JPH118196A - Semiconductor thin film and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor thin film and semiconductor device

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Publication number
JPH118196A
JPH118196A JP17315197A JP17315197A JPH118196A JP H118196 A JPH118196 A JP H118196A JP 17315197 A JP17315197 A JP 17315197A JP 17315197 A JP17315197 A JP 17315197A JP H118196 A JPH118196 A JP H118196A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
film
rod
semiconductor device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP17315197A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Otani
久 大谷
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Jun Koyama
潤 小山
Yasushi Ogata
靖 尾形
Shoji Miyanaga
昭治 宮永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication of JPH118196A publication Critical patent/JPH118196A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly efficiently semiconductor device which constitutes a high speed logic circuit, by a method wherein the plane orientation of a semiconductor thin film is formed into about 111} orientation, and the element other than silicon present in the film is selected from one or plurality of kinds selected from the elements other than carbon, nitride, oxygen and sulfur. SOLUTION: A base film is provided on a quartz substrate, an amorphous silicon film is formed, and the amorphous silicon film is heat treated using a catalytic element. After crystallization, the catalytic element is removed, and a crystalline semiconductor thin film is obtained. The crystalline semiconductor thin film is formed into crystal grains having the crystal face of orientation 111}, and the elements other than silicon contained in the film are formed by one or a plurality of kinds of elements selected from the elements other than carbon, nitride, oxygen and sulfur. As a result, a semiconductor thin film having the crystallinity equal to a single crystal semiconductor is manufactured and a highly performance semiconductor device which constitutes a high speed logic circuit can be obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜および
それを活性層とする半導体装置に関する。特に、半導体
薄膜として珪素を主成分とする材料を利用する場合の構
成に関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface and a semiconductor device using the same as an active layer. In particular, the present invention relates to a configuration in which a material containing silicon as a main component is used as a semiconductor thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁表面を有する基板上に形成さ
れた半導体薄膜(厚さ数百〜数千Å程度)を用いて薄膜
トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されてい
る。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電
子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッ
チング素子として開発が急がれている。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique of forming a thin film transistor (TFT) by using a semiconductor thin film (having a thickness of several hundred to several thousand degrees) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and are particularly rapidly developed as switching elements for image display devices.

【0003】例えば、液晶表示装置においてはマトリク
ス状に配列された画素領域を個々に制御する画素マトリ
クス回路、画素マトリクス回路を制御する駆動回路、さ
らに外部からのデータ信号を処理するロジック回路(プ
ロセッサ回路やメモリ回路など)等のあらゆる電気回路
にTFTを応用する試みがなされている。
For example, in a liquid crystal display device, a pixel matrix circuit for individually controlling pixel areas arranged in a matrix, a driving circuit for controlling the pixel matrix circuit, and a logic circuit (processor circuit) for processing an external data signal Attempts have been made to apply TFTs to any electric circuit such as a semiconductor device and a memory circuit.

【0004】現状においては、活性層として非晶質シリ
コン膜(アモルファスシリコン膜)を用いたTFTが実
用化されているが、駆動回路やロジック回路などの様
に、さらなる高速動作性能を求められる電気回路には、
結晶シリコン膜(ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜
等)を利用したTFTが必要とされる。
At present, TFTs using an amorphous silicon film (amorphous silicon film) as an active layer have been put into practical use. In the circuit,
A TFT using a crystalline silicon film (polysilicon film, polycrystalline silicon film, etc.) is required.

【0005】例えば、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形
成する方法としては、本出願人による特開平7-130652号
公報、特開平8-78329 号公報に記載された技術が公知で
ある。これらの公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の
結晶化を助長する触媒元素を利用することにより、500
〜600 ℃、4時間程度の加熱処理によって結晶性の優れ
た結晶シリコン膜を形成することを可能とするものであ
る。
For example, as a method for forming a crystalline silicon film on a glass substrate, the techniques described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-130652 and Hei 8-78329 by the present applicant are known. The techniques described in these publications use a catalyst element that promotes crystallization of an amorphous silicon film, thereby providing 500
It is possible to form a crystalline silicon film having excellent crystallinity by heat treatment at about 600 ° C. for about 4 hours.

【0006】特に、特開平8-78329 に記載された技術は
上記技術を応用して基板面とほぼ平行な結晶成長を行わ
すものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に
横成長領域(またはラテラル成長領域)と呼んでいる。
In particular, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78329 is to grow the crystal substantially parallel to the substrate surface by applying the above-mentioned technique. It is called the growth area (or lateral growth area).

【0007】しかし、この様なTFTを用いて駆動回路
を構成してもまだまだ要求される性能を完全に満たすに
は及ばない。特に、メガヘルツからギガヘルツにかけて
の極めて高速な動作を要求する高速ロジック回路を従来
のTFTで構成することは不可能なのが現状である。
However, even if a driving circuit is formed using such TFTs, the required performance is still not completely satisfied. In particular, it is impossible at present to configure a high-speed logic circuit that requires an extremely high-speed operation from megahertz to gigahertz with a conventional TFT.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、これま
で結晶粒界を有する結晶性珪素膜(多結晶珪素膜と呼ば
れる)の結晶性を向上させるために様々な思考錯誤を繰
り返してきた。セミアモルファス半導体(特開昭57-160
121 号公報等)やモノドメイン半導体(特開平8-139019
号公報等)などが挙げられる。
The present inventors have repeated various thoughts and errors in order to improve the crystallinity of a crystalline silicon film having a crystal grain boundary (called a polycrystalline silicon film). . Semi-amorphous semiconductor (JP-A-57-160
No. 121, etc.) and mono-domain semiconductors (JP-A-8-139019)
Publication).

【0009】上記公報に記載された半導体膜に共通の概
念は、結晶粒界の実質的な無害化にある。即ち、結晶粒
界を実質的になくし、キャリア(電子または正孔)の移
動を円滑に行わせることが最大の課題であった。
The concept common to the semiconductor films described in the above publication is that the grain boundaries are substantially rendered harmless. That is, the biggest problem was to substantially eliminate crystal grain boundaries and to smoothly move carriers (electrons or holes).

【0010】しかしながら、上記公報に記載された半導
体膜をもってしてもロジック回路が要求する高速動作を
行うには不十分と言える。即ち、ロジック回路を内蔵し
たシステム・オン・パネルを実現するためには、従来に
ない全く新しい材料の開発が求められているのである。
[0010] However, it can be said that the semiconductor film described in the above publication is insufficient for performing the high-speed operation required by the logic circuit. That is, in order to realize a system-on-panel with a built-in logic circuit, it is required to develop a completely new material that has never existed before.

【0011】本願発明は、その様な要求に答えるもので
あり、従来のTFTでは作製不可能であった様な高速ロ
ジック回路を構成しうる極めて高性能な半導体装置を実
現するための半導体薄膜を提供することを課題とする。
また、その様な半導体薄膜を利用した半導体装置を提供
することを課題とする。
The present invention meets such a demand, and a semiconductor thin film for realizing an extremely high-performance semiconductor device capable of forming a high-speed logic circuit, which cannot be manufactured by a conventional TFT, is provided. The task is to provide.
Another object is to provide a semiconductor device using such a semiconductor thin film.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒
状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、面方位は
概略{111}配向であり、且つ、珪素以外で膜中に存
在する元素は少なくともC(炭素)、N(窒素)、O
(酸素)及びS(硫黄)以外の元素から選ばれた一種ま
たは複数種の元素であることを特徴とする。
The structure of the invention disclosed in this specification is a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, and has a plane orientation of approximately {111}.元素 Elements that are oriented and present in the film other than silicon are at least C (carbon), N (nitrogen), O
It is one or more elements selected from elements other than (oxygen) and S (sulfur).

【0013】また、他の発明の構成は、上記構成におい
て珪素以外で膜中に存在する元素とは、Ni(ニッケ
ル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pd(パラジウ
ム)、Pt(白金)、Cu(銅)、Au(金)から選ば
れた一種または複数種の元素であり、且つ、当該元素の
濃度は 5×1017atoms/cm3 以下(または0.001atomic%以
下)であることを特徴とする。
In another aspect of the invention, the elements present in the film other than silicon include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pd (palladium), and Pt (platinum). ), Cu (copper) or Au (gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (or 0.001 atomic% or less). It is characterized by.

【0014】また、他の発明の構成は、珪素を主成分と
する複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半
導体薄膜であって、面方位は概略{111}配向であ
り、且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)、O
(酸素)及びS(硫黄)の濃度はSIMSによる検出下
限以下であることを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the plane orientation is substantially {111} orientation, and C (carbon), N (nitrogen), O
It is characterized in that the concentrations of (oxygen) and S (sulfur) are below the lower limit of detection by SIMS.

