JPH118195A - Manufacture of thin film transistor - Google Patents

Manufacture of thin film transistor

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JPH118195A
JPH118195A JP16147297A JP16147297A JPH118195A JP H118195 A JPH118195 A JP H118195A JP 16147297 A JP16147297 A JP 16147297A JP 16147297 A JP16147297 A JP 16147297A JP H118195 A JPH118195 A JP H118195A
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thin film
film transistor
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laser beam
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清一郎 東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a clean interface, and to manufacture a highly efficient thin film transistor, by a method wherein, after a laser beam is applied on a semiconductor thin film in a vacuum atmosphere, the laser beam is continuously applied in an oxygen gas atmosphere. SOLUTION: A base protective film 102 of the insulating substance such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, etc., is formed on the substrate 101 formed by ceramic material, a transparent or non-transparent substance such as fused quartz and glass, etc. After formation of a semiconductor thin film 103 on the above-mentioned base protective film 102, the substrate 101 having the semiconductor thin film 103 is set in a laser irradiation chamber 108, the chamber 108 is evacuated by an exhaust pipe 109, and a laser beam 109 is applied. Besides, oxygen gas or oxygen radical 111 is introduced into the laser irradiation chamber 108, and a laser beam is applied again in the above-mentioned state. Accordingly, an excellent MOS interface can be formed.

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】本発明は絶縁体上に形成され
る薄膜トランジスタ、液晶表示装置の表示画素または液
晶駆動回路の構成素子として利用される薄膜トランジス
タの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor formed on an insulator, a display pixel of a liquid crystal display device, or a constituent element of a liquid crystal drive circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶シリコン等の半導体膜は薄膜トラ
ンジスタ(以下本願明細書中ではTFTと称する)や太
陽電池に広く利用されている。とりわけ多結晶シリコン
( poly−Si)TFTは高移動度化が可能であり
ながらガラス基板のように透明で絶縁性の基板上に作成
できるという特徴を生かして、液晶表示装置(LCD)
や液晶プロジェクターなどの光変調素子あるいは液晶駆
動用内蔵ドライバーの構成素子として広く用いられ、新
しい市場の創出に成功している。
2. Description of the Related Art Semiconductor films such as polycrystalline silicon are widely used in thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) and solar cells. In particular, polycrystalline silicon (poly-Si) TFTs can be formed on a transparent and insulating substrate such as a glass substrate while being able to have a high mobility, and are used for a liquid crystal display (LCD).
It is widely used as a light modulation element for LCDs and liquid crystal projectors, or as a component of a built-in driver for driving liquid crystals, and has successfully created a new market.

【0003】電界効果型トランジスタであるTFTの性
能は、当然のことながらゲート絶縁膜の膜質、その能動
部を構成する半導体膜の膜質、そしてこれらゲート絶縁
膜と半導体膜との界面の善し悪しによって決定されてい
る。いうまでもなく高品質の半導体膜、ゲート絶縁膜、
および清浄な界面が得られれば、それに応じた高性能の
TFTが得られる。逆にこれらの要件の全てが同時に満
たされていなければ高性能のTFTは決して実現できな
い。
The performance of a TFT, which is a field-effect transistor, is naturally determined by the quality of the gate insulating film, the quality of the semiconductor film constituting the active portion thereof, and the quality of the interface between the gate insulating film and the semiconductor film. Have been. Needless to say, high quality semiconductor films, gate insulating films,
If a clean interface is obtained, a high-performance TFT corresponding to the interface can be obtained. Conversely, high performance TFTs can never be realized unless all of these requirements are met at the same time.

【0004】ガラス基板上に高性能なTFTを作成する
方法としては高温プロセスと呼ばれる製造方法がすでに
実用化されている。TFTの製造方法として工程最高温
度が1000℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に
高温プロセスと呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シ
リコンの固相成長により比較的良質のpoly−Siを
作成する事ができることと、熱酸化により良質のゲート
絶縁膜(一般的に二酸化珪素)および清浄なpoly−
Siとゲート絶縁膜の界面を形成できることである。高
温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも
信頼性の高い高性能TFTを安定的に製造することがで
きる。しかし、高温プロセスを用いるためにはTFTを
作成する基板が1000℃以上の高温の熱工程に耐え得
る必要がある。この条件を満たす透明な基板は現在のと
ころ石英ガラスしかない。このため昨今のpoly−S
i TFTは総て高価で小さい石英ガラス基板上に作成
されており、コストの問題上大型化には向かないとされ
ている。また、固相成長法では十数時間という長時間の
熱処理が必要であり、生産性が極めて低いとの課題があ
る。また、この方法では基板全体が長時間加熱されてい
る事に起因して基板の熱変形が大きな問題と化し実質的
に安価な大型ガラス基板を使用し得ないとの課題が生じ
ており、これもまた低コスト化の妨げとなっている。
As a method for producing a high-performance TFT on a glass substrate, a manufacturing method called a high-temperature process has already been put to practical use. As a method of manufacturing a TFT, a process using a high temperature of about 1000 ° C. is generally called a high-temperature process. The features of the high-temperature process are that relatively high-quality poly-Si can be formed by solid-phase growth of silicon, and that a high-quality gate insulating film (generally silicon dioxide) and a clean poly-
That is, an interface between Si and the gate insulating film can be formed. Due to these characteristics in a high-temperature process, a high-performance TFT with high mobility and high reliability can be stably manufactured. However, in order to use a high-temperature process, a substrate on which a TFT is formed must be able to withstand a high-temperature heat process of 1000 ° C. or higher. Currently, the only transparent substrate that meets this condition is quartz glass. For this reason, the recent poly-S
All iTFTs are formed on a small and expensive quartz glass substrate, and are not suitable for a large size due to cost issues. In addition, the solid phase growth method requires a heat treatment for a long time of about ten hours, and there is a problem that productivity is extremely low. In addition, in this method, since the entire substrate is heated for a long time, thermal deformation of the substrate becomes a big problem, and there is a problem that it is not possible to use a substantially inexpensive large glass substrate. Also hinder cost reduction.

【0005】一方、高温プロセスが持つ上記欠点を解消
し、尚且つ高移動度のpoly−Si TFTを実現し
ようとしているのが低温プロセスと呼ばれる技術であ
る。比較的安価な耐熱性ガラス基板を使うために、工程
最高温度としておおむね600℃以下のpoly−Si
TFT製造プロセスを一般的に低温プロセスと呼ぶ。
低温プロセスでは発振時間が極短時間のパルスレーザー
を用いてシリコン膜の結晶化をおこなう技術が広く使わ
れている。レーザー結晶化とは、ガラス基板上のアモル
ファスシリコン膜に高出力のパルスレーザー光を照射す
ることによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で
結晶化する性質を利用する技術である。最近ではガラス
基板上のアモルファスシリコン膜にエキシマレーザービ
ームをくり返し照射しながらスキャンすることによって
大面積のpoly−Si膜を作成する技術が広く使われ
るようになった。また、ゲート絶縁膜としてはプラズマ
CVDをもちいた成膜方法で比較的高品質の二酸化珪素
(SiO2)膜が成膜可能となり実用化への見通しが得
られるほどになった。これらの技術によって、現在では
一辺が数十センチほどもある大型のガラス基板上にpo
ly−Si TFTが作成可能となっている。
On the other hand, a technique called a low-temperature process is intended to solve the above-mentioned disadvantages of the high-temperature process and to realize a poly-Si TFT with high mobility. In order to use a relatively inexpensive heat-resistant glass substrate, poly-Si with a process maximum temperature of approximately 600 ° C or less
The TFT manufacturing process is generally called a low temperature process.
In the low-temperature process, a technique of crystallizing a silicon film using a pulse laser having an extremely short oscillation time is widely used. Laser crystallization is a technique that utilizes the property that an amorphous silicon film on a glass substrate is instantaneously melted by irradiating it with a high-power pulsed laser beam and then crystallized in the process of solidification. Recently, a technique of forming a large-area poly-Si film by scanning while repeatedly irradiating an amorphous silicon film on a glass substrate with an excimer laser beam has been widely used. Further, as a gate insulating film, a silicon dioxide (SiO 2) film of relatively high quality can be formed by a film forming method using plasma CVD, and the prospect of practical use can be obtained. With these technologies, po is now available on large glass substrates with
The ly-Si TFT can be formed.

【0006】しかし、この低温プロセスで安定的に作成
できるTFTは現在のところ移動度で50〜60(cm
2/Vsec)以下のものである。これはゲート絶縁膜
とpoly−Siの界面形成方法が確立されていないこ
とに最大の原因がある。現在レーザーによって結晶化し
た後のpoly−Si膜を一旦大気中に取り出してから
ゲート絶縁膜を形成するプロセスが一般的にとられてい
る。従って、清浄性が保たれなければならないpoly
−Siとゲート絶縁膜との界面を如何に積極的にコント
ロールするかが重要なプロセスとなる。このためにはレ
ーザー結晶化の前処理、レーザー結晶化時の表面安定化
により表面欠陥の発生を制御することがキーポイントに
なる。
However, TFTs that can be stably formed by this low-temperature process currently have a mobility of 50 to 60 (cm).
2 / Vsec) or less. This is mainly because the method of forming the interface between the gate insulating film and poly-Si has not been established. At present, a process of once taking out a poly-Si film crystallized by a laser into the air and then forming a gate insulating film is generally employed. Therefore, poly must be kept clean.
An important process is how to positively control the interface between Si and the gate insulating film. For this purpose, the key point is to control the generation of surface defects by pretreatment of laser crystallization and stabilization of the surface during laser crystallization.

【0007】上記課題を解決することを目的とした従来
の技術としては以下のようなものがある。 まず、特開
昭62−31111にあるように水素雰囲気中でレーザ
ー結晶化を行うという方法がある。水素によって結晶化
したpoly−Si表面の欠陥をターミネートする技術
である。しかし水素でターミネートされたpoly−S
i表面は容易に酸化されやすく、次の工程に進むまでに
再び表面状態が変化してしまうと言う欠点がある。加え
て、水素でターミネートされたMOS界面はデバイス動
作中のホットキャリアによる劣化が問題となり、信頼性
にかけるという欠点をもっている。
The following is a conventional technique for solving the above problems. First, there is a method of performing laser crystallization in a hydrogen atmosphere as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-31111. This is a technique for terminating defects on the surface of poly-Si crystallized by hydrogen. However, poly-S terminated with hydrogen
The i-surface is easily oxidized and has a disadvantage that the surface state changes again before proceeding to the next step. In addition, the MOS interface terminated with hydrogen has a disadvantage that deterioration due to hot carriers during device operation becomes a problem, and reliability is impaired.

