覆われているので、
加速イオンのダメージを受けるのを低減することができ
る。また、ニッケル微量添加が行われた100の領域に
珪素イオンが注入されることを防ぐために、この領域上
にマスクを形成することも有用である。これは、イオン
注入時にニッケル元素の不要な拡散を防ぐためである。
In the step of implanting silicon ions, since the surface of the amorphous silicon film is covered with the silicon oxide film 99,
Damage from accelerated ions can be reduced. In order to prevent silicon ions from being implanted into the 100 regions where a trace amount of nickel has been added, it is also useful to form a mask on this region. This is to prevent unnecessary diffusion of the nickel element during ion implantation.

【0031】そして、酸化珪素珪素膜99を取り除き、
水素還元雰囲気下(好ましくは、水素の分圧が0.1〜
1気圧)または窒素雰囲気化(大気圧)において、55
0℃で4時間アニールして非晶質珪素膜104を結晶化
させる。この際、珪化ニッケル膜が選択的に成膜された
100の領域においては、基板101に対して垂直方向
に珪素膜104の結晶化が起こる。そして、領域100
以外の領域では、矢印105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
る。こ結晶化の温度は、450℃〜700℃の範囲にお
いて可能であるが、高いと従来の場合のようにガラス基
板の耐熱性の問題が生じる。
Then, the silicon oxide silicon film 99 is removed,
Under a hydrogen reducing atmosphere (preferably, the partial pressure of hydrogen is 0.1 to
1 atmosphere) or a nitrogen atmosphere (atmospheric pressure).
The amorphous silicon film 104 is crystallized by annealing at 0 ° C. for 4 hours. At this time, in the region 100 where the nickel silicide film is selectively formed, crystallization of the silicon film 104 occurs in a direction perpendicular to the substrate 101. And the area 100
In other areas, as shown by an arrow 105, the area 100
From the lateral direction (the direction parallel to the substrate). The crystallization temperature can be in the range of 450 ° C. to 700 ° C., but if it is high, the problem of heat resistance of the glass substrate occurs as in the conventional case.

【0032】この横方向の結晶成長が行われる領域にお
いて、下地膜102と珪素膜104との界面及びその近
傍、さらには非晶質珪素膜そのものが、徹底的に非晶質
化されているので、矢印105で示す結晶化の際に、そ
の結晶化の方向を乱す原因となる結晶成分が存在せず、
一様な横方向成長を行わすことができる。
In the region where the lateral crystal growth is performed, the interface between the base film 102 and the silicon film 104 and its vicinity, and furthermore, the amorphous silicon film itself is thoroughly amorphized. During the crystallization indicated by the arrow 105, there is no crystal component that causes the crystallization direction to be disturbed,
Uniform lateral growth can be achieved.

【0033】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜104を得ることができる。その
後、パターニングにより素子間分離を行い、さらにスパ
ッタリング法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜10
6をゲイト絶縁膜として成膜する。スパッタリングに
は、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタリング
時の基板温度は200〜400℃、例えば350℃、ス
パッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴン/酸
素=0〜0.5、例えば0.1以下とした。引き続い
て、スパッタリング法によって、厚さ6000〜800
0Å、例えば6000Åのアルミニウム(0.1〜2%
のシリコンを含む)を成膜する。なお、この酸化珪素膜
106とアルミニウム膜の成膜工程は連続的に行うこと
が望ましい。
As a result of the above steps, the crystalline silicon film 104 can be obtained by crystallizing the amorphous silicon film. Thereafter, isolation between elements is performed by patterning, and a silicon oxide film 10 having a thickness of 1000
6 is formed as a gate insulating film. For sputtering, silicon oxide is used as a target, the substrate temperature during sputtering is 200 to 400 ° C., for example, 350 ° C., the sputtering atmosphere is oxygen and argon, and argon / oxygen = 0 to 0.5, for example, 0.1 or less. did. Subsequently, a thickness of 6000 to 800
0%, for example, 6000% of aluminum (0.1-2%
(Including silicon). Note that it is preferable that the step of forming the silicon oxide film 106 and the aluminum film be performed continuously.

【0034】そして、シリコン膜をパターニングして、
ゲイト電極107、109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、110を形成する。この陽極酸化は、酒石酸
が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行っ
た。得られた酸化物層108、110の厚さは2000
Åである。なお、この酸化物108と110とは、後の
イオンドーピング工程において、オフセットゲイト領域
を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長
さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
Then, the silicon film is patterned,
Gate electrodes 107 and 109 are formed. Further, the surface of the aluminum electrode is anodized to form oxide layers 108 and 110 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. The thickness of the obtained oxide layers 108 and 110 is 2000
Å. Since the oxides 108 and 110 have a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.

【0035】次に、イオンドーピング法によって、結晶
性珪素膜の領域にゲイト電極107とその周囲の酸化層
108、ゲイト電極109とその周囲の酸化層110を
マスクとして不純物(燐およびホウ素)を注入する。ド
ーピングガスとして、フォスフィン(PH3 )およびジ
ボラン(B2 6 )を用い、前者の場合は、加速電圧を
60〜90kV、例えば80kV、後者の場合は、40
〜80kV、例えば65kVとした。ドース量は1×1
15〜8×1015cm-2、例えば、燐を2×1015cm
-2、ホウ素を5×1015とした。ドーピングに際して
は、一方の領域をフォトレジストで覆うことによって、
それぞれの元素を選択的にドーピングした。この結果、
N型の不純物領域114と116、P型の不純物領域1
11と113が形成され、Pチャネル型TFT(PTF
T)の領域とNチャネル型TFT(NTFT)との領域
を形成することができた。
Then, impurities (phosphorus and boron) are implanted into the region of the crystalline silicon film by ion doping using the gate electrode 107 and the surrounding oxide layer 108 and the gate electrode 109 and the surrounding oxide layer 110 as masks. I do. Phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ) are used as the doping gas. In the former case, the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and in the latter case, it is 40 kV.
-80 kV, for example, 65 kV. Dose amount is 1 × 1
0 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 2 × 10 15 cm of phosphorus
-2 , boron was set to 5 × 10 15 . When doping, by covering one area with photoresist,
Each element was selectively doped. As a result,
N-type impurity regions 114 and 116, P-type impurity region 1
11 and 113 are formed, and a P-channel type TFT (PTF
A region T) and a region of an N-channel TFT (NTFT) were formed.