【0015】また、他の発明の構成は、珪素を主成分と
する複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半
導体薄膜であって、面方位は概略{111}配向であ
り、且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)及び
S(硫黄)の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満(または0.
01atomic% 未満)であり、且つ、膜中に存在するO(酸
素)の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満(または0.03at
omic% 未満)であることを特徴とする。
According to another aspect of the invention, there is provided a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the plane orientation is substantially {111} orientation, and The concentration of C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) present therein is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (or
01 atomic%) and the concentration of O (oxygen) present in the film is less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 (or 0.03 atomic%).
omic%).

【0016】また、他の発明の構成は、珪素を主成分と
する複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半
導体薄膜であって、面方位は概略{111}配向であ
り、且つ、任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性
があることを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the plane orientation is substantially {111} orientation, and Most of the crystal lattices are characterized by having continuity at the crystal grain boundaries.

【0017】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、面方位
は概略{111}配向であり、且つ、任意の結晶粒界を
横切る様にして観測される格子縞の殆どが、前記結晶粒
界を形成する異なる結晶粒間で直線的に連続しているこ
とを特徴とする。
A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, having a plane orientation of substantially {111} orientation and crossing an arbitrary crystal grain boundary. Most of the observed lattice fringes are characterized by being linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary.

【0018】なお、上記全ての構成において、概略{1
11}配向であることは本発明者らが定義する{11
1}配向比率が0.9以上であることを意味する。
Incidentally, in all of the above-mentioned configurations, the approximate $ 1
The 11} orientation is defined by the present inventors as {11}.
It means that the 1} orientation ratio is 0.9 or more.

【0019】また、上記構成の半導体薄膜を用いて作製
した半導体装置は、従来からICを構成するIGFET
に匹敵する或いは凌駕する極めて高い性能を有し、且
つ、高い信頼性を備えたものである。
A semiconductor device manufactured by using the semiconductor thin film having the above-described structure is a conventional IGFET that constitutes an IC.
It has extremely high performance comparable to or surpasses and has high reliability.

【0020】以上のような本発明の構成について、以下
に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととす
る。
The configuration of the present invention as described above will be described in detail with reference to embodiments described below.

【0021】[0021]

【実施例】 〔実施例1〕本実施例では、本願発明である半導体薄膜
およびそれを活性層とした半導体装置(具体的にはTF
T)の作製工程について説明する。また、作製工程の説
明の後には、本願発明のTFTについて、結晶構造およ
び電気特性の観点から得られた知見について説明する。
[Embodiment 1] In this embodiment, a semiconductor thin film according to the present invention and a semiconductor device using the same as an active layer (specifically, TF
The manufacturing process T) will be described. After the description of the manufacturing process, knowledge obtained from the viewpoint of the crystal structure and the electrical characteristics of the TFT of the present invention will be described.

【0022】まず、絶縁表面を有する基板として石英基
板100上に下地膜101を設けた基板を準備する。下
地膜101はプラズマCVD法やスパッタCVD法によ
り形成すれば良い。なお、後述するが本実施例で用いる
下地膜はLAL500というエッチャントに対するエッ
チングレートが50nm/min以上のものを用いる。
First, as a substrate having an insulating surface, a substrate having a base film 101 provided on a quartz substrate 100 is prepared. The base film 101 may be formed by a plasma CVD method or a sputtering CVD method. As will be described later, the base film used in this embodiment has an etching rate of 50 nm / min or more for an etchant called LAL500.

【0023】また、石英基板の代わりにセラミックス基
板、シリコン基板またはサファイア基板などを用いるこ
とも可能である。
In addition, a ceramic substrate, a silicon substrate, a sapphire substrate, or the like can be used instead of the quartz substrate.

【0024】102は非晶質珪素膜であり、最終的な膜
厚(熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚)が10〜75nm(好
ましくは15〜45nm)となる様に調節する。成膜は減圧熱
CV法で行い、下記条件に従って行う。 成膜温度:465 ℃ 成膜圧力:0.5torr 成膜ガス:He(ヘリウム)300sccm Si26 (ジシラン)250sccm
Numeral 102 denotes an amorphous silicon film, which is adjusted so that the final film thickness (thickness in consideration of film reduction after thermal oxidation) is 10 to 75 nm (preferably 15 to 45 nm). The film is formed by the reduced pressure thermal CV method under the following conditions. Film forming temperature: 465 ° C. Film forming pressure: 0.5 torr Film forming gas: He (helium) 300 sccm Si 2 H 6 (disilane) 250 sccm

【0025】なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管
理を徹底的に行うことが重要である。本実施例の場合、
非晶質珪素膜102中では結晶化を阻害する不純物であ
るC(炭素)、N(窒素)、S(硫黄)の濃度はいずれ
も 5×1018atoms/cm3 未満、O(酸素)は 1.5×1019at
oms/cm3 未満となる様に管理している。
It is important to thoroughly control the impurity concentration in the film when forming the film. In the case of this embodiment,
In the amorphous silicon film 102, the concentrations of C (carbon), N (nitrogen), and S (sulfur), which are impurities that inhibit crystallization, are all less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , and O (oxygen) is 1.5 × 10 19 at
It is managed to be less than oms / cm 3 .

【0026】なぜならば各不純物がこれ以上の濃度で存
在すると、結晶化の際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜
質を低下させる原因となるからである。
This is because, if each impurity is present at a concentration higher than this, it will have an adverse effect on crystallization and cause deterioration of the film quality after crystallization.

【0027】本実施例で用いる減圧熱CVD炉は、定期
的にドライクリーニングを行い、成膜室の清浄化を図っ
ている。ドライクリーニングは、 200〜400 ℃程度に加
熱した炉内に 100〜300sccm のClF3 (フッ化塩素)
ガスを流し、熱分解によって生成したフッ素によって成
膜室のクリーニングを行う。
In the low pressure thermal CVD furnace used in this embodiment, dry cleaning is periodically performed to purify the film forming chamber. Dry cleaning is 100-300 sccm ClF 3 (chlorine fluoride) in a furnace heated to about 200-400 ° C.
A gas is flowed, and the film formation chamber is cleaned with fluorine generated by thermal decomposition.

【0028】なお、炉内温度300 ℃とし、ClF3 (フ
ッ化塩素)ガスの流量を300sccm とした場合、約2μm
厚の付着物(主に珪素を主成分する)を4時間で完全に
除去することができた。
When the furnace temperature is 300 ° C. and the flow rate of ClF 3 (chlorine fluoride) gas is 300 sccm, about 2 μm
Thick deposits (mainly composed mainly of silicon) could be completely removed in 4 hours.

【0029】また、非晶質珪素膜102中の水素濃度も
非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑え
た方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、
非晶質珪素膜102の成膜は減圧熱CVD法であること
が好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズ
マCVD法を用いることも可能である。
Further, the hydrogen concentration in the amorphous silicon film 102 is also a very important parameter, and it seems that a film having good crystallinity can be obtained by keeping the hydrogen content low. for that reason,
The formation of the amorphous silicon film 102 is preferably performed by a low pressure thermal CVD method. Note that the plasma CVD method can be used by optimizing the film formation conditions.

【0030】次に、非晶質珪素膜102の結晶化工程を
行う。結晶化の手段としては本発明者による特開平7-13
0652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例1およ
び実施例2のどちらの手段でも良いが、本願発明では実
施例2に記載した技術内容(特開平8-78329 号公報に詳
しい)を利用するのが好ましい。
Next, a crystallization step of the amorphous silicon film 102 is performed. As a means of crystallization, JP-A-7-13 by the present inventor
The technique described in Japanese Patent Publication No. 0652 is used. Either of the means of Embodiment 1 and Embodiment 2 of the publication may be used, but in the present invention, it is preferable to use the technical contents described in Embodiment 2 (detailed in JP-A-8-78329).

【0031】特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず
触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜103を形
成する。マスク絶縁膜103は触媒元素を添加するため
に複数箇所の開口部を有している。この開口部の位置に
よって結晶領域の位置を決定することができる。
In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78329, first, a mask insulating film 103 for selecting a region to which a catalytic element is added is formed. The mask insulating film 103 has a plurality of openings for adding a catalytic element. The position of the crystal region can be determined by the position of the opening.