【0008】また、特開昭61−83617では酸素ガ
ス雰囲気中でCO2レーザーとエキシマレーザーを同時
に照射することで酸化をおこなっている。これによって
界面欠陥を低減している。しかしpoly−Siにこの
技術を応用しようとすると酸化によるストレスが界面に
発生し、デバイス特性を下げてしまう。高温処理が使え
るプロセスでは、1000度近くのアニール処理によっ
てこのストレスを緩和できるが、低温プロセスではこの
様な高温のアニール処理が使えないため残留応力が界面
に準位を発生させる結果となってしまう。
In JP-A-61-83617, oxidation is performed by simultaneously irradiating a CO2 laser and an excimer laser in an oxygen gas atmosphere. This reduces interface defects. However, when this technology is applied to poly-Si, stress due to oxidation is generated at the interface, and the device characteristics are degraded. In a process that can use high-temperature processing, this stress can be relieved by annealing at a temperature close to 1000 degrees. However, in a low-temperature process, such high-temperature annealing cannot be used, so that residual stress generates a level at the interface. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上述の
諸課題を鑑み、レーザー結晶化poly−Siの前処
理、後処理などにより表面を安定化させ、清浄な界面を
形成することによって、高性能な薄膜トランジスタの製
造方法を提供する事に有る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention stabilizes the surface by pre-treatment and post-treatment of laser-crystallized poly-Si to form a clean interface. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high performance thin film transistor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
請求項1記載の発明は、半導体薄膜にレーザービームを
照射し結晶化することによって能動層を形成する薄膜ト
ランジスタの製造方法において、真空中で前記レーザー
ビーム照射をおこなった後、連続的に酸素ガス雰囲気中
でレーザービーム照射をおこなうことを特徴とする。こ
こで能動層とは、トランジスタにおいて実質的にそのコ
ンダクタンスを変調させ素子を流れる電流を制御してい
る薄膜領域を言う。また、連続的にとは真空チャンバー
内でレーザー結晶化を行った後そのチャンバー内に酸素
ガスを導入して再びレーザー照射をおこなうか、或いは
別のチャンバーに真空搬送したあとで酸素雰囲気に置換
すると言った一連のプロセスを言う。つまり、ここで一
旦真空を大気解放したりその他のガスに半導体薄膜がさ
らされたりしないことを言う。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor for forming an active layer by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam and crystallizing the semiconductor thin film. After the laser beam irradiation is performed, the laser beam irradiation is continuously performed in an oxygen gas atmosphere. Here, the active layer refers to a thin film region in which the conductance of the transistor is substantially modulated to control the current flowing through the element. In addition, when laser crystallization is performed continuously in a vacuum chamber, oxygen gas is introduced into the chamber, and laser irradiation is performed again, or when the chamber is vacuum-transferred to another chamber and then replaced with an oxygen atmosphere. Say a series of processes said. That is, it means that the semiconductor thin film is not once released to the atmosphere or exposed to other gases.

【0011】上記課題を解決する為に請求項2記載の発
明は、半導体薄膜にレーザービームを照射し結晶化する
ことによって能動層を形成する薄膜トランジスタの製造
方法において、真空中で前記レーザービーム照射をおこ
なった後、連続的に酸素ラジカル雰囲気中でレーザービ
ーム照射をおこなうことを特徴とする。ここで酸素ラジ
カルとは化学的に活性な状態にある酸素分子または酸素
原子を言う。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor for forming an active layer by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam and crystallizing the semiconductor thin film. After that, laser beam irradiation is continuously performed in an oxygen radical atmosphere. Here, an oxygen radical refers to an oxygen molecule or an oxygen atom in a chemically active state.

【0012】上記課題を解決する為に請求項3記載の発
明は、請求項1または2記載の薄膜トランジスタの製造
方法で前記レーザービーム照射は同一箇所に対して複数
回おこなうことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the first or second aspect, wherein the laser beam irradiation is performed a plurality of times on the same portion.

【0013】上記課題を解決する為に請求項4記載の発
明は、請求項1〜3記載の薄膜トランジスタの製造方法
において前記レーザービーム照射は、その照射エネルギ
ー密度が半導体薄膜が微結晶化を起こすエネルギーを越
えないようにおこなうことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to any one of the first to third aspects, wherein the laser beam irradiation has an irradiation energy density of an energy at which a semiconductor thin film is microcrystallized. It is characterized by performing so as not to exceed.

【0014】上記課題を解決する為に請求項5記載の発
明は、請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中でのレー
ザービーム照射は同一箇所に対して最大でも30回であ
ることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the fourth aspect, wherein the laser beam irradiation in the oxygen gas or oxygen radical atmosphere is performed on the same portion at a maximum of 30 times. Times.

【0015】上記課題を解決する為に請求項6記載の発
明は、請求項1〜5記載の薄膜トランジスタの製造方法
において前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中での
レーザービーム照射時の半導体薄膜温度が100℃〜5
00℃であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the temperature of the semiconductor thin film during laser beam irradiation in an oxygen gas or oxygen radical atmosphere is 100%. ℃ -5
It is characterized by a temperature of 00 ° C.

【0016】上記課題を解決する為に請求項7記載の発
明は、請求項1〜6記載の薄膜トランジスタの製造方法
において前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中での
レーザービーム照射後、再び真空雰囲気とし、連続的に
ゲート絶縁膜成膜をおこなうことを特徴とする。ここで
連続的とは、酸素ガスまたは酸素ラジカル中でのレーザ
ー照射後これらの雰囲気ガスを真空排気し、その後ゲー
ト絶縁膜成膜をおこなうことを言う。すなわち、結晶化
からゲート絶縁膜成膜までの一連のプロセス中半導体薄
膜のおかれている雰囲気が大気や他のガス雰囲気になら
ず、常に真空または酸素ガス、酸素ラジカル雰囲気でコ
ントロールされていることを言う。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the first to sixth aspects, wherein the laser beam irradiation in the oxygen gas or oxygen radical atmosphere is followed by a vacuum atmosphere again. It is characterized in that a gate insulating film is continuously formed. Here, "continuously" means that after irradiating a laser in oxygen gas or oxygen radicals, these atmospheric gases are evacuated, and then a gate insulating film is formed. That is, during a series of processes from crystallization to gate insulating film formation, the atmosphere in which the semiconductor thin film is placed is not changed to the atmosphere or another gas atmosphere, and is always controlled by a vacuum or an oxygen gas or oxygen radical atmosphere. Say

【0017】上記課題を解決する為に請求項8記載の発
明は、請求項1〜7記載の薄膜トランジスタの製造方法
において前記レーザー照射の前処理として、弗酸処理を
おこなっていることを特徴とする。ここで弗酸処理とは
例えば、弗酸溶液中に半導体薄膜基板を浸す処理を言
う。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 8 is characterized in that, in the method for manufacturing a thin film transistor according to claims 1 to 7, hydrofluoric acid treatment is performed as a pretreatment of the laser irradiation. . Here, the hydrofluoric acid treatment refers to, for example, a process of immersing the semiconductor thin film substrate in a hydrofluoric acid solution.

【0018】上記課題を解決する為に請求項9記載の発
明は、半導体薄膜にレーザービームを照射し結晶化する
ことによって能動層を形成する薄膜トランジスタの製造
方法において、始めに真空中で前記レーザービーム照射
をおこなった後、続けて酸素ラジカルに結晶化半導体膜
をさらすことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor for forming an active layer by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam and crystallizing the semiconductor thin film. After the irradiation, the crystallized semiconductor film is continuously exposed to oxygen radicals.

【0019】上記課題を解決する為に請求項10記載の
発明は、請求項9記載の薄膜トランジスタの製造方法に
おいて前記酸素ラジカル処理中の半導体膜温度は100
℃〜400℃であることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the ninth aspect, wherein the temperature of the semiconductor film during the oxygen radical treatment is 100.
C. to 400.degree. C.

【0020】上記課題を解決する為に請求項11記載の
発明は、請求項2〜10記載の薄膜トランジスタの製造
方法において前記酸素ラジカルはリモートプラズマによ
って発生させていることを特徴とする。ここでリモート
プラズマとは、プラズマ発生源と半導体薄膜が異なる場
所に位置していることを言う。すなわち、半導体薄膜が
プラズマを発生させる電極間に位置している場合はこれ
に相当しない。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 11 is characterized in that, in the method for manufacturing a thin film transistor according to claims 2 to 10, the oxygen radicals are generated by remote plasma. Here, remote plasma means that the plasma generation source and the semiconductor thin film are located at different places. That is, the case where the semiconductor thin film is located between the electrodes for generating the plasma does not correspond to this.

【0021】上記課題を解決する為に請求項12記載の
発明は、請求項11記載の薄膜トランジスタの製造方法
において前記リモートプラズマはヘリコン波プラズマま
たは誘導結合型プラズマによって発生させていることを
特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the eleventh aspect, wherein the remote plasma is generated by helicon wave plasma or inductively coupled plasma. .

【0022】上記課題を解決する為に請求項13記載の
発明は、請求項9〜12記載の薄膜トランジスタの製造
方法において前記レーザー照射の前処理として、弗酸処
理をおこなっていることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the ninth to twelfth aspects, wherein a hydrofluoric acid treatment is performed as a pretreatment of the laser irradiation. .

【0023】上記課題を解決する為に請求項13記載の
発明は、請求項9〜13記載の薄膜トランジスタの製造
方法において前記酸素ラジカル処理後、真空を維持した
ままゲート絶縁膜成膜をおこなうことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor according to the ninth to thirteenth aspects, wherein a gate insulating film is formed while maintaining a vacuum after the oxygen radical treatment. Features.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて詳述する。図1に工程を追うごとのp
oly−Si TFTの構造を図示する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows that p
The structure of the poly-Si TFT is illustrated.