【0036】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、こ
のレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行
し、P型を付与する不純物がドープされた不純物領域1
11と113、さらにはNを付与する不純物がドープさ
れた不純物領域114と116は、容易に活性化させる
ことができた。
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. It is useful to heat the substrate to about 200 to 450 ° C. at the time of this laser light irradiation. In this laser annealing step, nickel is diffused in the previously crystallized region, so that the laser light irradiation facilitates recrystallization, and the impurity doped with an impurity imparting a P-type. Area 1
11 and 113, and further, the impurity regions 114 and 116 doped with an impurity for imparting N could be easily activated.

【0037】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
8を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、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多層膜によってTF
Tの電極・配線117、120、119を形成した。最
後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニー
ルをおこなった。以上の工程によって半導体回路が完成
した。(図1(D))
Subsequently, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000.degree.
8 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed therein, and a metal material, for example, TF is formed by a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 117, 120, and 119 were formed. Finally, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm. The semiconductor circuit was completed by the above steps. (Fig. 1 (D))

【0038】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。
The above-described circuit has a CMOS structure in which PTFT and NTFT are provided in a complementary manner. In the above-described process, two TFTs are formed at the same time and cut at the center, whereby two independent TFTs are formed at the same time. It is also possible to produce.

【0039】図2に、図1(D)を上面から見た概要を
示す。図2におけるNi添加領域が図1(A)で示され
る領域100の部分になる。横方向の結晶化は、Ni添
加領域から、矢印で示されるように基板に平行な方向に
概略そろった状態で行われる。そして、ソース/ドレイ
ン間を移動するキャリアの移動方向に針状あるいは柱状
に結晶が成長しているので、キャリアが移動する際に粒
界を横切ることが少なく、高移動度のTFTを得ること
ができる。
FIG. 2 shows an outline of FIG. 1D viewed from above. The Ni-added region in FIG. 2 corresponds to the region 100 shown in FIG. The lateral crystallization is performed in a state where the crystallization is substantially uniform from the Ni-added region in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow. Since the crystal grows in the shape of needles or columns in the moving direction of the carrier moving between the source and the drain, the carrier does not easily cross the grain boundary when moving, so that a high mobility TFT can be obtained. it can.

【0040】例えば、図1(B)の工程における珪素イ
オンの注入を行わずに、結晶化を行った場合のTFTの
移動度は、PTFTで50〜60cm2 /Vsであった
ものが、本実施例において作製したPTFTでは、90
〜120cm2 /Vsと高移動度を得ることができた。
また、NTFTの場合も、珪素のイオン注入を行わない
場合には、その移動度が80〜100cm2 /Vsであ
ったものを、本実施例においては、150〜180cm
2 /Vsを得ることができた。
For example, when crystallization is performed without implanting silicon ions in the step of FIG. 1B, the mobility of the TFT is 50 to 60 cm 2 / Vs for the PTFT. In the PTFT fabricated in the example, 90
A high mobility of about 120 cm 2 / Vs could be obtained.
Also, in the case of NTFT, when silicon ion implantation is not performed, the mobility is 80 to 100 cm 2 / Vs, but in the present embodiment, the mobility is 150 to 180 cm 2 / Vs.
2 / Vs was obtained.

【0041】本実施例においては、Niを導入する方法
として、非晶質珪素膜104下の下地膜102上に選択
的にNiを薄膜(極めて薄いので、膜として観察するこ
とは困難である)として形成し、この部分から結晶成長
を行わす方法を採用したが、アモルファスシリコン膜1
04を形成後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方
法でもよい。即ち、結晶成長はアモルファスシリコン膜
の上面から行ってもよいし、下面から行ってもよい。ま
た、予めアモルファスシリコンを成膜し、さらにイオン
ドーピング法を用いて、ニッケルイオンをアモルファス
シリコン膜104に選択的に注入する方法を採用しても
よい。この場合は、ニッケル元素の濃度を制御すること
ができるという特徴を有する。さらに、プラズマ処理に
よりニッケル微量添加を行うことも可能である。このプ
ラズマ処理によってニッケル元素を導入する場合には、
ニッケル微量添加を行おうとする半導体膜(例えば非晶
質珪素膜104)の下地(例えば下地酸化珪素膜10
2)上面か、半導体膜上面に対して行えばよい。またニ
ッケルの他にFe、Co、Pd、Ptを結晶化のための
触媒材料として用いた場合でも、同様な工程によって、
TFTを作製することができる。
In this embodiment, as a method for introducing Ni, Ni is selectively thinned on the base film 102 under the amorphous silicon film 104 (it is difficult to observe Ni as a thin film). And a method of growing crystals from this portion was adopted.
After the formation of 04, a method of selectively forming a nickel silicide film may be used. That is, crystal growth may be performed from the upper surface of the amorphous silicon film or from the lower surface. Alternatively, a method in which amorphous silicon is formed in advance and nickel ions are selectively implanted into the amorphous silicon film 104 using an ion doping method may be employed. This case has a feature that the concentration of the nickel element can be controlled. Further, it is also possible to add a small amount of nickel by plasma treatment. When introducing nickel element by this plasma treatment,
A base (for example, base silicon oxide film 10) of a semiconductor film (for example, amorphous silicon film 104) for which a trace amount of nickel is to be added.
2) It may be performed on the upper surface or the upper surface of the semiconductor film. In addition, even when Fe, Co, Pd, and Pt are used as a catalyst material for crystallization in addition to nickel, a similar process can be used.
A TFT can be manufactured.