【0032】そして、非晶質珪素膜の結晶化を助長する
触媒元素としてニッケル(Ni)を含有した溶液をスピ
ンコート法により塗布し、Ni含有層104を形成す
る。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバル
ト(Co)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、白金
(Pt)、銅(Cu)、金(Au)等を用いることがで
きる。(図1(A))
Then, a solution containing nickel (Ni) as a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film is applied by a spin coating method to form a Ni-containing layer 104. In addition, besides nickel, cobalt (Co), iron (Fe), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au) and the like can be used in addition to nickel. (Fig. 1 (A))

【0033】また、上記触媒元素の添加工程は、レジス
トマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピ
ング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占
有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易とな
るので、微細化した回路を構成する際に有効な技術とな
る。
In the step of adding the catalyst element, an ion implantation method using a resist mask or a plasma doping method can be used. In this case, the reduction of the occupied area of the addition region and the control of the growth distance of the lateral growth region are facilitated, so that this is an effective technique when configuring a miniaturized circuit.

【0034】次に、触媒元素の添加工程が終了したら、
450 ℃1時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素
雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃(代表
的には 550〜650 ℃)の温度で 4〜24時間の加熱処理を
加えて非晶質珪素膜102の結晶化を行う。本実施例で
は窒素雰囲気で570 ℃14時間の加熱処理を行う。
Next, when the step of adding the catalyst element is completed,
After releasing hydrogen at 450 ° C for about 1 hour, heat treatment is performed in an inert atmosphere, a hydrogen atmosphere, or an oxygen atmosphere at a temperature of 500 to 700 ° C (typically 550 to 650 ° C) for 4 to 24 hours. The crystalline silicon film 102 is crystallized. In this embodiment, heat treatment is performed at 570 ° C. for 14 hours in a nitrogen atmosphere.

【0035】この時、非晶質珪素膜102の結晶化はニ
ッケルを添加した領域105で発生した核から優先的に
進行し、基板101の基板面に対してほぼ平行に成長し
た結晶領域106が形成される。本発明者らはこの結晶
領域106を横成長領域と呼んでいる。横成長領域は比
較的揃った状態で個々の結晶が集合しているため、全体
的な結晶性に優れるという利点がある。(図1(B))
At this time, the crystallization of the amorphous silicon film 102 proceeds preferentially from the nucleus generated in the nickel-added region 105, and the crystal region 106 grown almost parallel to the substrate surface of the substrate 101 is formed. It is formed. The present inventors call this crystal region 106 a lateral growth region. Since the individual crystals are aggregated in a relatively uniform state in the lateral growth region, there is an advantage that the overall crystallinity is excellent. (FIG. 1 (B))

【0036】なお、上述の特開平7-130652号公報の実施
例1に記載された技術を用いた場合も微視的には横成長
領域と呼びうる領域が形成されている。しかしながら、
核発生が面内において不均一に起こるので結晶粒界の制
御性の面で難がある。
When the technique described in the first embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130652 is used, a region which can be microscopically called a lateral growth region is formed. However,
Since nucleation occurs unevenly in the plane, there is a difficulty in controllability of crystal grain boundaries.

【0037】また、上述の結晶化温度及び結晶化時間は
非晶質珪素膜102の膜質を鑑みて決定されたものであ
る。減圧熱CVD法で作製した非晶質珪素膜を特開平8-
78329 号公報記載の技術で結晶化する場合、570 ℃以上
の温度では自然核発生が生じてしまい、横成長領域の成
長を阻害してしまう恐れがある。また、この温度では少
なくとも12時間(好ましくは14時間)の結晶化時間
が必要である。
The above-described crystallization temperature and crystallization time are determined in consideration of the film quality of the amorphous silicon film 102. An amorphous silicon film produced by a low pressure thermal CVD method is disclosed in
In the case of crystallization by the technique described in Patent Publication No. 78329, at a temperature of 570 ° C. or higher, natural nuclei are generated, which may hinder the growth of the lateral growth region. At this temperature, a crystallization time of at least 12 hours (preferably 14 hours) is required.

【0038】ましてやプラズマCVD法により水素含有
量の多い条件で作製された非晶質珪素膜は、自然核発生
温度がさらに20℃近くも低いため、それに応じて結晶
化温度を決定しなければならない。
Furthermore, since the amorphous silicon film formed by the plasma CVD method under a condition having a large hydrogen content has a spontaneous nucleation temperature as low as about 20 ° C., the crystallization temperature must be determined accordingly. .

【0039】なお、これらの知見に関する報告は、本発
明者らによる特願平9-78979 号の出願明細書に記載して
ある。
A report on these findings is described in the specification of Japanese Patent Application No. 9-78979 by the present inventors.

【0040】この様に、本願発明では水素含有量やC、
N、O、Sといった不純物元素の含有量を厳しく管理し
た非晶質珪素膜を出発膜として用い、且つ、その膜質を
鑑みて結晶化条件を決定している点にも特徴がある。
As described above, in the present invention, the hydrogen content, C,
Another feature is that an amorphous silicon film in which the contents of impurity elements such as N, O, and S are strictly controlled is used as a starting film, and crystallization conditions are determined in consideration of the film quality.

【0041】結晶化のための加熱処理が終了したら、マ
スク絶縁膜103を除去してパターニングを行い、横成
長領域106のみでなる島状半導体層(活性層)107
を形成する。
After the heat treatment for crystallization is completed, the mask insulating film 103 is removed and patterning is performed, and an island-like semiconductor layer (active layer) 107 including only the lateral growth region 106 is formed.
To form

【0042】次に、珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁
膜108を形成する。ゲイト絶縁膜108の膜厚は後の
熱酸化工程による増加分も考慮して20〜250nm の範囲で
調節すれば良い。また、成膜方法は公知の気相法(プラ
ズマCVD法、スパッタ法等)を用いれば良い。
Next, a gate insulating film 108 made of an insulating film containing silicon is formed. The thickness of the gate insulating film 108 may be adjusted in the range of 20 to 250 nm in consideration of the increase due to the subsequent thermal oxidation step. As a film formation method, a known gas phase method (a plasma CVD method, a sputtering method, or the like) may be used.

【0043】次に、図1(C)に示す様に触媒元素(ニ
ッケル)を除去または低減するための加熱処理(触媒元
素のゲッタリングプロセス)を行う。この加熱処理は処
理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素によ
る金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。
Next, as shown in FIG. 1C, a heat treatment (a catalytic element gettering process) for removing or reducing the catalytic element (nickel) is performed. In this heat treatment, a halogen element is contained in the treatment atmosphere, and the gettering effect of the metal element by the halogen element is used.

【0044】なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効
果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超え
る温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理
雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタ
リング効果が得られなくなる恐れがある。
In order to sufficiently obtain the gettering effect by the halogen element, it is preferable to perform the above heat treatment at a temperature exceeding 700 ° C. Below this temperature, the decomposition of the halogen compound in the processing atmosphere becomes difficult, and the gettering effect may not be obtained.

【0045】そのため本実施例ではこの加熱処理を700
℃を超える温度で行い、好ましくは800 〜1000℃(代表
的には950 ℃)とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的に
は 0.5〜 1hrとする。
Therefore, in this embodiment, this heat treatment is performed
The reaction is carried out at a temperature higher than 800C, preferably 800 to 1000C (typically 950C), and the treatment time is 0.1 to 6 hours, typically 0.5 to 1 hour.

【0046】なお、本実施例では酸素雰囲気中に対して
塩化水素(HCl)を0.5 〜10体積%(本実施例では3
体積%)の濃度で含有させた雰囲気中において、950
℃、30分の加熱処理を行う例を示す。HCl濃度を上記
濃度以上とすると、活性層107の表面に膜厚程度の凹
凸が生じてしまうため好ましくない。
In this embodiment, hydrogen chloride (HCl) is 0.5 to 10% by volume with respect to the oxygen atmosphere (3% in this embodiment).
Volume%) in an atmosphere containing
An example in which heat treatment is performed at 30 ° C. for 30 minutes will be described. If the HCl concentration is higher than the above-mentioned concentration, the surface of the active layer 107 will be uneven because of the thickness of the film, which is not preferable.

【0047】また、ハロゲン元素を含む化合物してHC
lガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、
代表的にはHF、NF3 、HBr、Cl2 、ClF3
BCl3 、F2 、Br2 等のハロゲンを含む化合物から
選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来
る。
The compound containing a halogen element is HC
Although the example using 1 gas was shown, as other gas,
Typically, HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF 3 ,
One or more compounds selected from compounds containing halogen such as BCl 3 , F 2 and Br 2 can be used.