【0025】(1.半導体薄膜の形成)本願発明の実施
のためには通常、基板(101)の上に下地保護膜(1
02)を形成しその上に半導体薄膜(103)を形成す
るので、この一連の形成方法について説明する。
(1. Formation of Semiconductor Thin Film) In order to carry out the present invention, a base protective film (1) is usually formed on a substrate (101).
02) and a semiconductor thin film (103) are formed thereon. A series of forming methods will be described.

【0026】図1(a)に示されるように、本発明を適
応し得る基板(101)としては金属等の導電性物質、
シリコン・カーバイト(SiC)やアルミナ(Al2
3 )や窒化アルミニウム(AlN)等のセラミック材
料、溶融石英やガラス等の透明または非透明絶縁性物
質、シリコンウェーハー等の半導体物質、並びにそれを
加工したLSI基板等が可能である。次に、図1(b)
に示されるように、半導体膜は基板上に直接又は下地保
護膜や下部電極等を介して堆積する。
As shown in FIG. 1A, a substrate (101) to which the present invention can be applied includes a conductive material such as a metal,
Silicon carbide (SiC) or alumina (Al 2 O)
3 ) and ceramic materials such as aluminum nitride (AlN); transparent or non-transparent insulating materials such as fused quartz and glass; semiconductor materials such as silicon wafers; and LSI substrates processed from such materials. Next, FIG.
As shown in (1), a semiconductor film is deposited directly on a substrate or via a lower protective film, a lower electrode, and the like.

【0027】下地保護膜(102)としては酸化硅素膜
(SiOX :0<x≦2)や窒化硅素膜(Si3 x
0<x≦4)等の絶縁性物質が挙げられる。TFTなど
の薄膜半導体装置を通常のガラス基板上に作成する場合
の様な半導体膜への不純物制御が重要である時、ガラス
基板中に含まれているナトリウム(Na)等の可動イオ
ンが半導体膜中に混入しない様に下地保護膜を形成した
後に半導体膜を堆積する事が好ましい。同じ事情は各種
セラミック材料を基板として用いる場合にも通ずる。下
地保護膜はセラミック中に添加されている焼結助材原料
などの不純物が半導体部に拡散及び混入するのを防止す
るのである。金属材料などの導電性材料を基板として用
い、且つ半導体膜が金属基板と電気的に絶縁されていな
ければならない場合には、絶縁性を確保する為に当然下
地保護膜は必要不可欠である。更に半導体基板やLSI
素子上に半導体膜を形成する時にはトランジスタ間や配
線間の層間絶縁膜が同時に下地保護膜でもある。
As the underlying protective film (102), a silicon oxide film (SiO x : 0 <x ≦ 2) or a silicon nitride film (Si 3 N x :
Insulating substances such as 0 <x ≦ 4). When it is important to control impurities in a semiconductor film, such as when a thin-film semiconductor device such as a TFT is formed on a normal glass substrate, mobile ions such as sodium (Na) contained in the glass substrate are removed from the semiconductor film. It is preferable to deposit a semiconductor film after forming a base protective film so as not to mix in the semiconductor film. The same situation applies when various ceramic materials are used as the substrate. The underlayer protective film prevents impurities such as a sintering aid material added to the ceramic from diffusing and mixing into the semiconductor portion. When a conductive material such as a metal material is used as a substrate and the semiconductor film must be electrically insulated from the metal substrate, a base protective film is indispensable to ensure insulation. In addition, semiconductor substrates and LSI
When a semiconductor film is formed on an element, an interlayer insulating film between transistors and between wirings is also a base protective film.

【0028】下地保護膜はまず基板を純水やアルコール
などの有機溶剤で洗浄した後、基板上に常圧化学気相堆
積法(APCVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCV
D法)、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等の
CVD法或いはスパッター法等で形成する。 下地保護膜
として酸化硅素膜を用いる場合、常圧化学気相堆積法で
は基板温度を250℃程度から450℃程度としてモノ
シラン(SiH4 )や酸素を原料として堆積し得る。プ
ラズマ化学気相堆積法やスパッター法では基板温度は室
温から400℃程度である。下地保護膜の膜厚は基板か
らの不純物元素の拡散と混入を防ぐのに十分な厚さが必
要で、その値は最小で100nm程度以上である。ロッ
ト間や基板間のばらつきを考慮すると200nm程度以
上が好ましく、300nm程度あれば保護膜としての機
能を十分に果たし得る。下地保護膜がIC素子間やこれ
らを結ぶ配線等の層間絶縁膜を兼ねる場合には、通常4
00nmから600nm程度の膜厚となる。絶縁膜が余
りにも厚くなると絶縁膜にストレスに起因するクラック
が生ずる。その為最大膜厚は2μm程度が好ましい。生
産性を考慮する必要が強い場合、絶縁膜厚は1μm程度
が上限である。
The undercoat protective film is first washed with an organic solvent such as pure water or alcohol, and then is deposited on the substrate by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCV).
D method), a CVD method such as a plasma enhanced chemical vapor deposition method (PECVD method), or a sputtering method. When a silicon oxide film is used as the base protective film, the atmospheric pressure chemical vapor deposition method can deposit the substrate using monosilane (SiH 4 ) or oxygen as a raw material at a substrate temperature of about 250 ° C. to about 450 ° C. In the plasma chemical vapor deposition method and the sputtering method, the substrate temperature is from room temperature to about 400 ° C. The thickness of the base protective film must be sufficient to prevent diffusion and mixing of the impurity element from the substrate, and the value is at least about 100 nm or more. Considering the variation between lots and substrates, the thickness is preferably about 200 nm or more, and if it is about 300 nm, it can sufficiently function as a protective film. When the underlayer protective film also serves as an interlayer insulating film between IC elements or wiring connecting these, usually 4
The thickness is about 00 to 600 nm. If the insulating film is too thick, cracks occur in the insulating film due to stress. Therefore, the maximum thickness is preferably about 2 μm. When it is strongly necessary to consider productivity, the upper limit of the insulating film thickness is about 1 μm.

【0029】次に図1(c)に示されるように、下地絶
縁膜102上に半導体薄膜(103)を形成する。本発
明が適用される半導体膜としてはシリコン(Si)やゲ
ルマニウム(Ge)等の四族単体の半導体膜の他に、シ
リコン・ゲルマニウム(Six Ge1-x :0<x<1)
やシリコン・カーバイド(Six 1-x :0<x<1)
やゲルマニウム・カーバイド(Gex 1-x :0<x<
1)等の四族元素複合体の半導体膜、ガリウム・ヒ素
(GaAs)やインジウム・アンチモン(InSb)等
の三族元素と五族元素との複合体化合物半導体膜、また
はカドミウム・セレン(CdSe)等の二族元素と六族
元素との複合体化合物半導体膜等がある。或いはシリコ
ン・ゲルマニウム・ガリウム・ヒ素(Six Gey Ga
z Asz :x+y+z=1)と云った更なる複合化合物
半導体膜やこれらの半導体膜にリン(P)、ヒ素(A
s)、アンチモン(Sb)などのドナー元素を添加した
N型半導体膜、或いはホウ素(B)、アルミニウム(A
l)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等のアク
セプター元素を添加したP型半導体膜に対しても本発明
は適応可能である。これら半導体膜はAPCVD法やL
PCVD法、PECVD法等のCVD法、或いはスパッ
ター法等や蒸着法等のPVD法で形成する。半導体膜と
してシリコン膜を用いる場合、LPCVD法では基板温
度を400℃程度から700℃程度としてジシラン(S
26)などを原料として堆積し得る。PECVD法で
はモノシラン(SiH4)などを原料として基板温度が
100℃程度から500℃程度で堆積可能である。スパ
ッター法を用いる時には基板温度は室温から400℃程
度である。この様に堆積された半導体膜の初期状態(a
s−deposited状態)は非晶質や混晶質、微結
晶質、或いは多結晶質等様々な状態があるが、本願発明
にあっては初期状態はいずれの状態であっても構わな
い。尚本願明細書中では非晶質の結晶化のみならず、多
結晶質や微結晶質の再結晶化をも含めて総て結晶化と呼
ぶ。半導体膜の膜厚はそれをTFTに用いる時には20
nm程度から100nm程度が適している。
Next, as shown in FIG. 1C, a semiconductor thin film (103) is formed on the base insulating film 102. In addition to the group IV single semiconductor film such as a silicon (Si) or germanium (Ge) is the semiconductor film to which the present invention is applied, silicon germanium (Si x Ge 1-x: 0 <x <1)
And silicon carbide (Si x C 1-x: 0 <x <1)
And germanium carbide (Ge x C 1-x : 0 <x <
A semiconductor film of a group 4 element composite such as 1), a composite compound semiconductor film of a group 3 element such as gallium arsenide (GaAs) or indium antimony (InSb) and a group 5 element, or cadmium selenium (CdSe) And the like. A composite compound semiconductor film of a Group 2 element and a Group 6 element, etc. Or a silicon-germanium, gallium arsenide (Si x Ge y Ga
z As z : x + y + z = 1) and further compound semiconductor films such as phosphorus (P) and arsenic (A
s), an N-type semiconductor film to which a donor element such as antimony (Sb) is added, or boron (B), aluminum (A
The present invention is also applicable to a P-type semiconductor film to which an acceptor element such as 1), gallium (Ga), and indium (In) is added. These semiconductor films are formed by APCVD or L
It is formed by a CVD method such as a PCVD method or a PECVD method, or a PVD method such as a sputtering method or an evaporation method. In the case where a silicon film is used as a semiconductor film, in the LPCVD method, the substrate temperature is set to about 400 ° C. to about 700 ° C. and disilane (S
i 2 H 6 ) can be deposited as a raw material. In the PECVD method, deposition can be performed at a substrate temperature of about 100 ° C. to about 500 ° C. using monosilane (SiH 4 ) as a raw material. When using the sputter method, the substrate temperature is from room temperature to about 400 ° C. The initial state of the semiconductor film thus deposited (a
The s-deposited state) includes various states such as an amorphous state, a mixed crystal state, a microcrystalline state, and a polycrystalline state. However, in the present invention, the initial state may be any state. In the specification of the present application, not only amorphous crystallization but also polycrystalline or microcrystalline recrystallization is referred to as crystallization. The thickness of the semiconductor film is 20 when it is used for a TFT.
A thickness of about 100 nm is suitable.