【0042】〔実施例2〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Nチャネル型TFTをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数(一般に
は数十万)の画素が同様な構造で形成される。
[Embodiment 2] This embodiment is an example in which an N-channel TFT is provided as a switching element in each pixel in an active liquid crystal display device. Hereinafter, one pixel will be described, but a large number (generally, hundreds of thousands) of other pixels are formed in a similar structure.

【0043】本実施例の作製工程の概略を図3に示す。
本実施例において、基板201としてはコーニング70
59ガラス基板を使用した。まずガラス基板201上に
下地膜202(酸化珪素)をスパッタ法で形成する。そ
してマスクとなる1000Å厚の酸化珪素膜203を形
成する。この酸化珪素膜は、204の領域で下地膜20
2を露呈するマスクとして機能する。この後珪化ニッケ
ル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタリン
グ法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åの厚さ
に形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式NiS
x 、0.4≦x≦2.5、例えば、x=2.0で示さ
れる。
FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of this embodiment.
In this embodiment, the substrate 201 is Corning 70
A 59 glass substrate was used. First, a base film 202 (silicon oxide) is formed over a glass substrate 201 by a sputtering method. Then, a silicon oxide film 203 having a thickness of 1000 な る serving as a mask is formed. This silicon oxide film is formed in the region
2 functions as a mask for exposing. Thereafter, a nickel silicide film is formed. This nickel silicide film is formed to a thickness of 5 to 200 °, for example, 20 ° by a sputtering method. This nickel silicide film has the chemical formula NiS
i x, 0.4 ≦ x ≦ 2.5 , for example, represented by x = 2.0.

【0044】この後、マスクである酸化珪素膜203を
除去した後、LPCVD法もしくはプラズマCVD法で
非晶質珪素膜205(厚さ300〜1500Å)を形成
し、さらに酸化珪素の保護膜200を500Åの厚さに
形成する。(図3(B))
Thereafter, after removing the silicon oxide film 203 serving as a mask, an amorphous silicon film 205 (thickness: 300 to 1500 °) is formed by LPCVD or plasma CVD, and a silicon oxide protective film 200 is formed. It is formed to a thickness of 500 mm. (FIG. 3 (B))

【0045】そして、実施例1と同様な珪素イオンの注
入工程を経て、加熱アニールによって結晶化を行った。
このアニール工程は、水素還元雰囲気下(好ましくは、
水素の分圧が0.1〜1気圧)、550℃で4時間行っ
た。この際、非晶質珪素膜205下の一部の領域には、
珪化ニッケル膜が成膜されているので、その部分では基
板に対し垂直方向に、他の部分では基板に対して平行な
方向に結晶成長が起こり、結晶性珪素膜を得ることがで
きる。
Then, through the same silicon ion implantation process as in Example 1, crystallization was performed by heat annealing.
This annealing step is performed under a hydrogen reducing atmosphere (preferably,
(The hydrogen partial pressure was 0.1 to 1 atm.) At 550 ° C. for 4 hours. At this time, some regions under the amorphous silicon film 205
Since the nickel silicide film is formed, crystal growth occurs in a direction perpendicular to the substrate in that portion and in a direction parallel to the substrate in other portions, so that a crystalline silicon film can be obtained.

【0046】そして、この結晶性珪素よりなる半導体領
域(204で示される部分)をパターニングして島状の
半導体領域(TFTの活性層)を形成する。さらにテト
ラ・エトキシ・シラン(TEOS)を原料として、酸素
雰囲気中のプラズマCVD法によって、酸化珪素のゲイ
ト絶縁膜(厚さ700〜1200Å、ここでは1000
Å)206を形成する。
Then, the semiconductor region (portion indicated by 204) made of crystalline silicon is patterned to form an island-shaped semiconductor region (TFT active layer). Further, a gate insulating film of silicon oxide (thickness of 700 to 1200 Å, here 1000 1000) is formed by plasma CVD in an oxygen atmosphere using tetraethoxysilane (TEOS) as a raw material.
Å) Form 206.

【0047】次に、シリコンのゲイト電極207を形成
する。その後、N型の不純物として、燐をイオンドーピ
ング法で結晶性珪素膜に自己整合的に注入し、TFTの
ソース/ドレイン208、209を形成する。さらに、
図3(C)に矢印で示すように、これにKrFレーザー
光を照射して、このイオンドーピングのために結晶性の
劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめる。このとき
にはレーザー光のエネルギー密度は250〜300mJ
/cm2 と設定する。このレーザー照射によって、この
TFTのソース/ドレインのシート抵抗は300〜80
0Ω/cm2 となる。
Next, a silicon gate electrode 207 is formed. After that, phosphorus as an N-type impurity is implanted into the crystalline silicon film in a self-aligned manner by an ion doping method to form source / drain 208 and 209 of the TFT. further,
As shown by an arrow in FIG. 3C, the film is irradiated with a KrF laser beam to improve the crystallinity of the silicon film having deteriorated crystallinity due to the ion doping. At this time, the energy density of the laser beam is 250 to 300 mJ.
/ Cm 2 . By the laser irradiation, the source / drain sheet resistance of the TFT is 300 to 80.
It becomes 0 Ω / cm 2 .