【0048】この工程においては活性層107中のニッ
ケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩
化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去されると考え
られる。そして、この工程により活性層107中のニッ
ケルの濃度は 5×1017atoms/cm3 以下にまで低減され
る。
In this step, it is considered that nickel in the active layer 107 is gettered by the action of chlorine, becomes volatile nickel chloride, escapes to the atmosphere and is removed. By this step, the concentration of nickel in the active layer 107 is reduced to 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

【0049】なお、本明細書中における各元素の濃度
は、SIMS測定結果から得られる最小値をもって定義
している。ただし、膜界面等の様に測定誤差の大きい領
域における濃度は測定結果として考慮しない。
The concentration of each element in this specification is defined by the minimum value obtained from the SIMS measurement result. However, the concentration in a region having a large measurement error such as a film interface is not considered as a measurement result.

【0050】ただし、上述の 5×1017atoms/cm3 という
値はSIMS(質量二次イオン分析)測定におけるニッ
ケルの検出下限である。本発明者らが試作したTFTを
解析した結果、 1×1018atoms/cm3 以下(好ましくは 5
×1017atoms/cm3 以下)ではTFT特性に対するニッケ
ルの影響は確認されなかった。
However, the value of 5 × 10 17 atoms / cm 3 is the lower limit of nickel detection in SIMS (Mass Secondary Ion Analysis). As a result of analyzing a TFT prototyped by the present inventors, 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less (preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less)
× 10 17 atoms / cm 3 or less), the effect of nickel on the TFT characteristics was not confirmed.

【0051】また、上記加熱処理により活性層107と
ゲイト絶縁膜108の界面では熱酸化反応が進行し、熱
酸化膜の分だけゲイト絶縁膜108の膜厚は増加する。
この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界面準位の
少ない半導体/絶縁膜界面を得ることができる。また、
活性層端部における熱酸化膜の形成不良(エッジシニン
グ)を防ぐ効果もある。
The heat treatment causes a thermal oxidation reaction to proceed at the interface between the active layer 107 and the gate insulating film 108, and the thickness of the gate insulating film 108 increases by the amount of the thermal oxide film.
When the thermal oxide film is formed in this manner, a semiconductor / insulating film interface having very few interface states can be obtained. Also,
There is also an effect of preventing poor formation (edge thinning) of a thermal oxide film at the end of the active layer.

【0052】さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱
処理を施した後に、窒素雰囲気中で950 ℃ 1時間程度の
加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜108の膜質の
向上を図ることも有効である。
Further, it is also effective to improve the film quality of the gate insulating film 108 by performing a heat treatment at 950 ° C. for about 1 hour in a nitrogen atmosphere after the heat treatment in the halogen atmosphere.

【0053】なお、SIMS分析により活性層107中
にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素が 1×10
15〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で残存することも確認さ
れている。また、その際、活性層107と加熱処理によ
って形成される熱酸化膜との間に前述のハロゲン元素が
高濃度に分布することがSIMS分析によって確かめら
れている。
According to the SIMS analysis, the active layer 107 contains 1 × 10 halogen elements used for the gettering process.
It has been confirmed that it remains at a concentration of 15 to 1 × 10 20 atoms / cm 3 . At this time, it has been confirmed by SIMS analysis that the above-mentioned halogen element is distributed at a high concentration between the active layer 107 and the thermal oxide film formed by the heat treatment.

【0054】また、他の元素についてもSIMS分析を
行った結果、C(炭素)、N(窒素)、S(硫黄)はい
ずれも 5×1018atoms/cm3 未満、O(酸素)は 1.5×10
19atoms/cm3 未満であることが確認された。
As a result of SIMS analysis of other elements, C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) were all less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , and O (oxygen) was 1.5 × 10
It was confirmed that it was less than 19 atoms / cm 3 .

【0055】次に、図示しないアルミニウムを主成分と
する金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト
電極の原型109を形成する。本実施例では2wt% のス
カンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。なお、
これ以外にもタンタル膜、導電性を有する珪素膜等を用
いることもできる。(図1(D))
Next, a metal film mainly composed of aluminum (not shown) is formed, and a gate electrode prototype 109 is formed by patterning. In this embodiment, an aluminum film containing 2 wt% of scandium is used. In addition,
Alternatively, a tantalum film, a conductive silicon film, or the like can be used. (Fig. 1 (D))

【0056】ここで本発明者らによる特開平7-135318号
公報記載の技術を利用する。同公報には、陽極酸化によ
り形成した酸化膜を利用して自己整合的にソース/ドレ
イン領域と低濃度不純物領域とを形成する技術が開示さ
れている。
Here, the technique described in JP-A-7-135318 by the present inventors is used. This publication discloses a technique for forming a source / drain region and a low-concentration impurity region in a self-aligned manner by using an oxide film formed by anodic oxidation.

【0057】まず、アルミニウム膜のパターニングに使
用したレジストマスク(図示せず)を残したまま3%シ
ュウ酸水溶液中で陽極酸化処理を行い、多孔性の陽極酸
化膜110を形成する。
First, anodization is performed in a 3% oxalic acid aqueous solution while leaving a resist mask (not shown) used for patterning the aluminum film, to form a porous anodic oxide film 110.

【0058】この多孔性の陽極酸化膜110は時間に比
例して膜厚が増加する。また、上面にレジストマスクが
残っているのでゲイト電極の原型109の側面のみに形
成される。なお、特開平7-135318号公報記載の技術で
は、この膜厚が後に低濃度不純物領域(LDD領域とも
呼ばれる)の長さになる。本実施例では膜厚が700 nmと
なる様な条件で陽極酸化処理を行う。
The thickness of the porous anodic oxide film 110 increases in proportion to time. Also, since the resist mask remains on the upper surface, it is formed only on the side surface of the prototype 109 of the gate electrode. In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-135318, this film thickness later becomes the length of the low-concentration impurity region (also called the LDD region). In this embodiment, the anodic oxidation treatment is performed under the condition that the film thickness becomes 700 nm.

【0059】次に、図示しないレジストマスクを除去し
た後、エチレングリコール溶液に3%の酒石酸を混合し
た電解溶液中で陽極酸化処理を行う。この処理では緻密
な無孔性の陽極酸化膜111が形成される。なお、多孔
性の陽極酸化膜の内部にも電解溶液が浸透するので、そ
の内側にも形成される。
Next, after removing a resist mask (not shown), anodizing is performed in an electrolytic solution obtained by mixing 3% tartaric acid with an ethylene glycol solution. In this process, a dense nonporous anodic oxide film 111 is formed. Since the electrolytic solution also penetrates inside the porous anodic oxide film, it is also formed inside the porous anodic oxide film.

【0060】この無孔性の陽極酸化膜111は印加する
電圧に応じて膜厚が決定する。本実施例では、100 nm程
度の膜厚で形成される様に印加電圧を80Vとして陽極酸
化処理を行う。
The thickness of the nonporous anodic oxide film 111 is determined according to the applied voltage. In this embodiment, the anodic oxidation treatment is performed at an applied voltage of 80 V so as to form a film having a thickness of about 100 nm.

【0061】そして、上述の2回に渡る陽極酸化処理の
後に残ったアルミニウム膜112が実質的にゲイト電極
として機能する。
The aluminum film 112 remaining after the above-described two anodic oxidation processes substantially functions as a gate electrode.

【0062】こうして図1(E)の状態が得られたら、
次にゲイト電極112、多孔性の陽極酸化膜110をマ
スクとしてゲイト絶縁膜108をドライエッチング法に
よりエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜11
0を除去する。こうして形成されるゲイト絶縁膜113
の端部は多孔性の陽極酸化膜110の膜厚分だけ露出し
た状態となる。(図2(A))
When the state shown in FIG. 1E is obtained,
Next, the gate insulating film 108 is etched by a dry etching method using the gate electrode 112 and the porous anodic oxide film 110 as a mask. Then, the porous anodic oxide film 11
Remove 0. Gate insulating film 113 thus formed
Are exposed by the thickness of the porous anodic oxide film 110. (Fig. 2 (A))

【0063】次に、一導電性を付与する不純物元素の添
加工程を行う。不純物元素としてはN型ならばP(リ
ン)またはAs(砒素)、P型ならばB(ボロン)を用
いれば良い。
Next, a step of adding an impurity element imparting one conductivity is performed. As an impurity element, P (phosphorus) or As (arsenic) may be used for N type, and B (boron) may be used for P type.