【0030】(2.半導体薄膜のレーザー結晶化)基板
101上に下地絶縁膜102と半導体膜103を形成し
た後、図1(d)に示されるように、この半導体膜をレ
ーザー照射によって結晶化する。通常、LPCVD法、
PECVD法等のCVD法で堆積させたシリコン膜表面
は自然酸化膜で覆われていることが多い。従って、レー
ザー光を照射する前にこの自然酸化膜を除去する必要が
ある。このためには図1(d)に示されるように、弗酸
溶液104に浸してウエットエッチングする方法や、フ
ッ素ガスを含んだプラズマ中でのドライエッチング等が
ある。
(2. Laser Crystallization of Semiconductor Thin Film) After forming a base insulating film 102 and a semiconductor film 103 on a substrate 101, as shown in FIG. 1D, the semiconductor film is crystallized by laser irradiation. I do. Usually, LPCVD method,
The surface of a silicon film deposited by a CVD method such as the PECVD method is often covered with a natural oxide film. Therefore, it is necessary to remove the natural oxide film before irradiating the laser beam. For this purpose, as shown in FIG. 1D, there is a method of immersion in a hydrofluoric acid solution 104 for wet etching, a dry etching in a plasma containing fluorine gas, and the like.

【0031】次に図1(e)に示されるように、半導体
膜のついた基板をレーザー照射チャンバー(108)に
セットする。レーザー照射チャンバーは一部分が石英の
窓(106)によってできており、排気管109により
チャンバーを真空に排気した後この石英窓からレーザー
光(107)を照射する。レーザー照射を行うことによ
り、半導体膜103はp−Si膜110に結晶成長させ
ることができる。
Next, as shown in FIG. 1E, the substrate having the semiconductor film is set in a laser irradiation chamber (108). A part of the laser irradiation chamber is formed by a quartz window (106), and the chamber is evacuated to a vacuum by an exhaust pipe 109, and then a laser beam (107) is irradiated from the quartz window. By performing laser irradiation, the semiconductor film 103 can be crystal-grown on the p-Si film 110.

【0032】ここでレーザー光について説明する。レー
ザー光は半導体薄膜(103)表面で強く吸収され、そ
の直下の絶縁膜(102)にはほとんど吸収されないこ
とが望まれる。従ってこのレーザー光としては紫外域ま
たはその近傍の波長を持つエキシマレーザー、アルゴン
イオンレーザー、YAGレーザー高調波等が好ましい。
また、半導体薄膜を高温に加熱すると同時に基板へのダ
メージを防ぐためには大出力でしかも極短時間のパルス
発振であることが必要となる。従って、上記レーザー光
の中でも特にキセノン・クロライド(XeCl)レーザ
ー(波長308nm)やクリプトンフロライド(Kr
F)レーザー(波長248nm)等のエキシマ・レーザ
ーが最も適している。 次にこれらのレーザー光の照射
方法について図2にそって述べる。レーザーパルスの強
度半値幅は10ns程度から500ns程度の極短時間
である。レーザー照射は基板(200)を室温(25
℃)程度から400℃程度の間とし、背景真空度が10
-4Torr程度から10-9Torr程度の真空中にて行
う。レーザー照射の一回の照射面積は対角5mm□程度
から60mm□程度の正方形または長方形状である。レ
ーザー照射の一回の照射で例えば8mm□の正方形面積
が結晶化できるビームを用いた場合について説明する。
1カ所に1発のレーザー照射(201)をおこなった
後、基板とレーザーとの位置を相対的に水平方向にわず
かにずらす(203)。この後再び1発のレーザー照射
(202)をおこなう。このショットアンドスキャンを
連続的に繰り返していく事によって大面積の基板にも対
応できる。更に具体的には、各照射毎に照射領域を1%
程度から99%程度ずらして行く(例えば50%:先の
例では4mm)。最初に水平方向(X方向)に走査した
後、次に垂直方向(Y方向)に適当量(204)ずらせ
て、再び水平方向に所定量(203)ずつずらせて走査
し、以後この走査を繰り返して基板全面に第一回目のレ
ーザー照射を行う。この第一回目のレーザー照射エネル
ギー密度は50mJ/cm2程度から600mJ/cm2
程度の間が好ましい。第一回目のレーザー照射が終了し
た後、必要に応じて第二回目のレーザー照射を全面に施
す。第二回目のレーザー照射を行う場合、そのエネルギ
ー密度は一回目より高い値が好ましく、100mJ/c
2程度から1000mJ/cm2程度の間としても良
い。走査方法は第一回目のレーザー照射と同じで正方形
状の照射領域をY方向とX方向に適当量ずらせて走査す
る。更に必要に応じてエネルギー密度をより高くした第
三回目或いは第四回目のレーザー照射を行う事も可能で
有る。こうした多段階レーザー照射法を用いるとレーザ
ー照射領域端部に起因するばらつきを完全に消失させる
事が可能になる。多段階レーザー照射の各回目の照射に
限らず通常の一段階照射でも、レーザー照射は総て半導
体膜に損傷が入らぬエネルギー密度で行う。これ以外に
も図3に示すように、照射領域形状を幅100μm程度
以上で長さが数10cm以上のライン状(301)と
し、このライン状レーザー光を走査して結晶化を進めて
も良い。この場合各照射毎のビームの幅方向の重なり
(301と302の重なり)はビーム幅の5%程度から
95%程度とする。ビーム幅が100μmでビーム毎の
重なり量が90%で有れば、一回の照射毎にビームは1
0μm進むので同一点は10回のレーザー照射を受ける
事となる。通常半導体膜を基板全体で均一に結晶化させ
るには少なくとも5回程度以上のレーザー照射が望まれ
るので、照射毎のビームの重なり量は80%程度以上が
求められる。高い結晶性の多結晶膜を確実に得るには同
一点が10回程度から30回程度の照射が行われる様に
重なり量を90%程度から97%程度へと調整するのが
好ましい。
Here, the laser beam will be described. It is desired that the laser light is strongly absorbed by the surface of the semiconductor thin film (103) and hardly absorbed by the insulating film (102) immediately below. Therefore, as the laser light, an excimer laser, an argon ion laser, a YAG laser harmonic, or the like having a wavelength in or near the ultraviolet region is preferable.
Further, in order to heat the semiconductor thin film to a high temperature and to prevent damage to the substrate at the same time, it is necessary to have a large output and an extremely short pulse oscillation. Therefore, among the above laser beams, a xenon chloride (XeCl) laser (wavelength 308 nm) and krypton fluoride (Kr
F) Excimer lasers such as lasers (wavelength 248 nm) are most suitable. Next, a method for irradiating these laser beams will be described with reference to FIG. The half width of the laser pulse intensity is very short, about 10 ns to about 500 ns. The laser irradiation irradiates the substrate (200) at room temperature (25
° C) to about 400 ° C and the background vacuum is 10 ° C.
It is performed in a vacuum of about -4 Torr to about 10 -9 Torr. One irradiation area of the laser irradiation has a square or rectangular shape with a diagonal of about 5 mm □ to about 60 mm □. A case where a beam that can crystallize a square area of, for example, 8 mm square by one irradiation of laser is described.
After one laser irradiation (201) is performed in one place, the position of the laser is slightly shifted relative to the substrate in the horizontal direction (203). Thereafter, one laser irradiation (202) is performed again. By continuously repeating the shot and scan, it is possible to cope with a substrate having a large area. More specifically, the irradiation area is 1% for each irradiation.
The position is shifted by about 99% (for example, 50%: 4 mm in the above example). After first scanning in the horizontal direction (X direction), then shifting in the vertical direction (Y direction) by an appropriate amount (204), scanning again in the horizontal direction by a predetermined amount (203), and thereafter repeating this scanning First laser irradiation is performed on the entire surface of the substrate. The first laser irradiation energy density ranges from about 50 mJ / cm 2 to 600 mJ / cm 2.
Between degrees is preferred. After the first laser irradiation is completed, a second laser irradiation is performed on the entire surface as necessary. When performing the second laser irradiation, the energy density is preferably higher than that of the first laser irradiation, and is 100 mJ / c.
It may be between about m 2 and 1000 mJ / cm 2 . The scanning method is the same as that of the first laser irradiation, and scans the square irradiation area by shifting it by an appropriate amount in the Y direction and the X direction. Further, if necessary, the third or fourth laser irradiation with a higher energy density can be performed. When such a multi-step laser irradiation method is used, it is possible to completely eliminate the variation caused by the end portion of the laser irradiation area. The laser irradiation is performed at an energy density that does not damage the semiconductor film, not only in each of the multi-stage laser irradiations but also in a normal one-step irradiation. In addition, as shown in FIG. 3, the irradiation region may be formed into a line (301) having a width of about 100 μm or more and a length of several tens of cm or more, and the linear laser light may be scanned to advance crystallization. . In this case, the overlap in the width direction of the beam for each irradiation (overlap of 301 and 302) is about 5% to about 95% of the beam width. If the beam width is 100 μm and the amount of overlap of each beam is 90%, the beam becomes 1 for each irradiation.
Since the laser beam advances by 0 μm, the same point receives laser irradiation 10 times. Normally, at least about five times of laser irradiation is desired to uniformly crystallize the semiconductor film over the entire substrate, so that the beam overlap amount for each irradiation needs to be about 80% or more. In order to reliably obtain a polycrystalline film having high crystallinity, it is preferable to adjust the overlap amount from about 90% to about 97% so that the same point is irradiated about 10 to 30 times.