【0048】その後、酸化珪素によって層間絶縁物21
1を形成し、さらに、画素電極212をITOによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、TF
Tのソース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層
膜で電極213、214を形成し、このうち一方の電極
214はITOにも接続するようにする。クロム/アル
ミニウム多層膜は、下層にクロム膜20〜200nm、
典型的には100nm、上層にアルミニウム膜100〜
2000nm、典型的には500nmが成膜されてでき
ている。これらは連続的にスパッタ法にて形成すること
が望まれる。最後に、水素中で200〜300℃で2時
間アニールして、シリコンの水素化を完了する。このよ
うにして、TFTが完成させる。そして、同時に作製し
た多数のTFTをマトリクス状に配列せしめてアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置とする。
Thereafter, the interlayer insulator 21 is formed by silicon oxide.
1 is formed, and the pixel electrode 212 is formed of ITO. Then, a contact hole is formed and TF
The electrodes 213 and 214 are formed of a chromium / aluminum multilayer film in the source / drain region of T, and one of the electrodes 214 is also connected to ITO. The chromium / aluminum multilayer film has a chromium film of 20 to 200 nm as a lower layer,
Typically 100 nm, aluminum film 100 to
It is formed by depositing 2000 nm, typically 500 nm. It is desired that these are continuously formed by a sputtering method. Finally, annealing in hydrogen at 200 to 300 ° C. for 2 hours completes hydrogenation of silicon. Thus, the TFT is completed. Then, a large number of TFTs manufactured at the same time are arranged in a matrix to obtain an active matrix type liquid crystal display device.

【0049】また、本実施例のTFTの概略を上面かた
見た図を図4に示す。図4には、TFT部分とニッケル
微量添加が行われた領域204とが示されている。図4
には、ソース/ドレイン領域208、210とチャネル
形成領域209、チャネル形成領域上方のゲイト電極2
07が示されている。熱アニールによる結晶化において
は、ニッケルが選択的に導入された領域204から、矢
印に示すように、基板に平行な方向にその成長方向がそ
ろった結晶成長が起こる。そしてこの基板に平行な方向
に結晶成長した結晶性珪素膜を用いて、ソース/ドレイ
ン領域208、210とチャネル形成領域209とが構
成される。TFTの動作時においては、キャリアはチャ
ネル形成領域、即ち領域208と210との間を移動す
るので、結晶成長方向がそろった結晶性珪素膜中におい
て、キャリアは粒界の影響をほとんど受けずに移動する
ことができる。即ち、高移動度を得ることができる。ま
た、横方向への結晶成長は40μm程度行われるので、
活性層の長さを40μm以下の長さとすることが好まし
い。またニッケル微量添加領域204がドレイン/ソー
ス領域210と重なってしまってもよい。ただし、チャ
ネル形成領域209とニッケル微量添加領域204とが
重なると、チャネル形成領域209において、結晶成長
の方向が基板に対して垂直方向となるので、注意が必要
である。
FIG. 4 is a schematic top view of the TFT of this embodiment. FIG. 4 shows a TFT portion and a region 204 to which a small amount of nickel has been added. FIG.
Include the source / drain regions 208 and 210, the channel formation region 209, and the gate electrode 2 above the channel formation region.
07 is shown. In crystallization by thermal annealing, crystal growth occurs in a direction parallel to the substrate, as indicated by an arrow, from the region 204 into which nickel is selectively introduced. The source / drain regions 208 and 210 and the channel formation region 209 are formed using a crystalline silicon film grown in a direction parallel to the substrate. During the operation of the TFT, the carriers move between the channel forming region, that is, between the regions 208 and 210, so that the carriers are hardly affected by the grain boundaries in the crystalline silicon film in which the crystal growth directions are aligned. You can move. That is, high mobility can be obtained. Also, since the crystal growth in the lateral direction is performed about 40 μm,
It is preferable that the length of the active layer is 40 μm or less. Further, the nickel trace addition region 204 may overlap the drain / source region 210. However, care must be taken because, when the channel formation region 209 and the nickel-addition region 204 overlap, the crystal growth direction in the channel formation region 209 is perpendicular to the substrate.

【0050】以上の実施例においては、結晶成長方向に
平行な方向にキャリアが流れるように、TFTを形成し
たが、このTFT内のキャリアの流れる方向と、結晶成
長方向とを適当に定めることにより、TFTの特性を制
御することができる。即ち、TFT内においてキャリア
の流れる方向(ソースとドレインを結ぶ線の方向)と、
結の晶成長方向との成す角度によって、キャリアが粒界
を横切る割合を制御することができるので、この角度を
制御することによって、キャリアが移動に際して受ける
抵抗をある程度制御することができる。
In the above embodiment, the TFT is formed so that carriers flow in a direction parallel to the crystal growth direction. However, by appropriately determining the direction in which carriers flow in the TFT and the crystal growth direction, the TFT is formed. , The characteristics of the TFT can be controlled. That is, the direction in which carriers flow in the TFT (the direction of the line connecting the source and the drain) and
The rate at which the carrier crosses the grain boundary can be controlled by the angle formed by the crystal growth direction and the crystal growth direction. By controlling this angle, the resistance of the carrier during the movement can be controlled to some extent.