【0064】本実施例では、まず1回目の不純物添加を
高加速電圧で行い、n- 領域114、115を形成す
る。この時、加速電圧が80keV 程度と高いので不純物元
素は活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部
の下にも添加される。このn-領域114、115は不
純物濃度が 1×1018〜 1×1019atoms/cm3 となる様に調
節する。(図2(B))
In the present embodiment, first, the first impurity addition is performed at a high accelerating voltage to form n regions 114 and 115. At this time, since the accelerating voltage is as high as about 80 keV, the impurity element is added not only on the surface of the active layer but also below the end of the exposed gate insulating film. The n regions 114 and 115 are adjusted so that the impurity concentration becomes 1 × 10 18 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 . (FIG. 2 (B))

【0065】さらに、2回目の不純物添加を低加速電圧
で行い、n+ 領域116、117を形成する。この時は
加速電圧が10keV 程度と低いのでゲイト絶縁膜がマスク
として機能する。また、このn+ 領域116、117は
シート抵抗が 500Ω以下(好ましくは 300Ω以下)とな
る様に調節する。(図2(C))
Further, the second impurity addition is performed at a low acceleration voltage to form n + regions 116 and 117. At this time, since the acceleration voltage is as low as about 10 keV, the gate insulating film functions as a mask. Also, the n + regions 116 and 117 are adjusted so that the sheet resistance becomes 500Ω or less (preferably 300Ω or less). (Fig. 2 (C))

【0066】以上の工程で形成された不純物領域は、n
+ 領域がソース領域116、ドレイン領域117とな
り、n- 領域が低濃度不純物領域118となる。また、
ゲイト電極直下の領域は不純物元素が添加されず、実質
的に真性なチャネル形成領域119となる。
The impurity region formed in the above steps has n
The + region becomes the source region 116 and the drain region 117, and the n region becomes the low concentration impurity region 118. Also,
The region immediately below the gate electrode is substantially free from the impurity element and becomes a substantially intrinsic channel forming region 119.

【0067】なお、低濃度不純物領域118はチャネル
形成領域119とドレイン領域117との間にかかる高
電界を緩和する効果があり、LDD(ライトドープドレ
イン)領域とも呼ばれる。
The low-concentration impurity region 118 has an effect of relaxing a high electric field applied between the channel formation region 119 and the drain region 117, and is also called an LDD (lightly doped drain) region.

【0068】以上の様にして活性層が完成したら、ファ
ーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等
の組み合わせによって不純物元素の活性化を行う。それ
と同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
When the active layer is completed as described above, the impurity element is activated by a combination of furnace annealing, laser annealing, lamp annealing and the like. At the same time, the damage of the active layer in the addition step is also repaired.

【0069】次に、層間絶縁膜120を500 nmの厚さに
形成する。層間絶縁膜120としては酸化珪素膜、窒化
珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜、或いはそれら
の積層膜を用いることができる。
Next, an interlayer insulating film 120 is formed to a thickness of 500 nm. As the interlayer insulating film 120, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an organic resin film, or a stacked film thereof can be used.

【0070】なお、有機性樹脂膜としてはポリイミド、
アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド等が用いられ
る。有機性樹脂膜の利点は、成膜方法が簡単である
点、容易に膜厚を厚くできる点、比誘電率が低いの
で寄生容量を低減できる点、平坦性に優れている点な
どが挙げられる。
The organic resin film is made of polyimide,
Acrylic, polyamide, polyimide amide and the like are used. The advantages of the organic resin film are that the film formation method is simple, the film thickness can be easily increased, the parasitic capacitance can be reduced because the relative dielectric constant is low, and the flatness is excellent. .

【0071】次に、コンタクトホールを形成した後、ソ
ース電極121、ドレイン電極122を形成する。最後
に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で1〜2時間加熱
し、素子全体の水素化を行うことで膜中(特に活性層
中)のダングリングボンド(不対結合手)を終端する。
Next, after forming a contact hole, a source electrode 121 and a drain electrode 122 are formed. Finally, the entire substrate is heated in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 to 2 hours to hydrogenate the entire device, thereby terminating dangling bonds (unpaired bonds) in the film (especially in the active layer).

【0072】以上の工程によって、図2(D)に示す様
な構造のTFTを作製することができる。以下に、こう
して得られたTFTの特徴について述べる。
Through the above steps, a TFT having a structure as shown in FIG. 2D can be manufactured. The features of the TFT thus obtained will be described below.

【0073】(活性層中に含まれる不純物に関する知
見)本実施例の活性層(半導体薄膜)には結晶化を阻害
する元素であるC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及
びS(硫黄)が存在しない、或いは実質的に存在しない
点に特徴がある。これは徹底的な不純物(汚染物)管理
によってなしうる構成である。
(Knowledge Regarding Impurities Contained in Active Layer) In the active layer (semiconductor thin film) of this embodiment, C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S It is characterized in that (sulfur) does not exist or substantially does not exist. This is a configuration that can be achieved by thorough impurity (contaminant) management.

【0074】前述の様に、少なくともC(炭素)、N
(窒素)、O(酸素)及びS(硫黄)のいずれか一つの
元素が結晶化の際に膜中に存在すると、触媒元素を利用
した結晶化機構に悪影響を与える。
As described above, at least C (carbon), N
If any one element of (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) is present in the film at the time of crystallization, it adversely affects the crystallization mechanism utilizing the catalytic element.

【0075】これら不純物元素の代表的な混入経路は基
板上への非晶質珪素膜の成膜時が考えられるので、初期
成膜時にこれら不純物元素の濃度を極力抑える(好まし
くは完全に排除する)ことが、良好な結晶性を確保する
ためには重要となる。勿論、成膜時以外にも注意を払う
ことは言うまでもない。
Since a typical mixing path of these impurity elements is considered when forming an amorphous silicon film on a substrate, the concentration of these impurity elements is minimized (preferably completely eliminated) during initial film formation. This is important to ensure good crystallinity. Of course, it goes without saying that attention should be paid not only during film formation.

【0076】本実施例の場合、非晶質珪素膜の成膜にあ
たってC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS(硫
黄)の混入を徹底的に避けるので、必然的に最終的な半
導体膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)及びS(硫
黄)の濃度は少なくとも 5×1018atoms/cm3 未満(0.01
atomic% 未満)、O(酸素)の濃度は少なくとも 1.5×
1019atoms/cm3 未満(0.03atomic% 未満)となる。
In the case of this embodiment, C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen), and S (sulfur) are thoroughly avoided in forming the amorphous silicon film. The concentration of C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) present in a typical semiconductor film is at least less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (0.01
atomic%), the concentration of O (oxygen) is at least 1.5 ×
It is less than 10 19 atoms / cm 3 (less than 0.03 atomic%).

【0077】なお、純粋に珪素だけからなる半導体膜で
は珪素の濃度が約 5×1022atoms/cm3 であるので、例え
ば 5×1018atoms/cm3 の不純物元素は約0.01atomic% の
濃度で存在することに相当する。従って、例えば珪素に
数%のゲルマニウムを含有させた半導体薄膜などでは
「atomic% 」による表示は多少変わってくるが、 5×10
18atoms/cm3 という絶対的な濃度は変わるものではな
い。
In a semiconductor film made of pure silicon only, since the concentration of silicon is about 5 × 10 22 atoms / cm 3 , for example, an impurity element of 5 × 10 18 atoms / cm 3 has a concentration of about 0.01 atomic%. It is equivalent to existing in. Therefore, for example, in the case of a semiconductor thin film containing several% of germanium in silicon, the display of "atomic%" is slightly changed.
The absolute concentration of 18 atoms / cm 3 does not change.

【0078】また、望ましくは最終的な半導体膜中に存
在するC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS(硫
黄)の濃度をSIMS分析における検出下限以下、さら
に望ましくは完全に存在しない状態とすることが優れた
結晶性を得るためには必要であると考える。
Preferably, the concentrations of C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) present in the final semiconductor film are lower than the lower limit of detection in SIMS analysis, more preferably completely. It is considered that it is necessary to make it absent in order to obtain excellent crystallinity.

【0079】(活性層の結晶構造に関する知見)上記作
製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複数
の棒状または偏平棒状結晶が互いに概略平行に特定方向
への規則性をもって並んだ結晶構造を有する。このこと
はTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確
認することができる。
(Knowledge on Crystal Structure of Active Layer) The active layer formed according to the above-described manufacturing process is a crystal in which a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals are microscopically arranged substantially parallel to each other with regularity in a specific direction. Having a structure. This can be easily confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope).