【0033】(3.半導体薄膜の酸素ガスまたは酸素ラ
ジカル中でのレーザー結晶化)上記工程によって全面結
晶化が終了した後、図1(f)に示されるように真空雰
囲気であったレーザー結晶化チャンバー内に酸素ガスま
たは酸素ラジカル(111)をガスバルブ(105)を
経て導入する。ここで酸素ガスは例えばほぼ大気圧に等
しい圧力までレーザー結晶化チャンバーに導入する。た
だし、レーザー結晶化チャンバーは常に大気には触れな
いようにする。すなわち常に真空かまたは酸素ガス、酸
素ラジカルの雰囲気にコントロールする。酸素ラジカル
は、酸素プラズマや高温のフィラメント部分に酸素ガス
を流す方法等によって発生させる。一般に酸素ラジカル
は寿命が長いので、この様に外部で発生させた後配管を
通してチャンバー内に導入しても十分に効果が得られ
る。この様にしてレーザー結晶化チャンバー内を酸素ガ
スまたは酸素ラジカル雰囲気とした状態で再びレーザー
光を照射する。
(3. Laser Crystallization of Semiconductor Thin Film in Oxygen Gas or Oxygen Radical) After the entire surface crystallization is completed by the above-described process, laser crystallization in a vacuum atmosphere as shown in FIG. Oxygen gas or oxygen radical (111) is introduced into the chamber via a gas valve (105). Here, the oxygen gas is introduced into the laser crystallization chamber, for example, to a pressure approximately equal to the atmospheric pressure. However, always keep the laser crystallization chamber out of the atmosphere. That is, it is always controlled to a vacuum or an atmosphere of oxygen gas or oxygen radical. Oxygen radicals are generated by oxygen plasma or a method of flowing oxygen gas through a high-temperature filament portion. In general, since the oxygen radical has a long life, a sufficient effect can be obtained even if the oxygen radical is generated outside and introduced into the chamber through a pipe. In this way, laser light is again irradiated while the inside of the laser crystallization chamber is in an oxygen gas or oxygen radical atmosphere.

【0034】レーザー光の照射は、前に示したショット
アンドスキャンの方法と全く同じ方法を用いる。ただ
し、酸素ガス、酸素ラジカル雰囲気中でのレーザー照射
は結晶化ではなくp−Si表面やp−Si中の粒界等に
存在する欠陥を酸素原子で安定化させることが目的なの
で、その照射エネルギーや照射回数には注意が必要であ
る。このように酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中で
レーザー照射することによってp−Si膜を極めて安定
な状態にすることができる。
The laser beam irradiation uses exactly the same method as the shot and scan method described above. However, laser irradiation in an oxygen gas or oxygen radical atmosphere is not for crystallization, but for stabilizing defects present on the p-Si surface or grain boundaries in p-Si with oxygen atoms. Attention should be paid to the number of irradiations. By performing laser irradiation in an oxygen gas or oxygen radical atmosphere as described above, the p-Si film can be in an extremely stable state.

【0035】(4.ゲート絶縁膜形成)この後基板をレ
ーザー結晶化チャンバーより取り出し、図1(g)に示
されるようにp−Si膜のパターニングをおこないアイ
ランド状のp−Si膜(112)を形成する。しかる後
ゲート絶縁膜113を成膜する。ゲート絶縁膜の成膜方
法としては、ECRプラズマCVD法、平行平板プラズ
マCVD法などがある。このようにMOS界面となるp
−Siの表面を常に保護するようなプロセスを行うこと
によって、極めて良好な半導体−ゲート絶縁膜構造が完
成するのである。
(4. Formation of Gate Insulating Film) Thereafter, the substrate is taken out of the laser crystallization chamber, and the p-Si film is patterned as shown in FIG. To form Thereafter, the gate insulating film 113 is formed. As a method for forming the gate insulating film, there are an ECR plasma CVD method, a parallel plate plasma CVD method, and the like. As described above, p which becomes the MOS interface
By performing a process for always protecting the surface of -Si, an extremely good semiconductor-gate insulating film structure is completed.

【0036】(5.以降の工程)引き続いて図1(h)
に示されるように、ゲート電極114となる薄膜をPV
D法或いはCVD法などで堆積する。この材質は電気抵
抗が低く、350℃程度の熱工程に対して安定である事
が望まれ、例えばタンタル、タングステン、クロム等の
高融点金属がふさわしい。また、イオンドーピングによ
ってソース、ドレインを形成する場合、水素のチャネリ
ングを防止するためにこのゲート電極の膜厚がおよそ7
00nm程度必要になる。前記高融点金属の中で700
nmもの膜厚で成膜しても膜ストレスによるクラックが
生じない材料となると、タンタルが最もふさわしい。ゲ
ート電極となる薄膜を堆積後パターニングを行い、引き
続いて図1(i)に示されるように、半導体膜に不純物
イオン注入を行ってソース・ドレイン領域115を形成
する。この時ゲート電極がイオン注入のマスクと成って
いるので、チャンネルはゲート電極下のみに形成される
自己整合構造となる。不純物イオン注入は質量非分離型
イオン注入装置を用いて注入不純物元素の水素化物と水
素を注入するイオン・ドーピング法と、質量分離型イオ
ン注入装置を用いて所望の不純物元素のみを注入するイ
オン打ち込み法の二種類が適応され得る。イオン・ドー
ピング法の原料ガスとしては水素中に希釈された濃度
0.1%程度から10%程度のホスフィン(PH3)や
ジボラン(B26)等の注入不純物元素の水素化物を用
いる。イオン打ち込み法では所望の不純物元素のみを注
入した後に引き続いて水素イオン(プロトンや水素分子
イオン)を注入する。前述の如くMOS界面やゲート絶
縁膜を安定に保つ為には、イオン・ドーピング法にしろ
イオン打ち込み法にしろイオン注入時の基板温度は35
0℃以下である事が好ましい。一方注入不純物の活性化
を350℃以下の低温にて常に安定的に行うには(本願
ではこれを低温活性化と称する)、イオン注入時の基板
温度は200℃以上である事が望ましい。トランジスタ
のしきい値電圧を調整する為にチャンネル・ドープ行う
とか、或いはLDD構造を作成すると云った様に低濃度
に注入された不純物イオンを低温で確実に活性化するに
は、イオン注入時の基板温度は250℃以上で有る事が
必要となる。この様に基板温度が高い状態でイオン注入
を行うと、半導体膜のイオン注入に伴う結晶壊破の際に
再結晶化も同時に生じ、結果としてイオン注入部の非晶
質化を防ぐ事が出来るのである。即ちイオン注入された
領域は注入後も依然として結晶質として残り、その後の
活性化温度が350℃程度以下と低温で有っても注入イ
オンの活性化が可能に成る訳で有る。CMOS TFT
を作成する時はポリイミド樹脂等の適当なマスク材を用
いてNMOS又はPMOSの一方を交互にマスクで覆
い、上述の方法にてそれぞれのイオン注入を行う。
(5. Subsequent Steps) Subsequently, FIG.
As shown in FIG.
It is deposited by a D method or a CVD method. This material is desired to have a low electric resistance and to be stable to a heat process at about 350 ° C., for example, a high melting point metal such as tantalum, tungsten, and chromium is suitable. When the source and the drain are formed by ion doping, the thickness of the gate electrode is set to about 7 to prevent channeling of hydrogen.
About 00 nm is required. 700 among the refractory metals
Tantalum is most suitable for a material that does not cause cracks due to film stress even when formed with a film thickness of nm. After depositing a thin film to be a gate electrode, patterning is performed, and then, as shown in FIG. 1I, source / drain regions 115 are formed by implanting impurity ions into the semiconductor film. At this time, since the gate electrode serves as a mask for ion implantation, the channel has a self-aligned structure formed only under the gate electrode. Impurity ion implantation is an ion doping method in which hydride and hydrogen of an impurity element are implanted using a mass non-separable ion implanter, and an ion implantation method in which only a desired impurity element is implanted using a mass separable ion implanter. Two types of law can be applied. As a source gas for the ion doping method, a hydride of an implanted impurity element such as phosphine (PH 3 ) or diborane (B 2 H 6 ) diluted in hydrogen and having a concentration of about 0.1% to about 10% is used. In the ion implantation method, only a desired impurity element is implanted, and then hydrogen ions (protons or hydrogen molecular ions) are implanted. As described above, in order to keep the MOS interface and the gate insulating film stable, the substrate temperature at the time of ion implantation should be 35 regardless of the ion doping method or the ion implantation method.
It is preferable that the temperature is 0 ° C. or lower. On the other hand, in order to constantly and stably activate the implanted impurities at a low temperature of 350 ° C. or less (this is referred to as low-temperature activation in this application), it is desirable that the substrate temperature at the time of ion implantation be 200 ° C. or more. In order to reliably activate low-concentration impurity ions at a low temperature, for example, by performing channel doping to adjust the threshold voltage of the transistor or forming an LDD structure, it is necessary to perform ion doping at the time of ion implantation. The substrate temperature must be 250 ° C. or higher. When the ion implantation is performed in such a state where the substrate temperature is high, recrystallization occurs at the same time as the crystal breakage accompanying the ion implantation of the semiconductor film, and as a result, it is possible to prevent the ion implantation portion from becoming amorphous. It is. That is, the ion-implanted region remains crystalline after the implantation, and the implanted ions can be activated even if the subsequent activation temperature is as low as about 350 ° C. or less. CMOS TFT
Is formed, one of the NMOS and the PMOS is alternately covered with a mask using an appropriate mask material such as a polyimide resin, and the respective ions are implanted by the above-described method.

【0037】ソース、ドレイン形成後、図1(j)に示
されるように層間絶縁膜116を形成し、次に図1
(k)に示されるように、ソース・ドレイン上にコンタ
クトホールを開孔し、ソース・ドレイン取り出し電極1
17と配線をPVD法やCVD法などで形成して薄膜ト
ランジスタが完成する。
After forming the source and drain, an interlayer insulating film 116 is formed as shown in FIG.
As shown in (k), a contact hole is formed on the source / drain, and the source / drain extraction electrode 1 is formed.
17 and wiring are formed by a PVD method, a CVD method, or the like to complete a thin film transistor.