【0051】〔実施例3〕本実施例は、選択的に珪素イ
オンの注入を行うことにより、珪素イオンが打ち込まれ
なかった領域を選択的に結晶成分を有する珪素膜として
残し、この領域から珪素イオンが打ち込まれ非晶質化さ
れた領域へ横方向の結晶成長を行う例である。
[Embodiment 3] In this embodiment, by selectively implanting silicon ions, a region where silicon ions have not been implanted is selectively left as a silicon film having a crystal component. This is an example in which lateral crystal growth is performed on an amorphous region where ions are implanted.

【0052】例えば図1に示す作製工程において、実施
例1と同様に100の領域に選択的にニッケル微量添加
を行い、さらに(B)の工程において、100の領域を
レジストによってマスクし、珪素イオンの注入を行う。
この際、珪素膜104を結晶性を有する膜として形成し
ておくとよい。すると、加熱による結晶化の際、100
の領域上の珪素膜104から、その周囲(珪素イオンが
注入されなかった領域)に矢印105で示すような結晶
成長を生じさせることができる。
For example, in the manufacturing process shown in FIG. 1, a small amount of nickel is selectively added to the region 100 as in the first embodiment, and in the process (B), the region 100 is masked with a resist, Is performed.
At this time, the silicon film 104 is preferably formed as a film having crystallinity. Then, during crystallization by heating, 100
From the silicon film 104 on the region (a region where silicon ions have not been implanted), crystal growth as shown by an arrow 105 can be caused.

【0053】また、ニッケル微量添加を珪素膜104全
体に行っても同様な効果を得ることができる。ただしこ
の場合、ニッケルを触媒とした基板101に対する垂直
方向への結晶成長も同時に起こる。
A similar effect can be obtained by adding a trace amount of nickel to the entire silicon film 104. However, in this case, crystal growth in the direction perpendicular to the substrate 101 using nickel as a catalyst also occurs.

【0054】〔実施例4〕 図6に本実施例を示す。ガ
ラス基板601上に、厚さ1000〜5000Å、例え
ば、2000Åの酸化珪素膜602を形成した後、厚さ
300〜1500Å、例えば、500Åの非晶質珪素膜
603をプラズマCVD法によって形成した。さらに、
その上に、500〜1500Å、例えば、500Åの酸
化珪素膜604を形成した。これらの成膜は連続的にお
こなうことが望ましい。そして、酸化珪素膜604を選
択的にエッチングして、ニッケルを導入する窓605を
開けた。窓605はTFTのチャネルとなるべき部分を
避けて形成した。そして、スピンコーティング法によっ
てニッケル塩の膜607を形成した。この方法について
説明すると、まず、酢酸ニッケルもしくは硝酸ニッケル
を水もしくはエタノールによって希釈化して、25〜2
00ppm、例えば、100ppmの濃度にした。
Embodiment 4 FIG. 6 shows this embodiment. After a silicon oxide film 602 having a thickness of 1000 to 5000 Å, for example, 2000 Å was formed over a glass substrate 601, an amorphous silicon film 603 having a thickness of 300 to 1500 Å, for example, 500 Å was formed by a plasma CVD method. further,
A silicon oxide film 604 having a thickness of 500 to 1500 °, for example, 500 ° is formed thereon. It is desirable that these films are formed continuously. Then, the silicon oxide film 604 was selectively etched to open a window 605 for introducing nickel. The window 605 was formed so as to avoid a portion to be a channel of the TFT. Then, a nickel salt film 607 was formed by spin coating. The method will be described. First, nickel acetate or nickel nitrate is diluted with water or ethanol to form a solution of 25 to 2
The concentration was set to 00 ppm, for example, 100 ppm.

【0055】一方、基板を過酸化水素水もしくは過酸化
水素水とアンモニアの混合溶液に浸漬して、極めて薄い
酸化珪素膜を非晶質珪素膜の露出した部分(窓605の
領域)に形成した。これは、上記のように調製したニッ
ケル溶液と非晶質珪素膜の界面親和性を向上させるため
である。このような処理をほどこした基板をスピナーに
設置し、緩やかに回転させ、基板上にニッケル溶液を1
〜10ml、例えば、2ml滴下し、基板全面に溶液を
拡げた。この状態を1〜10分、例えば、5分保持し
た。その後、基板の回転数を上げてスピンドライをおこ
なった。この操作はさらに複数回繰り返してもよい。こ
のようにしてニッケル塩の薄い膜607を形成した。
(図6(A))
On the other hand, the substrate was immersed in a hydrogen peroxide solution or a mixed solution of a hydrogen peroxide solution and ammonia to form an extremely thin silicon oxide film on the exposed portion of the amorphous silicon film (the area of the window 605). . This is for improving the interface affinity between the nickel solution prepared as described above and the amorphous silicon film. The substrate thus treated is placed on a spinner and gently rotated, and a nickel solution is applied on the substrate for 1 hour.
-10 ml, for example, 2 ml, was dropped, and the solution was spread over the entire surface of the substrate. This state was maintained for 1 to 10 minutes, for example, 5 minutes. Thereafter, spin drying was performed by increasing the rotation speed of the substrate. This operation may be repeated more than once. Thus, a thin film 607 of nickel salt was formed.
(FIG. 6 (A))