【0080】本発明者らは棒状または偏平棒状結晶同士
が接して形成する結晶粒界を 800万倍に拡大したHR−
TEM写真で確認した。なお、本明細書中において結晶
粒界とは、棒状または偏平棒状結晶が接した境界に形成
される粒界を指すものと定義する。従って、例えば横成
長領域がぶつかりあって形成される様なマクロな意味あ
いでの粒界とは区別して考える。
The present inventors have developed an HR-type crystal having a grain boundary formed by contacting rod-shaped or flat rod-shaped crystals with each other by 8 million times.
It was confirmed by a TEM photograph. In this specification, a crystal grain boundary is defined as a grain boundary formed at a boundary where rod-shaped or flat rod-shaped crystals are in contact. Therefore, for example, it is considered separately from a grain boundary in a macro meaning such that the lateral growth region is formed by collision.

【0081】ところで前述のHR−TEM(高分解能透
過型電子顕微鏡法)とは、試料に対して垂直に電子線を
照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子
・分子配列を評価する手法である。
The above-mentioned HR-TEM (high-resolution transmission electron microscopy) means that a sample is irradiated with an electron beam perpendicularly, and the atomic / molecular arrangement is made utilizing interference of transmitted electrons and elastic scattered electrons. It is a technique to evaluate.

【0082】HR−TEMでは結晶格子の配列状態を格
子縞として観察することが可能である。従って、結晶粒
界を観察することで、結晶粒界における原子同士の結合
状態を推測することができる。
In the HR-TEM, the arrangement state of the crystal lattice can be observed as lattice fringes. Therefore, by observing the crystal grain boundaries, it is possible to estimate the bonding state between atoms at the crystal grain boundaries.

【0083】本発明者らが得たTEM写真によれば、異
なる二つの結晶粒が結晶粒界で接した状態が明瞭に観察
された。またこの時、二つの結晶粒は結晶軸に多少のず
れが含まれているものの概略{111}配向であった。
この事は複数の結晶粒を電子線回折により調べて確認し
た。
According to the TEM photograph obtained by the present inventors, a state where two different crystal grains were in contact at the crystal grain boundary was clearly observed. At this time, the two crystal grains had a roughly {111} orientation although some deviation was included in the crystal axes.
This was confirmed by examining a plurality of crystal grains by electron beam diffraction.

【0084】なお、多数観察した中には(1−11)面
や(−11−1)面(書式の都合上(1−11)などと
表記するが、−1の(−)記号は反転を表す論理記号の
代わりとして用いている)などもあるはずだが、それら
等価な面はまとめて{111}面と表すことにする。こ
の事について図2を用いて説明する。
In many observations, the (1-11) plane or the (-11-1) plane (for the sake of format, it is described as (1-11), but the (-) symbol of -1 is inverted. Are used as a substitute for the logical symbol representing), but those equivalent planes are collectively represented as {111} planes. This will be described with reference to FIG.

【0085】図17(A)は結晶面が{111}面であ
る結晶粒(結晶軸は〈111〉となる)を模式的に表し
た例である。{111}である結晶面内には〈110〉
軸が多方向に含まれる。
FIG. 17A is an example schematically showing a crystal grain whose crystal plane is a {111} plane (the crystal axis is <111>). <110> in the crystal plane of {111}
The axis is included in multiple directions.

【0086】図17(A)に示す様な表記方法は集合的
な指数表記の例である。これを厳密な指数表記にすると
図17(B)、(C)の様になる。例えば、図17
(B)に示される結晶軸[111]と図17(C)に示
される結晶軸[−111]はどちらも等価であり、〈1
11〉でまとめられる。
The notation as shown in FIG. 17A is an example of collective exponential notation. When this is expressed in strict exponential notation, it becomes as shown in FIGS. 17 (B) and 17 (C). For example, FIG.
Both the crystal axis [111] shown in FIG. 17B and the crystal axis [−111] shown in FIG.
11>.

【0087】以上の様に、厳密な結晶方位(結晶軸)で
議論すると様々な捉え方ができるので、簡略化を図るた
めに以下の記載は全て集合的な指数表記で表す。勿論、
等価な全ての結晶面では同様の物性が得られる。
As described above, if the discussion is made with strict crystal orientations (crystal axes), various ways can be considered. For the sake of simplification, the following descriptions are all expressed by collective exponential notation. Of course,
Similar physical properties are obtained on all equivalent crystal planes.

【0088】ところで、前述の様なTEM写真による格
子縞観察では{111}面内に{110}面に対応する
格子縞が観察された。なお、{110}面に対応する格
子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に
断面に{110}面が現れる様な格子縞を指している。
格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的に格子縞と
格子縞の間隔から確認できる。
By the way, in the lattice fringe observation by the TEM photograph as described above, lattice fringes corresponding to the {110} plane were observed in the {111} plane. The lattice fringe corresponding to the {110} plane refers to a lattice fringe such that a {110} plane appears in a cross section when a crystal grain is cut along the lattice fringe.
The plane to which the grid pattern corresponds can be easily confirmed from the interval between the grid patterns.

【0089】この時、本発明者らは本願発明の半導体薄
膜のTEM写真を詳細に観察した結果、非常に興味深い
知見を得た。写真に見える異なる二つの結晶粒ではどち
らにも{110}面に対応する格子縞が見えていた。そ
して、互いの格子縞が明らかに平行に走っているのが観
察されたのである。
At this time, as a result of observing the TEM photograph of the semiconductor thin film of the present invention in detail, the present inventors obtained a very interesting finding. In each of the two different crystal grains seen in the photograph, lattice fringes corresponding to the {110} plane were visible. And it was observed that the grids of each other were running clearly parallel.

【0090】さらに、結晶粒界の存在と関係なく、結晶
粒界を横切る様にして異なる二つの結晶粒の格子縞が繋
がっている。即ち、結晶粒界を横切る様にして観測され
る格子縞の殆どが、異なる結晶粒の格子縞であるにも拘
らず直線的に連続していることが確認できた。これは任
意の結晶粒界で同様であった。
Further, regardless of the existence of the crystal grain boundary, lattice fringes of two different crystal grains are connected so as to cross the crystal grain boundary. That is, it was confirmed that most of the lattice fringes observed so as to cross the crystal grain boundaries were linearly continuous in spite of the lattice fringes of different crystal grains. This was similar at any grain boundaries.

【0091】この様な結晶構造は本願発明の結晶性珪素
膜の大きな特徴であり、本発明者らが求めた結晶粒界を
実現する結晶構造である。
Such a crystal structure is a great feature of the crystalline silicon film of the present invention, and realizes the crystal grain boundaries determined by the present inventors.

【0092】この様な結晶構造(正確には結晶粒界の構
造)は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて
整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶
粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に
起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となって
いる。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性
があるとも言える。
Such a crystal structure (accurately, a structure of a crystal grain boundary) indicates that two different crystal grains are bonded to each other with extremely high consistency at the crystal grain boundary. That is, the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, and it is very difficult to form a trap level due to a crystal defect or the like. In other words, it can be said that the crystal lattice has continuity at the crystal grain boundaries.

【0093】なお、本発明者らはリファレンスとして従
来の高温ポリシリコン膜についても電子線回折およびH
R−TEM観察による解析を行った。その結果、結晶面
には規則性がなく、{111}面、{110}面{31
1}面などが不規則に現れる様なランダムな配向であっ
た。
Note that the present inventors have also conducted electron diffraction and H
Analysis by R-TEM observation was performed. As a result, the crystal plane has no regularity, and {111} plane, {110} plane, {31}
The random orientation was such that the 1} plane appeared irregularly.

【0094】また、TEM写真により異なる二つの結晶
粒の格子縞を観察した結果、互いの格子縞は全くバラバ
ラに走っており、結晶粒界で整合性よく連続する様な接
合は見つけられなかった。なお、この観察ではちょうど
{111}配向の結晶粒が並ぶ結晶粒界を探し、{11
0}に対応する格子縞が見える様な条件で撮影したTE
M写真を調べた。
Further, as a result of observing the lattice fringes of two different crystal grains by a TEM photograph, the lattice fringes were completely displaced from each other, and no junction was found to be continuous with good consistency at the crystal grain boundaries. In this observation, a grain boundary in which crystal grains of the {111} orientation are lined up was found, and the {11}
TE photographed under conditions where the checkerboard corresponding to 0 ° can be seen
M photos were examined.

【0095】また、従来の高温ポリシリコンの場合、結
晶粒界では格子縞が途切れた部分が多数確認できた。こ
の様な部分では未結合手(結晶欠陥と呼べる)が存在す
ることになり、トラップ準位としてキャリアの移動を阻
害する可能性が高い。
In the case of the conventional high-temperature polysilicon, many portions where lattice fringes were interrupted were found at the crystal grain boundaries. In such a portion, dangling bonds (which can be called crystal defects) are present, and there is a high possibility that the movement of carriers is inhibited as a trap level.