【0038】[実施例]本発明の実施例を図4にそって
説明する。本発明で用いられる基板及び下地保護膜に関
しては前述の説明に準ずるが、図4(a)のように、こ
こでは基板の一例として300mm×300mmの正方
形状汎用無アルカリガラス401を用いる。図4(b)
に示されるように、まず基板401上に絶縁性物質であ
る下地保護膜402を形成する。ここでは基板温度を1
50゜CとしてECR−PECVD法にて200nm程
度の膜厚を有する酸化硅素膜を堆積する。次に図4
(c)に示されるように、後に薄膜トランジスタの能動
層となる真性シリコン膜等の半導体膜403を堆積す
る。半導体膜の厚みは50nm程度で有る。本例では高
真空型LPCVD装置を用いて、原料ガスで有るジシラ
ン(Si2 6 )を200SCCM流し、425℃の堆
積温度で非晶質シリコン膜403を堆積する。まず高真
空型LPCVD装置の反応室を250℃とした状態で反
応室の内部に複数枚(例えば17枚)の基板を表側を下
向きとして配置する。こうした後にターボ分子ポンプの
運転を開始する。ターボ分子ポンプが定常回転に達した
後、反応室内の温度を約1時間掛けて250℃から42
5℃の堆積温度に迄上昇させる。昇温開始後の最初の1
0分間は反応室にガスを全く導入せず真空中で昇温を行
ない、しかる後純度が99.9999%以上の窒素ガス
を300SCCM流し続ける。この時の反応室内におけ
る平衡圧力は、3.0×10-3Torrで有る。堆積温
度に到達した後、原料ガスであるジシラン(Si
2 6 )を200SCCM流すと共に、純度が99.9
999%以上の希釈用ヘリウム(He)を1000SC
CM流す。堆積開始直後の反応室内圧力は凡そ0.85
Torrで有る。堆積の進行と共に反応室内の圧力は徐
々に上昇し、堆積終了直前の圧力は凡そ1.25Tor
rと成る。斯様に堆積したシリコン膜403は基板の周
辺部約7mmを除いた286mm角の領域内に於いて、
その膜厚変動は±5%以内で有る。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The substrate and the underlying protective film used in the present invention follow the above description, but as shown in FIG. 4A, here, a 300 mm × 300 mm square general-purpose alkali-free glass 401 is used as an example of the substrate. FIG. 4 (b)
As shown in FIG. 1, first, a base protective film 402, which is an insulating material, is formed on a substrate 401. Here, the substrate temperature is set to 1
A silicon oxide film having a thickness of about 200 nm is deposited by ECR-PECVD at 50 ° C. Next, FIG.
As shown in (c), a semiconductor film 403 such as an intrinsic silicon film which will be an active layer of the thin film transistor later is deposited. The thickness of the semiconductor film is about 50 nm. In this example, the amorphous silicon film 403 is deposited at a deposition temperature of 425 ° C. by flowing disilane (Si 2 H 6 ) as a source gas at 200 SCCM using a high vacuum LPCVD apparatus. First, a plurality of (for example, 17) substrates are placed inside a reaction chamber of a high-vacuum LPCVD apparatus with the reaction chamber at 250 ° C., with the front side facing down. After this, the operation of the turbo-molecular pump is started. After the turbo molecular pump reaches a steady rotation, the temperature in the reaction chamber is increased from 250 ° C. to 42
Raise to a deposition temperature of 5 ° C. First one after starting heating
During 0 minutes, the temperature is raised in a vacuum without introducing any gas into the reaction chamber, and thereafter nitrogen gas having a purity of 99.9999% or more is continuously flowed at 300 SCCM. At this time, the equilibrium pressure in the reaction chamber is 3.0 × 10 −3 Torr. After reaching the deposition temperature, disilane (Si
2 H 6 ) was run at 200 SCCM and the purity was 99.9.
Helium (He) for dilution of 999% or more at 1000 SC
Run the CM. The pressure in the reaction chamber immediately after the start of the deposition was about 0.85
Torr. As the deposition proceeds, the pressure in the reaction chamber gradually increases, and the pressure immediately before the end of the deposition is approximately 1.25 Torr.
r. The silicon film 403 deposited in this manner has a region of 286 mm square except for a peripheral portion of about 7 mm of the substrate.
The thickness variation is within ± 5%.

【0039】非晶質シリコン膜形成後、図4(d)に示
されるように、これを弗酸溶液404に浸し、半導体膜
403上の自然酸化膜をエッチングする。一般的にシリ
コン膜が露出した表面は非常に不安定で、シリコン薄膜
を保持している雰囲気物質と容易に反応を起こす。従っ
て、レーザー照射をおこなう前処理では単に自然酸化膜
を除去するだけでなく、露出したシリコン膜表面を安定
化させる必要がある。このためには、弗酸溶液による処
理が望ましい。弗酸は純水との混合比が1:30になる
ようにする。この弗酸溶液中に約20から30秒浸した
後、すぐに純水洗浄を10から20分おこなう。この後
スピンナーで純水を取り除く。これによって、シリコン
膜表面は水素原子でターミネートされた安定化表面にな
る。この工程を取らないと、レーザー照射時のシリコン
膜表面の状態は全くコントロールされていないことにな
り、後に述べる雰囲気をコントロールしたレーザー照射
の効果が得られなくなってしまう。従って、本願におい
てはこの弗酸洗浄のプロセスは必須になる。
After the formation of the amorphous silicon film, as shown in FIG. 4D, it is immersed in a hydrofluoric acid solution 404, and the natural oxide film on the semiconductor film 403 is etched. Generally, the surface where the silicon film is exposed is very unstable, and easily reacts with the atmospheric substance holding the silicon thin film. Therefore, it is necessary to not only remove the natural oxide film but also to stabilize the exposed surface of the silicon film in the pretreatment for performing the laser irradiation. For this purpose, treatment with a hydrofluoric acid solution is desirable. The mixing ratio of hydrofluoric acid with pure water is adjusted to 1:30. Immediately after immersion in this hydrofluoric acid solution for about 20 to 30 seconds, washing with pure water is performed for 10 to 20 minutes. Thereafter, pure water is removed with a spinner. As a result, the silicon film surface becomes a stabilized surface terminated with hydrogen atoms. If this step is not performed, the state of the silicon film surface at the time of laser irradiation will not be controlled at all, and the effect of laser irradiation that controls the atmosphere, which will be described later, will not be obtained. Therefore, in the present application, this hydrofluoric acid cleaning process is indispensable.

【0040】次に図4(e)に示されるように、レーザ
ー光407の照射をおこなう。本例ではキセノン・クロ
ライド(XeCl)のエキシマ・レーザー(波長:30
8nm)を照射する。レーザーパルスの強度半値幅(時
間に対する半値幅)は45nsである。基板401を室
温(25℃)でレーザー結晶化チャンバー408にセッ
トした後、排気管405を介して真空排気をおこなう。
基板401を加熱した状態で石英窓406を介してレー
ザー光407によりレーザー照射することでp−Si膜
410の結晶性を向上することができるので、真空排気
後基板温度を400℃まで上昇させる。一回のレーザー
照射面積は8mm角の正方形状で、照射面でのエネルギ
ー密度は160mJ/cm2 である。このレーザー光を
90%ずつ重ねつつ(つまり照射するごとに0.8mm
づつ)相対的にずらしながら照射を繰り返す(図2参
照)。こうして一辺300mmの基板全体のアモルファ
スシリコンを結晶化する。同様な照射方法を用いて2回
目のレーザー照射を行う。2回目のエネルギー密度は1
80mJ/cm2で有る。これをくり返し、3回目、4
回目と約20mJ/cm2づつ照射エネルギー密度を上
昇させながら最終的にはのエネルギー密度300mJ/
cm2の照射をおこないレーザー照射を終了する。ここ
で300mJ/cm2の照射レーザーエネルギー密度を
超えた高いエネルギーを照射すると、p−Siのグレイ
ンが微結晶化を起こすため、これ以上のエネルギー照射
を避けた。
Next, as shown in FIG. 4E, irradiation with laser light 407 is performed. In this example, xenon chloride (XeCl) excimer laser (wavelength: 30)
8 nm). The half width of the laser pulse intensity (half width with respect to time) is 45 ns. After the substrate 401 is set in the laser crystallization chamber 408 at room temperature (25 ° C.), vacuum exhaust is performed through the exhaust pipe 405.
The crystallinity of the p-Si film 410 can be improved by irradiating the substrate 401 with a laser beam 407 through a quartz window 406 while heating the substrate 401, so that the substrate temperature is increased to 400 ° C. after evacuation. One laser irradiation area is a square shape of 8 mm square, and the energy density on the irradiation surface is 160 mJ / cm 2 . This laser beam is overlapped by 90% (that is, 0.8 mm for each irradiation)
The irradiation is repeated while being relatively shifted (see FIG. 2). Thus, the amorphous silicon on the entire substrate having a side of 300 mm is crystallized. A second laser irradiation is performed using a similar irradiation method. The second energy density is 1
It is 80 mJ / cm 2 . Repeat this for the third time, 4
While increasing the irradiation energy density by about 20 mJ / cm 2 each time, the final energy density was 300 mJ / cm 2.
Irradiation of cm 2 is performed and laser irradiation is completed. Irradiation with a high energy exceeding the irradiation laser energy density of 300 mJ / cm 2 causes microcrystallization of the p-Si grains, so that further energy irradiation was avoided.