【0056】そして、イオン注入法によって、珪素イオ
ンの注入をおこなった。この際には窓605の部分以
外、すなわち、酸化珪素膜604で覆われた領域におい
ては、珪素イオンが下地の酸化珪素膜602と非晶質珪
素膜603の界面に最も多くのイオンが注入されるよう
におこなった。なお、この際、窓605の領域では、酸
化珪素膜604が存在しないため、珪素イオンはより深
く注入される。その後、加熱炉において、520〜58
0℃、4〜12時間、例えば、550℃で8時間の加熱
処理をおこなった。雰囲気は窒素とした。この結果、ま
ず、窓605の直下の領域にニッケルが拡散し、この領
域から結晶化が始まった。そして、結晶化領域は矢印6
08に示すように、その周囲に拡がっていった。(図6
(B))
Then, silicon ions were implanted by an ion implantation method. At this time, except for the window 605, that is, in a region covered with the silicon oxide film 604, silicon ions are implanted into the interface between the underlying silicon oxide film 602 and the amorphous silicon film 603 most. It was done as follows. At this time, in the region of the window 605, since the silicon oxide film 604 does not exist, silicon ions are implanted deeper. Then, in a heating furnace, 520-58
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 4 to 12 hours, for example, at 550 ° C. for 8 hours. The atmosphere was nitrogen. As a result, first, nickel diffused into a region immediately below the window 605, and crystallization started from this region. The crystallization region is indicated by an arrow 6
As shown at 08, it spread around it. (FIG. 6
(B))

【0057】その後、大気もしくは酸素雰囲気におい
て、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)もし
くはXeClエキシマレーザー光(波長308nm)を
1〜20ショット、例えば、5ショット照射して、さら
に結晶性を向上せしめた。エネルギー密度は200〜3
50mJ/cm2 、基板温度は200〜400℃とし
た。(図6(C))
Thereafter, in an air or oxygen atmosphere, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or XeCl excimer laser light (wavelength: 308 nm) was irradiated for 1 to 20 shots, for example, 5 shots to further improve the crystallinity. Energy density is 200-3
The substrate temperature was 50 mJ / cm 2 and the substrate temperature was 200 to 400 ° C. (FIG. 6 (C))

【0058】その後、珪素膜603をエッチングして、
TFTの領域を形成した。そして、全面に厚さ1000
〜1500Å、例えば、1200Åの酸化珪素膜609
を形成し、実施例1の場合と同様にアルミニウムによっ
てPTFTのゲイト電極610、およびNTFTのゲイ
ト電極613、ならびに、それぞれの陽極酸化膜61
2、614によってゲイト電極部を形成した。
After that, the silicon film 603 is etched,
A TFT region was formed. And the whole surface has a thickness of 1000
Silicon oxide film 609 of up to 1500 °, for example, 1200 °
Are formed, and the gate electrode 610 of the PTFT, the gate electrode 613 of the NTFT, and the respective anodic oxide films 61 are formed of aluminum in the same manner as in the first embodiment.
A gate electrode portion was formed by 2,614.

【0059】そして、これらゲイト電極部をマスクとし
て、実施例1と同様にN型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法によって珪素膜中に注入した。この結果、
PTFTのソース615、チャネル616、ドレイン6
17、周辺回路のNTFTのソース620、チャネル6
19、ドレイン618が形成された。その後、実施例1
と同様に全面にレーザー照射をおこなって、ドーピング
された不純物の活性化をおこなった。(図6(D))
Then, using these gate electrode portions as masks, N-type and P-type impurities were implanted into the silicon film by ion doping as in Example 1. As a result,
PTFT source 615, channel 616, drain 6
17. Source 620 and channel 6 of NTFT of peripheral circuit
19, a drain 618 was formed. Then, Example 1
Similarly, laser irradiation was performed on the entire surface to activate the doped impurities. (FIG. 6 (D))

【0060】その後、層間絶縁物として厚さ3000〜
8000Å、例えば、5000Åの酸化珪素膜621を
形成した。この後、TFTのソース/ドレインにコンタ
クトホールを形成し、さらに、スパッタリング法によっ
て、窒化チタン(厚さ1000Å)とアルミニウム(厚
さ5000Å)の2層膜を堆積して、これをパターニン
グ・エッチングして、電極・配線622〜624を形成
した。このようにして、横方向に成長した結晶性珪素に
よってPTFTとNTFTからなるインバータ回路を形
成することができた。(図6(E))
Thereafter, as an interlayer insulating material,
A silicon oxide film 621 of 8000 °, for example, 5000 ° was formed. Thereafter, contact holes are formed in the source / drain of the TFT, and a two-layer film of titanium nitride (thickness 1000 °) and aluminum (thickness 5000 °) is deposited by a sputtering method, and is patterned and etched. Thus, electrodes / wirings 622 to 624 were formed. Thus, an inverter circuit composed of PTFT and NTFT could be formed by crystalline silicon grown in the lateral direction. (FIG. 6E)

【0061】本実施例では図6(C)にあるように、レ
ーザー照射をおこなう。この工程では、針状に成長した
珪素結晶間に残った非晶質成分まで結晶化され、しか
も、この結晶化は針状結晶を核として、針状結晶を太く
するように結晶化する。このことは電流の流れる領域を
拡げることとなり、より大きなドレイン電流を流すこと
ができる。この様子を図7に示す。図7は結晶化した珪
素膜を薄膜化して透過型電子顕微鏡(TEM)によって
観察したものである。図7(A)は横方向への成長によ
って結晶化した珪素膜の結晶化領域の先端付近を見たも
のであり、針状の結晶が観察される。さらに、その結晶
の間には結晶化していない非晶質領域が多く存在してい
るのが分かる。(図7(A))
In this embodiment, laser irradiation is performed as shown in FIG. In this step, the amorphous component remaining between the silicon crystals grown in the shape of needles is crystallized, and the crystallization is performed with the needle-like crystals as nuclei so that the needle-like crystals become thicker. This expands the region through which the current flows, and allows a larger drain current to flow. This is shown in FIG. FIG. 7 shows a thinned crystallized silicon film observed by a transmission electron microscope (TEM). FIG. 7A shows the vicinity of the tip of the crystallized region of the silicon film crystallized by the lateral growth, and needle-like crystals are observed. Further, it can be seen that there are many non-crystallized amorphous regions between the crystals. (FIG. 7 (A))