【0096】なお、上述の様に本願発明の結晶性珪素膜
は結晶粒界においても格子が連続性を有しており、この
様な結晶欠陥は殆ど確認することができなかった。この
点からも本願発明の結晶性珪素膜が従来の高温ポリシコ
ンとは明らかに異なる半導体膜であることが証明されて
いる。
As described above, the crystalline silicon film of the present invention has a lattice continuity even at the crystal grain boundaries, and such crystal defects could hardly be confirmed. From this point, it is proved that the crystalline silicon film of the present invention is a semiconductor film which is clearly different from the conventional high-temperature polysilicon.

【0097】ところで、前述の電子線回折による解析で
は興味ある知見が得られている。本願発明の半導体薄膜
の場合、〈111〉入射に対応する回折斑点が比較的き
れいに現れ、結晶面が{111}配向であることは明ら
かであった。
By the way, the analysis by the electron beam diffraction described above has obtained interesting findings. In the case of the semiconductor thin film of the present invention, diffraction spots corresponding to <111> incidence appeared relatively clearly, and it was clear that the crystal plane was {111} oriented.

【0098】この時、各斑点は同心円状の広がりを僅か
にもっていたが、これは結晶軸まわりにある程度の回転
角度の分布をもつためと予想される。その広がりの程度
はパターンから見積もっても5°以内であった。
At this time, each spot had a slight concentric spread, which is expected to have a certain degree of rotation angle distribution around the crystal axis. The extent of the spread was within 5 ° as estimated from the pattern.

【0099】また、多数観測するうちには回折斑点が部
分的に見えない場合があった。おそらくは概略{11
1}配向であるものの、わずかに結晶軸がずれているた
めに回折パターンが見えなったものと思われる。
Further, there were cases where diffraction spots were partially invisible during many observations. Probably roughly $ 11
It is considered that the diffraction pattern was not visible because the crystal axis was slightly deviated, although the orientation was 1 °.

【0100】本発明者らは、結晶面内に殆ど必ず{11
0}面が含まれるという事実を踏まえ、おそらく〈11
0〉軸まわりの回転角のずれがその様な現象の原因であ
ろうと推測している。
The present inventors have found that almost always {11
Considering the fact that the 0} plane is included, probably <11
0> It is speculated that the deviation of the rotation angle around the axis may be the cause of such a phenomenon.

【0101】(本願発明の半導体薄膜の配向性に関する
知見)本発明者らが開示した特開平7-321339号公報によ
れば、非晶質珪素膜が結晶化する際、基板と概略平行に
成長する棒状または偏平棒状結晶(針状または柱状結晶
と呼ぶ場合もある)の成長方向は〈111〉軸である。
(Knowledge on orientation of semiconductor thin film of the present invention) According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-321339 disclosed by the present inventors, when an amorphous silicon film is crystallized, it grows substantially parallel to the substrate. The growth direction of the rod-shaped or flat rod-shaped crystal (sometimes called a needle-shaped or columnar crystal) is the <111> axis.

【0102】即ち、Ni(ニッケル)を触媒元素として
非晶質珪素膜(a−Si)を結晶化する場合、NiSi
2 析出体を媒介として〈111〉軸方向に沿って結晶成
長する。これはNiSi2 とSiの結晶面において{1
11}面同士が構造的に整合性が良いためと考えられ
る。
That is, when crystallizing an amorphous silicon film (a-Si) using Ni (nickel) as a catalyst element, NiSi
2 The crystal grows along the <111> axis direction using the precipitate as a medium. This is due to the fact that in the crystal plane of NiSi 2 and Si,
It is considered that the 11 ° planes have good structural consistency.

【0103】この時、〈111〉軸方向に沿って成長し
た棒状または偏平棒状結晶の側面(成長方向に対して平
行な面)には様々な面が形成されうるが、最も現れやす
い面が{110}面である。これは、側面に形成されう
るいくつかの面のうち、{110}面が最も原子密度が
高いためと考えられる。
At this time, various planes can be formed on the side surfaces (planes parallel to the growth direction) of the rod-shaped or flat rod-shaped crystal grown along the <111> axis direction. 110 ° plane. This is probably because the {110} plane has the highest atomic density among several planes that can be formed on the side surface.

【0104】こうした理由から、本願発明の様に{11
1}面を先頭に成長した結晶粒(〈111〉軸方向に沿
って成長した結晶粒)では、{110}面が表面(観察
面を意味する)に現れることになる。以上の見解は本発
明者らによる平成9年6月6日付けで出願した明細書に
記載してある。
For these reasons, as described in the present invention, $ 11
In the crystal grains grown with the 1} plane at the top (crystal grains grown along the <111> axis direction), the {110} plane appears on the surface (meaning the observation plane). The above opinion is described in the specification filed on June 6, 1997 by the present inventors.

【0105】以上の様に、特開平7-130652号公報記載の
技術を用いて形成した結晶性珪素膜は、本来ならば概略
{110}配向を示すはずである。ところが、本願発明
の結晶性珪素膜は主たる配向面が{111}面であっ
た。その理由について本発明者らは以下に示す様なモデ
ルを考えた。
As described above, a crystalline silicon film formed by using the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130652 should originally show a roughly {110} orientation. However, the main orientation plane of the crystalline silicon film of the present invention was the {111} plane. For the reason, the present inventors have considered the following model.

【0106】前述の平成9年6月6日付けで出願した明
細書に記載された結晶性珪素膜と、本願発明の結晶性珪
素膜の最も顕著な相違点は、下地の性質である。即ち、
下地がどの様なものであるかが結晶面の配向性を決定す
る上で非常に重要なパラメータとなっていると考えられ
る。
The most remarkable difference between the crystalline silicon film described in the specification filed on June 6, 1997 and the crystalline silicon film of the present invention is the nature of the underlayer. That is,
It is considered that what kind of underlayer is a very important parameter in determining the orientation of the crystal plane.

【0107】まず、一般的にはSi/SiO2 (珪素/二酸化
珪素)界面では{111}面の安定度が特に高いとされ
ている。これは、界面における珪素膜側の結合手の数に
起因していると考えられる。ここで表1に示すのは各面
指数に対応する結晶面上において二酸化珪素との結合に
預かると思われる結合手の密度である。
First, it is generally said that the stability of the {111} plane is particularly high at the Si / SiO 2 (silicon / silicon dioxide) interface. This is considered to be due to the number of bonds on the silicon film side at the interface. Here, shown in Table 1 are the densities of bonds that are considered to be deposited in the bond with silicon dioxide on the crystal plane corresponding to each plane index.

【0108】[0108]

【表1】 [Table 1]

【0109】表1によれば、{111}面は最も結晶面
上に結合手密度が小さい。即ち、結合手密度が大きいと
二酸化珪素と接合する際に界面付近の結合角がひずみや
すく、エネルギー的に不利なため、結合手密度の小さい
{111}面がSi/SiO2 界面に現れるのである。
According to Table 1, the {111} plane has the smallest bond density on the crystal plane. In other words, if the bond density is high, the bond angle near the interface is easily distorted when joining with silicon dioxide, which is disadvantageous in terms of energy. Therefore, a {111} plane with a low bond density appears at the Si / SiO 2 interface. .

【0110】しかしながら、石英基板上で特開平7-1306
52号公報記載の技術を用いて形成した結晶性珪素膜は概
略{111}配向を示しており(平成9年6月6日付け
出願の明細書参照)、珪素膜側の結合手密度だけで一義
的に配向性が決めるのではない様である。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
The crystalline silicon film formed by using the technique described in Japanese Patent Publication No. 52 shows roughly {111} orientation (see the specification of the application filed on June 6, 1997). It seems that the orientation is not determined uniquely.

【0111】そこで、本発明者らは珪素膜側の結合手密
度だけでなく、下地側の結合手密度も配向性の決定に大
きく関与していると考えた。言うまでもなく下地側の結
合手密度は下地の緻密性と密接に関係する。即ち、下地
の緻密性とその上に形成される結晶性珪素膜の配向性と
の間には何らかの相関関係があると推測される。
Therefore, the present inventors considered that not only the density of bonds on the silicon film side but also the density of bonds on the base side are greatly involved in determining the orientation. Needless to say, the bond density on the base side is closely related to the density of the base. That is, it is assumed that there is some correlation between the density of the base and the orientation of the crystalline silicon film formed thereon.