【0041】次に図4(f)に示されるように、このレ
ーザー結晶化チャンバー408に酸素ガスまたは酸素ラ
ジカル411を導入する。本例では99.999%酸素
ガスを約1気圧までガスバルブ405から導入した。こ
の状態で、石英の窓406を通してエキシマレーザー照
射をおこなう。レーザー照射は先の真空中のレーザー照
射と同様にスキャニングで行う。このときビームの重ね
率は90%とし、照射レーザーエネルギーは300mJ
/cm2とした。真空中でレーザー照射をおこなうこと
によって、はじめにシリコン膜表面を覆っていた水素原
子は脱離する。通常、シリコンと結合した水素は400
℃前後または620℃前後の温度で脱離する。複数回の
レーザー照射をおこなったp−Si膜は1000℃以上
の温度になるため、その表面水素は完全に脱離してい
る。従ってダングリングボンドを形成している表面シリ
コン原子は極めて活性な状態で真空中に存在しているこ
とになる。これをこのまま大気中に取り出してしまう
と、大気中の炭素や水などと瞬時に結合してしまい、こ
れが最終的にはp−Si TFTのMOS界面に残留す
る結果となってしまう。通常、レーザー結晶化後に弗酸
等による処理を行うが、一旦不純物と結合してしまった
シリコン表面は酸洗浄では変化しない。これを防ぐため
にはレーザー結晶化に引き続いて酸素ガス雰囲気中でレ
ーザー照射をすることが極めて有効であることがわかっ
た。その他の種種のガスも試してみたが、酸素ガスが最
も効果が大きい。これは酸素ガス中でレーザー照射する
ことによって、極めて活性化したシリコン膜表面や結晶
粒界等が酸素原子によって再び安定化されるためであ
る。酸素により欠陥のターミネートを行うためには少な
くとも複数回のレーザー照射が必要であることがわかっ
た。また、照射するエネルギーが先に述べた微結晶化の
エネルギー領域より弱いエネルギーである必要があるこ
とがわかったので、ここでは照射エネルギー密度は30
0mJ/cm2とした。このエネルギーでの照射が30
回を越えるとp−Si表面の荒れが激しくなり、逆に表
面の欠陥を増やしてしまう事がわかったので、酸素雰囲
気中でのレーザー照射は1カ所に対して30回未満とす
るのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4F, oxygen gas or oxygen radicals 411 are introduced into the laser crystallization chamber 408. In this example, 99.999% oxygen gas was introduced from the gas valve 405 to about 1 atm. In this state, excimer laser irradiation is performed through a quartz window 406. The laser irradiation is performed by scanning in the same manner as the laser irradiation in a vacuum. At this time, the overlap ratio of the beam was 90%, and the irradiation laser energy was 300 mJ.
/ Cm 2 . By performing laser irradiation in a vacuum, hydrogen atoms that initially covered the silicon film surface are eliminated. Typically, hydrogen bonded to silicon is 400
It desorbs at a temperature of around 620C or around 620C. Since the p-Si film that has been subjected to laser irradiation a plurality of times has a temperature of 1000 ° C. or higher, its surface hydrogen is completely eliminated. Therefore, the surface silicon atoms forming the dangling bonds exist in a vacuum in an extremely active state. If this is taken out to the atmosphere as it is, it is instantaneously bonded to carbon or water in the atmosphere, and this eventually results in remaining at the MOS interface of the p-Si TFT. Normally, treatment with hydrofluoric acid or the like is performed after laser crystallization, but the silicon surface once bonded to impurities does not change by acid cleaning. In order to prevent this, it has been found that laser irradiation in an oxygen gas atmosphere following laser crystallization is extremely effective. Other types of gases have been tried, but oxygen gas is the most effective. This is because the extremely activated silicon film surface, crystal grain boundaries, and the like are stabilized again by oxygen atoms by laser irradiation in oxygen gas. It has been found that at least a plurality of laser irradiations are required to terminate defects with oxygen. In addition, it was found that the irradiation energy had to be weaker than the energy region of microcrystallization described above, so that the irradiation energy density was 30 here.
0 mJ / cm 2 . Irradiation with this energy is 30
It has been found that if the number of times exceeds this, the surface of the p-Si becomes rough and the number of surface defects increases. Therefore, it is preferable that the laser irradiation in an oxygen atmosphere be performed less than 30 times in one place. .

【0042】また、酸素ガスや酸素ラジカル中でレーザ
ー照射する代わりに単に酸素ラジカルをレーザー結晶化
したp−Si膜に導入する方法も有効である。酸素ラジ
カルは寿命が長いので、外部のプラズマ源で発生させた
物を配管でガスバルブ411を通して導入する。酸素ラ
ジカル発生源としてはヘリカルアンテナと磁場を組み合
わせたヘリコン波プラズマや、巻き数が少ないアンテナ
を用いた誘導結合型プラズマなどがある。これらのプラ
ズマは放電電圧が低いので、酸素ラジカルの寿命が他の
方式のプラズマ発生方法より長く、本発明の目的を達成
するには最適のプラズマ発生源であることがわかった。
また、低圧力で酸素ラジカルを発生できるのでラジカル
を配管から供給しているにも関わらず基板内での表面安
定化効果の均一性に極めて優れていることがわかった。
また、酸素ラジカルでp−Si表面を安定化させる場
合、基板温度は概ね100℃〜400℃が好ましいこと
がわかった。これにより比較的短時間での安定化が可能
となった。
Further, instead of irradiating a laser in oxygen gas or oxygen radicals, a method of simply introducing oxygen radicals into a laser-crystallized p-Si film is also effective. Since oxygen radicals have a long life, a substance generated by an external plasma source is introduced through a gas valve 411 through a pipe. Examples of the oxygen radical generating source include a helicon wave plasma combining a helical antenna and a magnetic field, and an inductively coupled plasma using an antenna having a small number of turns. Since these plasmas have a low discharge voltage, the lifetime of oxygen radicals is longer than that of other plasma generation methods, and it has been found that these plasmas are the most suitable plasma generation sources for achieving the object of the present invention.
In addition, since oxygen radicals can be generated at a low pressure, it was found that the radical stabilization effect in the substrate was extremely uniform even though the radicals were supplied from a pipe.
Also, it has been found that when stabilizing the p-Si surface with oxygen radicals, the substrate temperature is preferably about 100 ° C to 400 ° C. Thereby, stabilization in a relatively short time became possible.

【0043】次に図4(g)に示されるように、レーザ
ー結晶化チャンバーを再び真空排気し、真空を保ったま
まで基板をゲート絶縁膜成膜チャンバーへと搬送する。
ここでCVD法やPVD法などでゲート絶縁膜413を
形成する。本例では平行平板型rf放電PECVD法で
基板温度を350℃として平行平板電極419にrfを
印加することにより、120nmの酸化硅素膜を堆積す
る。原料ガスとしてはTEOS(Si−(O−CH2
CH34)と酸素(O2)の混合ガス418をもちい
た。一旦酸素で安定化させたp−Si表面はかなり安定
で、図1に示すようにゲート絶縁膜成膜前にパターニン
グの工程をとっても良いが、更に清浄な界面を形成する
ために連続でゲート絶縁膜を成膜する事はその効果があ
ることがわかった。
Next, as shown in FIG. 4G, the laser crystallization chamber is evacuated again, and the substrate is transferred to the gate insulating film formation chamber while maintaining the vacuum.
Here, the gate insulating film 413 is formed by a CVD method, a PVD method, or the like. In this example, a 120 nm silicon oxide film is deposited by applying rf to the parallel plate electrode 419 at a substrate temperature of 350 ° C. by a parallel plate rf discharge PECVD method. TEOS (Si— (O—CH 2
A mixed gas 418 of CH 3 ) 4 ) and oxygen (O 2 ) was used. The p-Si surface once stabilized with oxygen is quite stable, and a patterning process may be performed before forming the gate insulating film as shown in FIG. 1, but the gate insulating film is continuously formed to form a cleaner interface. It was found that forming a film had the effect.

【0044】引き続いて図4(i)に示されるように、
ゲート電極414となる薄膜をPVD法或いはCVD法
などで堆積する。通常はゲート電極とゲート配線は同一
材料にて同一工程で作られる為、この材質は電気抵抗が
低く、350℃程度の熱工程に対して安定である事が望
まれる。本例では膜厚が600nmのタンタル薄膜をス
パッタ法により形成する。タンタル薄膜を形成する際の
基板温度は180℃であり、スパッタガスとして窒素ガ
スを6.7%含むアルゴンガスを用いる。斯様に形成し
たタンタル薄膜は結晶構造がα構造と成っており、その
比抵抗は凡そ40μΩcmである。ゲート電極となる薄
膜を堆積後パターニングを行い、引き続いて図4(j)
に示されるように半導体膜に不純物イオン注入を行って
ソース・ドレイン領域415及びチャンネル領域を形成
する。この時ゲート電極がイオン注入のマスクとなって
いるため、チャンネルはゲート電極下のみに形成される
自己整合構造となる。イオン・ドーピング法の原料ガス
としては水素中に希釈された濃度0.1%程度から10
%程度のホスフィン(PH3)やジボラン(B26)等
の注入不純物元素の水素化物を用いる。本例ではNMO
S形成を目指し、イオン・ドーピング装置を用いて、水
素中に希釈された濃度5%のホスフィン(PH3)を加
速電圧100keVで注入する。PH3 +やH2 +イオンを
含むの全イオン注入量量は1×1016cm-2である。
Subsequently, as shown in FIG.
A thin film serving as the gate electrode 414 is deposited by a PVD method, a CVD method, or the like. Usually, the gate electrode and the gate wiring are made of the same material in the same process, so that this material is desired to have low electric resistance and to be stable to a heat process of about 350 ° C. In this example, a tantalum thin film having a thickness of 600 nm is formed by a sputtering method. The substrate temperature for forming the tantalum thin film is 180 ° C., and an argon gas containing 6.7% of a nitrogen gas is used as a sputtering gas. The thus formed tantalum thin film has an α-structure crystal structure, and its specific resistance is approximately 40 μΩcm. After depositing a thin film to be a gate electrode, patterning is performed, and subsequently, FIG.
As shown in (1), a source / drain region 415 and a channel region are formed by implanting impurity ions into the semiconductor film. At this time, since the gate electrode serves as a mask for ion implantation, the channel has a self-aligned structure formed only under the gate electrode. As a source gas for the ion doping method, a concentration of about 0.1% diluted in hydrogen to about 10% is used.
% Of a hydride of an implanted impurity element such as phosphine (PH 3 ) or diborane (B 2 H 6 ). In this example, NMO
In order to form S, phosphine (PH 3 ) having a concentration of 5% diluted in hydrogen is injected at an acceleration voltage of 100 keV using an ion doping apparatus. The total ion implantation amount including PH 3 + and H 2 + ions is 1 × 10 16 cm −2 .