【0062】これを本実施例の条件でレーザー照射する
と、図7(B)のようになる。この工程によって、図7
(A)の大部分の面積を占めていた非晶質領域は結晶化
するが、この結晶化は乱雑に発生するため、電気的な特
性はあまり良くない。注目すべきは、中央付近に観察さ
れる針状結晶の間のもともと非晶質であったと思われる
領域の結晶状態である。ここは、針状結晶から結晶化成
長するように、太い結晶領域が形成されている。(図7
(B))
When this is irradiated with a laser under the conditions of this embodiment, the result is as shown in FIG. By this step, FIG.
The amorphous region which occupies most of the area of (A) is crystallized, but since this crystallization occurs randomly, the electrical characteristics are not so good. Noteworthy is the crystalline state of the region between the needle-like crystals observed near the center, which seems to be originally amorphous. Here, a thick crystal region is formed so as to grow from a needle crystal. (FIG. 7
(B))

【0063】図7は分かりやすくするために、比較的、
非晶質領域の多い結晶成長の先端領域を観察したもので
あったが、結晶成長の根元付近や中央付近でも同様であ
る。このように、レーザー照射によって、非晶質部分を
減らし、針状結晶を太くすることができ、TFTの特性
をさらに向上せしめることができる。
FIG. 7 shows, for simplicity,
Although the top region of crystal growth with many amorphous regions was observed, the same is true near the root or center of crystal growth. As described above, by laser irradiation, the amorphous portion can be reduced and the needle-like crystal can be made thick, and the characteristics of the TFT can be further improved.

【0064】[0064]

【効果】選択的に特定の領域に結晶化を助長する金属元
素を導入し、この領域から横方向(基板に平行な方向)
に結晶成長をさせることによって、結晶成長方向の揃っ
た結晶性珪素膜を得ることができる。そして、この際に
横方向への結晶成長が行われる領域に予め結晶成分が存
在しないように、不活性イオンの注入によって、徹底的
に非晶質化を行わせ、さらに熱アニールをすることによ
って、結晶成長方向のそろった結晶性半導体膜を得るこ
とができる。そして、この膜を用いてTFTを作製する
ことによって、高移動度のTFTを得ることができる。
[Effect] A metal element for promoting crystallization is selectively introduced into a specific region, and a lateral direction (a direction parallel to the substrate) is introduced from this region.
Thus, a crystalline silicon film having a uniform crystal growth direction can be obtained. Then, at this time, the region where the crystal growth in the lateral direction is performed does not have a crystal component in advance, so that amorphization is thoroughly performed by implanting inert ions, and further, thermal annealing is performed. Thus, a crystalline semiconductor film having a uniform crystal growth direction can be obtained. Then, by manufacturing a TFT using this film, a TFT with high mobility can be obtained.

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

【図1】 実施例の作製工程を示す。FIG. 1 shows a manufacturing process of an example.

【図2】 実施例の概要を示す。FIG. 2 shows an outline of an embodiment.

【図3】 実施例の作製工程を示す。FIG. 3 shows a manufacturing process of an example.

【図4】 実施例の概要を示す。FIG. 4 shows an outline of an embodiment.

【図5】 珪素イオンのドーズ量を示す。FIG. 5 shows the dose of silicon ions.

【図6】 実施例の作製工程を示す。FIG. 6 shows a manufacturing process of the example.

【図7】 実施例の結晶構造を示す。FIG. 7 shows a crystal structure of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 100 ニッケルが導入される領域 99 保護膜(酸化珪素膜) 105 結晶成長方向 107 ゲイト電極 108 陽極酸化層 109 ゲイト電極 110 陽極酸化層 111 ソース/ドレイン領域 112 チャネル形成領域 113 ドレイン/ソース領域 114 ソース/ドレイン領域 115 チャネル形成領域 116 ドレイン/ソース領域 117 電極 118 層間絶縁物 119 電極 120 電極 201 ガラス基板 202 下地膜(酸化珪素膜) 203 マスク 204 ニッケルが導入される領域 206 ゲイト絶縁膜 207 ゲイト電極 208 ソース/ドレイン領域 209 チャネル形成領域 210 ドレイン/ソース領域 211 層間絶縁物 212 ITO(画素電極) 213 電極 214 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 Mask 100 Region into which nickel is introduced 99 Protective film (silicon oxide film) 105 Crystal growth direction 107 Gate electrode 108 Anodized layer 109 Gate electrode 110 Anodized layer 111 Source / drain Region 112 channel formation region 113 drain / source region 114 source / drain region 115 channel formation region 116 drain / source region 117 electrode 118 interlayer insulator 119 electrode 120 electrode 201 glass substrate 202 base film (silicon oxide film) 203 mask 204 nickel Region to be introduced 206 Gate insulating film 207 Gate electrode 208 Source / drain region 209 Channel formation region 210 Drain / source region 211 Interlayer insulator 212 ITO (pixel electrode) 213 214 electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に下地膜と、 前記下地膜上に半導体膜と、 前記半導体膜上にゲート絶縁膜とを有し、 前記半導体膜中に形成されたソース領域とドレイン領域
と、 前記ソース領域とドレイン領域の間に形成されたチャネ
ル形成領域と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域において、針状あるいは柱状の結
晶が基板表面に対して平行に結晶成長しており、 前記ソース領域とドレイン領域を結ぶ線の方向と、前記
結晶成長した方向との成す角度によってキャリアが横切
る割合を制御することを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. A semiconductor device comprising: a base film on a substrate; a semiconductor film on the base film; a gate insulating film on the semiconductor film; a source region and a drain region formed in the semiconductor film; A channel formation region formed between the source region and the drain region; and a gate electrode formed on the gate insulating film. In the channel formation region, a needle-like or columnar crystal is formed with respect to a substrate surface. A thin-film transistor, wherein crystals are grown in parallel, and a ratio of carriers crossed is controlled by an angle between a direction of a line connecting the source region and the drain region and the direction of the crystal growth.
【請求項2】Pチャネル型薄膜トランジスタとNチャネ
ル型薄膜トランジスタとを相補型に設けたCMOSにお
いて、それぞれの薄膜トランジスタは、 基板上に下地膜と、 前記下地膜上に半導体膜と、 前記半導体膜上にゲート絶縁膜とを有し、 前記半導体膜中に形成されたソース領域とドレイン領域
と、 前記ソース領域とドレイン領域の間に形成されたチャネ
ル形成領域と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域において、針状あるいは柱状の結
晶が基板表面に対して平行に結晶成長しており、 前記ソース領域とドレイン領域を結ぶ線の方向と、前記
結晶成長した方向との成す角度によってキャリアが横切
る割合を制御することを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. In a CMOS having a P-channel thin film transistor and an N-channel thin film transistor provided in a complementary manner, each of the thin film transistors has a base film on a substrate, a semiconductor film on the base film, and a semiconductor film on the semiconductor film. A source region and a drain region formed in the semiconductor film, a channel forming region formed between the source region and the drain region, and a gate formed on the gate insulating film. An electrode, wherein in the channel forming region, a needle-like or columnar crystal grows in parallel to the substrate surface, and a direction of a line connecting the source region and the drain region and a direction in which the crystal grows Characterized in that the carrier crossing rate is controlled by the angle formed by the thin film transistor.
【請求項3】基板上に下地膜と、 前記下地膜上に半導体膜から形成された活性層と、 前記活性層上にゲート絶縁膜とを有し、 前記活性層は少なくともソース領域とドレイン領域とチ
ャネル形成領域とを有し、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 チャネル形成領域において、針状あるいは柱状の結晶が
基板表面に対して平行に結晶成長しており、 ソース領域とドレイン領域を結ぶ線の方向と、前記結晶
成長した方向との成す角度によってキャリアが横切る割
合が制御されていることを特徴とする薄膜トランジス
タ。
3. A semiconductor device comprising: a base film on a substrate; an active layer formed of a semiconductor film on the base film; and a gate insulating film on the active layer, wherein the active layer has at least a source region and a drain region. Having a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein a needle-like or columnar crystal grows in parallel with the substrate surface in the channel formation region, A thin film transistor, wherein a ratio of carriers crossing is controlled by an angle between a direction of a line connecting a source region and a drain region and the direction in which the crystal grows.
【請求項4】基板上に下地膜と、 前記下地膜上に結晶性半導体膜と、 前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記結晶性半導体膜中に少なくともソース領域とドレイ
ン領域とチャネル形成領域とを有し、 ソース領域とドレイン領域を結ぶ線の方向と、結晶成長
方向との成す角度によってキャリアが横切る割合を制御
することを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. A semiconductor device comprising: a base film on a substrate; a crystalline semiconductor film on the base film; a gate insulating film on the crystalline semiconductor film; and a gate electrode formed on the gate insulating film. Having at least a source region, a drain region, and a channel forming region in the crystalline semiconductor film, and controlling a ratio of carriers traversed by an angle formed between a direction of a line connecting the source region and the drain region and a crystal growth direction. A thin film transistor characterized by the above-mentioned.
【請求項5】基板上に下地膜と、 前記下地膜上に結晶性半導体膜と、 前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記結晶性半導体膜中に少なくともソース領域とドレイ
ン領域とチャネル形成領域とを有し、 前記結晶性半導体膜は基板表面に対して平行な方向に結
晶成長を有し、 ソース領域とドレイン領域を結ぶ線の方向と、結晶成長
方向との成す角度によってキャリアが横切る割合が制御
されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
5. A semiconductor device comprising: a base film on a substrate; a crystalline semiconductor film on the base film; a gate insulating film on the crystalline semiconductor film; and a gate electrode formed on the gate insulating film. Having at least a source region, a drain region, and a channel forming region in the crystalline semiconductor film; the crystalline semiconductor film having crystal growth in a direction parallel to a substrate surface; A thin film transistor, wherein a ratio of carriers crossing is controlled by an angle between a direction of a connecting line and a crystal growth direction.
【請求項6】請求項1乃至4において、 前記半導体膜中に金属元素を含むことを特徴とする薄膜
トランジスタ。
6. The thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor film contains a metal element.
【請求項7】請求項1,3,5において、 前記半導体膜中に含まれる金属元素の濃度が1×1019
atoms/cm3 以下であることを特徴とする薄膜ト
ランジスタ。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the metal element contained in the semiconductor film is 1 × 10 19.
A thin film transistor having a thickness of atoms / cm 3 or less.
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