【0045】次に図4(k)に示されるように、層間絶
縁膜416をCVD法或いはPVD法で形成する。本例
ではTEOS(Si−(O−CH2−CH34)と酸素
(O2)、水(H2O)を原料気体とし、希釈気体として
アルゴンを用いて基板表面温度300℃で500nmの
膜厚に成膜する。イオン注入と層間絶縁膜形成後、35
0℃程度以下の適当な熱環境下にて数十分から数時間の
熱処理を施して注入イオンの活性化及び層間絶縁膜の焼
き締めを行う。この熱処理温度は注入イオンを確実に活
性化する為にも250℃程度以上が好ましい。又層間絶
縁膜を効能的に焼き締めるには300℃以上の温度が好
ましい。通常ゲート絶縁膜と層間絶縁膜とではその膜品
質が異なっている。その為に層間絶縁膜形成後二つの絶
縁膜にコンタクトホールを開ける際、絶縁膜のエッチン
グ速度が違っているのが普通である。斯様な条件下では
コンタクトホールの形状が下方程広い逆テーパー状に成
ったり或いは庇が発生して仕舞い、その後電極形成した
時に電気的な導通がうまく取れない所謂接触不良の原因
となる。層間絶縁膜を効能的に焼き締めるとこうした接
触不良の発生を最小限に止められるので有る。本例では
露点が80℃の水蒸気を含んだ酸素雰囲気1気圧下にて
300℃1時間の熱処理を施す。単純な熱処理に比べ、
水蒸気を露点で35℃程度から100℃程度含んだ酸素
含有気体(酸素濃度は25%程度から100%が好まし
い)雰囲気下で圧力を0.5気圧程度から1.5気圧程
度として100℃程度から400℃程度の温度で熱処理
を30分程度から6時間程度行うと、酸化膜(下地保護
膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜等)の膜質改善が進み、
高電圧や高電流下でも安定に動作する信頼性の高いトラ
ンジスタが得られる。層間絶縁膜形成後図4(l)に示
されるように、ソース・ドレイン上にコンタクトホール
を開孔し、ソース・ドレイン取り出し電極417と配線
をPVD法やCVD法などで形成して薄膜トランジスタ
が完成する。
Next, as shown in FIG. 4K, an interlayer insulating film 416 is formed by a CVD method or a PVD method. In this example, TEOS (Si— (O—CH 2 —CH 3 ) 4 ), oxygen (O 2 ), and water (H 2 O) are used as source gases, and argon is used as a diluent gas, and the substrate surface temperature is 500 ° C. at 300 ° C. To a film thickness of After ion implantation and interlayer insulating film formation, 35
A heat treatment for several tens minutes to several hours is performed in an appropriate thermal environment of about 0 ° C. or less to activate the implanted ions and bake the interlayer insulating film. This heat treatment temperature is preferably about 250 ° C. or more in order to surely activate the implanted ions. In order to effectively bake the interlayer insulating film, a temperature of 300 ° C. or more is preferable. Normally, the film quality of the gate insulating film differs from that of the interlayer insulating film. Therefore, when contact holes are opened in the two insulating films after the formation of the interlayer insulating film, the etching rates of the insulating films are usually different. Under such conditions, the shape of the contact hole becomes inversely tapered as it goes downward, or an eave is formed, and the contact hole is cut off, which causes a so-called poor contact in which electrical conduction cannot be taken well when the electrode is formed. By effectively baking the interlayer insulating film, the occurrence of such contact failure can be minimized. In this example, heat treatment is performed at 300 ° C. for one hour under an atmosphere of oxygen containing steam having a dew point of 80 ° C. and 1 atm. Compared to simple heat treatment,
In an oxygen-containing gas atmosphere containing water vapor at a dew point of about 35 ° C. to about 100 ° C. (oxygen concentration is preferably about 25% to 100%), the pressure is set to about 0.5 to 1.5 atm. When the heat treatment is performed at a temperature of about 400 ° C. for about 30 minutes to about 6 hours, the quality of the oxide film (underlying protective film, gate insulating film, interlayer insulating film, etc.) is improved,
A highly reliable transistor which operates stably even under a high voltage or a high current can be obtained. After the formation of the interlayer insulating film, as shown in FIG. 4 (l), a contact hole is formed on the source / drain, and a source / drain extraction electrode 417 and a wiring are formed by a PVD method, a CVD method, or the like to complete a thin film transistor. I do.

【0046】以上述べて来た様に本願発明に依れば、安
価な汎用ガラス基板を用いようともレーザー結晶化後の
膜表面の安定化を酸素を用いて行うことによって優れた
MOS界面形成が実現可能となり、この技術を適応する
事で高性能な薄膜トランジスタや太陽電池と云った薄膜
半導体装置が製造されるので有る。
As described above, according to the present invention, even if an inexpensive general-purpose glass substrate is used, an excellent MOS interface can be formed by stabilizing the film surface after laser crystallization using oxygen. This technology can be realized, and by applying this technology, high-performance thin film semiconductor devices such as thin film transistors and solar cells can be manufactured.

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

【図1】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を示した
工程断面図。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.

【図2】レーザー結晶化時のレーザービーム照射方法。FIG. 2 shows a laser beam irradiation method during laser crystallization.

【図3】レーザー結晶化時のレーザービーム照射方法。FIG. 3 shows a laser beam irradiation method during laser crystallization.

【図4】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を示した
工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the thin film transistor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101...基板 102...下地絶縁膜 103...半導体膜 104...絶縁膜 106...石英窓 107...レーザー光 110...結晶化半導体膜 111...酸素ガスまたは酸素ラジカル 109...排気管 113...ゲート絶縁膜 114...ゲート電極 115...ソース、ドレイン領域 116...層間絶縁膜 117...ソース、ドレイン電極 101. . . Substrate 102. . . Base insulating film 103. . . Semiconductor film 104. . . Insulating film 106. . . Quartz window 107. . . Laser light 110. . . Crystallized semiconductor film 111. . . Oxygen gas or oxygen radical109. . . Exhaust pipe 113. . . Gate insulating film 114. . . Gate electrode 115. . . Source / drain region 116. . . Interlayer insulating film 117. . . Source and drain electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 627F ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/78 627F

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体薄膜にレーザービームを照射し結晶
化することによって能動層を形成する薄膜トランジスタ
の製造方法において、真空中で前記レーザービーム照射
をおこなった後、連続的に酸素ガス雰囲気中でレーザー
ビーム照射をおこなうことを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。
1. A method for manufacturing a thin film transistor, wherein an active layer is formed by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam to crystallize the semiconductor thin film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising performing beam irradiation.
【請求項2】半導体薄膜にレーザービームを照射し結晶
化することによって能動層を形成する薄膜トランジスタ
の製造方法において、真空中で前記レーザービーム照射
をおこなった後、連続的に酸素ラジカル雰囲気中でレー
ザービーム照射をおこなうことを特徴とする薄膜トラン
ジスタの製造方法。
2. A method of manufacturing a thin film transistor, wherein an active layer is formed by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam to crystallize the semiconductor thin film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising performing beam irradiation.
【請求項3】前記レーザービーム照射は同一箇所に対し
て複数回おこなうことを特徴とする請求項1または2記
載の薄膜トランジスタの製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the laser beam irradiation is performed a plurality of times on the same portion.
【請求項4】前記レーザービーム照射は、その照射エネ
ルギー密度が半導体薄膜が微結晶化を起こすエネルギー
を越えないようにおこなうことを特徴とする請求項1〜
3記載の薄膜トランジスタの製造方法。
4. The laser beam irradiation according to claim 1, wherein the irradiation energy density does not exceed the energy at which the semiconductor thin film causes microcrystallization.
4. The method for manufacturing a thin film transistor according to 3.
【請求項5】前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中
でのレーザービーム照射は同一箇所に対して最大でも3
0回であることを特徴とする請求項4記載の薄膜トラン
ジスタの製造方法。
5. The laser beam irradiation in the oxygen gas or oxygen radical atmosphere is performed at a maximum of 3 times on the same location.
5. The method according to claim 4, wherein the number of times is zero.
【請求項6】前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中
でのレーザービーム照射時の半導体薄膜温度が100℃
〜500℃であることを特徴とする請求項1〜5記載の
薄膜トランジスタの製造方法。
6. A semiconductor thin-film temperature of 100 ° C. when irradiating a laser beam in an oxygen gas or oxygen radical atmosphere.
The method for producing a thin film transistor according to claim 1, wherein the temperature is in the range of −500 ° C.
【請求項7】前記酸素ガスまたは酸素ラジカル雰囲気中
でのレーザービーム照射後、再び真空雰囲気とし、連続
的にゲート絶縁膜成膜をおこなうことを特徴とする請求
項1〜6記載の薄膜トランジスタの製造方法。
7. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein after the laser beam irradiation in the oxygen gas or oxygen radical atmosphere, the vacuum atmosphere is again established and the gate insulating film is continuously formed. Method.
【請求項8】前記レーザー照射の前処理として、弗酸処
理をおこなっていることを特徴とする請求項1〜7記載
の薄膜トランジスタの製造方法。
8. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a hydrofluoric acid treatment is performed as a pretreatment for said laser irradiation.
【請求項9】半導体薄膜にレーザービームを照射し結晶
化することによって能動層を形成する薄膜トランジスタ
の製造方法において、始めに真空中で前記レーザービー
ム照射をおこなった後、続けて酸素ラジカルに結晶化半
導体膜をさらすことを特徴とする薄膜トランジスタの製
造方法。
9. A method of manufacturing a thin film transistor in which an active layer is formed by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam to crystallize the semiconductor thin film, wherein the laser beam is first irradiated in a vacuum and then crystallized into oxygen radicals. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising exposing a semiconductor film.
【請求項10】前記酸素ラジカル処理中の半導体膜温度
は100℃〜400℃であることを特徴とする請求項9
記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. The semiconductor film temperature during the oxygen radical treatment is 100 ° C. to 400 ° C.
A method for manufacturing the thin film transistor according to the above.
【請求項11】前記酸素ラジカルはリモートプラズマに
よって発生させていることを特徴とする請求項2〜10
記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. The apparatus according to claim 2, wherein said oxygen radicals are generated by remote plasma.
A method for manufacturing the thin film transistor according to the above.
【請求項12】前記リモートプラズマはヘリコン波プラ
ズマまたは誘導結合型プラズマによって発生させている
ことを特徴とする請求項11記載の薄膜トランジスタの
製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein said remote plasma is generated by helicon wave plasma or inductively coupled plasma.
【請求項13】前記レーザー照射の前処理として、弗酸
処理をおこなっていることを特徴とする請求項9〜12
記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. A method according to claim 9, wherein a hydrofluoric acid treatment is performed as a pretreatment for said laser irradiation.
A method for manufacturing the thin film transistor according to the above.
【請求項14】前記酸素ラジカル処理後、真空を維持し
たままゲート絶縁膜成膜をおこなうことを特徴とする請
求項9〜13記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 9, wherein, after said oxygen radical treatment, a gate insulating film is formed while maintaining a vacuum.
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US6863733B1 (en) 1999-07-15 2005-03-08 Nec Corporation Apparatus for fabricating thin-film semiconductor device

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