【0112】本発明者らは下地の緻密性を評価する手段
として下地のエッチングレートを調べ、下地の緻密性と
その上に形成された半導体薄膜の配向性との相関関係を
調べた。なお、下地のエッチングレートは市販のエッチ
ャントであるLAL500(フッ化水素酸とフッ化アン
モニウムと界面活性剤の混合物、橋本化成製)を用い
て、室温で測定した。その結果を表2に示す。
The present inventors examined the etching rate of the base as a means for evaluating the denseness of the base, and examined the correlation between the denseness of the base and the orientation of the semiconductor thin film formed thereon. The etching rate of the underlayer was measured at room temperature using a commercially available etchant LAL500 (a mixture of hydrofluoric acid, ammonium fluoride and a surfactant, manufactured by Hashimoto Kasei). Table 2 shows the results.

【0113】[0113]

【表2】 [Table 2]

【0114】表2に示す様に、熱酸化膜、石英、窒化珪
素膜といった一般的に緻密と考えられている下地の場合
には概略{110}配向を示す傾向にあった。逆にスパ
ッタ法やプラズマCVD法で成膜した二酸化珪素膜を下
地とした場合には概略{111}配向を示す傾向が観測
された。この傾向はエッチングレートの差がそのまま反
映した結果と思われる。
As shown in Table 2, in the case of an underlayer generally considered to be dense, such as a thermal oxide film, quartz, or a silicon nitride film, there was a tendency to show a roughly {110} orientation. Conversely, when a silicon dioxide film formed by a sputtering method or a plasma CVD method was used as a base, a tendency to exhibit a substantially {111} orientation was observed. This tendency is considered to be a result of reflecting the difference in etching rate as it is.

【0115】即ち、下地のエッチングレートが少なくと
も40〜50nm/min以下と小さい場合は、その上の結晶性珪
素膜が概略{110}配向を示す傾向にあると言える。
逆に言えば、エッチングレートがその値以上(50nm/min
以上)であれば本願発明に示す様な概略{111}配向
の結晶性珪素膜が得られると言える。
That is, when the etching rate of the underlayer is at least as low as 40 to 50 nm / min or less, it can be said that the crystalline silicon film thereover tends to show a substantially {110} orientation.
Conversely, if the etching rate is higher than that value (50 nm / min
In this case, it can be said that a crystalline silicon film having a general {111} orientation as shown in the present invention can be obtained.

【0116】下地が緻密であるという事は下地表面にお
ける結合手密度が高いことを意味しており、珪素膜の結
合手とひずみの小さい接合をなし易い。即ち、下地が緻
密である場合には、特に{111}面で下地と接する必
要がなく、珪素膜の配向性に対して下地の束縛力(配向
規制力)が緩いと考えられる。
The fact that the underlayer is dense means that the density of bonds on the surface of the underlayer is high, and it is easy to bond with the bonds of the silicon film with a small distortion. That is, when the underlayer is dense, it is not necessary to make contact with the underlayer particularly on the {111} plane, and it is considered that the binding force (alignment regulating force) of the underlayer to the orientation of the silicon film is loose.

【0117】そのため、下地が石英などの様に非常に緻
密な絶縁物である場合、珪素膜は結晶成長の際に下地か
らの束縛を受けず、本来の配向である概略{110}配
向となると考えられる。
Therefore, when the underlying layer is made of a very dense insulator such as quartz, the silicon film is not bound by the underlying layer during crystal growth and has a substantially {110} orientation, which is the original orientation. Conceivable.

【0118】逆に、本願発明の様にLAL500でエッ
チングレートが50nm/min以上(室温)である様な下地膜
の上に結晶性珪素膜を形成した場合、各結晶粒は成長過
程において下地の束縛力を受け、最も安定な面で下地と
接する様に振る舞う。その結果、結晶性珪素膜の表面
(または界面)には、最もひずみの小さい接合をなしう
る{111}面が現れる。
Conversely, when a crystalline silicon film is formed on a base film having an etching rate of 50 nm / min or more (room temperature) with LAL500 as in the present invention, each crystal grain becomes a base material in the growth process. Under the binding force, it behaves as if it comes in contact with the ground on the most stable surface. As a result, on the surface (or interface) of the crystalline silicon film, a {111} plane that can form a junction with the least distortion appears.

【0119】ここで下地からの束縛を受けた結晶粒が
{111}配向に変化する様子を図20を用いて説明す
る。なお、図20において、棒状または偏平棒状結晶の
粒内は実質的に単結晶と見なせるため、c−Siと記載
することにする。
The manner in which the crystal grains bound from the underlayer change to the {111} orientation will be described with reference to FIG. In FIG. 20, the inside of the grains of the rod-shaped or flat rod-shaped crystal can be substantially regarded as a single crystal, and therefore, will be described as c-Si.

【0120】図20(A)の場合、結晶成長面(先端の
結晶面)は概略〈111〉軸に沿っているため、結晶成
長面の直後における結晶面(表面または界面)の結晶軸
は概略〈110〉軸となっていると考えられる。
In FIG. 20A, the crystal growth plane (tip crystal plane) is roughly along the <111> axis, so that the crystal axis of the crystal plane (surface or interface) immediately after the crystal growth plane is roughly. It is considered that it is the <110> axis.

【0121】ところが、この状態で下地からの束縛を受
けると結晶粒が転移(約35°の回転と予想される)
し、結晶面には概略{111}面が現れる様になる(結
晶軸は〈111〉軸が現れる)。
However, in this state, the crystal grains are displaced when restrained by the base (expected to rotate about 35 °).
However, a substantially {111} plane appears on the crystal plane (the crystal axis shows a <111> axis).

【0122】また、図20(B)の場合、成長過程にお
いて下地からの束縛を受け、基板と平行な方向に対して
結晶成長面が約70°傾いた状態で成長している。この
場合、結晶成長面の直後の表面に現れる結晶面は結晶方
位の関係から必然的に概略{111}面となる。
Further, in the case of FIG. 20B, the crystal growth surface is tilted by about 70 ° with respect to the direction parallel to the substrate due to the constraint from the base during the growth process. In this case, the crystal plane appearing on the surface immediately after the crystal growth plane is necessarily a substantially {111} plane due to the relationship of the crystal orientation.

【0123】以上に示してきた様に、特開平7-130652号
公報に記載の技術で形成された結晶性珪素膜は下地から
の束縛力が緩い強いかという要素のせめぎ合いで、その
配向性が決定されると推測される。
As described above, the crystalline silicon film formed by the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-130652 is determined by the element of whether the binding force from the underlayer is loose or strong. Is assumed to be determined.

【0124】また、ここでは下地に着目して説明を進め
たが、特開平7-130652号公報の実施例2に記載された様
に横成長領域を形成する場合、非晶質半導体薄膜上に形
成されるマスク絶縁膜も配向性に影響を与えると思われ
る。その場合においても、下地と同様のモデルで配向性
が決まると考えられる。
Although the description has been made here focusing on the underlayer, when the lateral growth region is formed as described in Example 2 of JP-A-7-130652, it is formed on the amorphous semiconductor thin film. It is considered that the formed mask insulating film also affects the orientation. Also in that case, it is considered that the orientation is determined by the same model as the base.

【0125】なお、本発明者らの経験では、これまでの
議論は膜厚は80nm程度までの非晶質半導体薄膜に適用し
うる。これ以上の膜厚では下地界面やマスク界面からの
束縛力を受けにくくなり、ランダムな配向を示す傾向に
ある。
In the experience of the present inventors, the discussion so far can be applied to an amorphous semiconductor thin film having a thickness of up to about 80 nm. If the film thickness is larger than this, it is difficult to receive the binding force from the interface between the underlayer and the interface of the mask, and tends to exhibit random orientation.

【0126】また、本発明者らは特開平7-321339号公報
に記載した手法に従ってX線回折を行い、本願発明の結
晶性珪素膜について配向比率を算出した。同公報では下
記数1に示す様な算出方法で配向比率を定義している。
The present inventors performed X-ray diffraction according to the method described in JP-A-7-321339, and calculated the orientation ratio of the crystalline silicon film of the present invention. In this publication, the orientation ratio is defined by a calculation method as shown in the following Expression 1.

【0127】[0127]

【数1】 (Equation 1)

【0128】なお、測定では{220}面として観察さ
れるが、これは{110}面と等価であることは言うま
でもない。上記測定の結果、{111}面が主たる配向
であり、配向比率は0.7以上(典型的には0.9以
上)であることが判明した。
It should be noted that the {220} plane is observed in the measurement, but it goes without saying that this is equivalent to the {110} plane. As a result of the above measurement, it was found that the {111} plane was the main orientation, and the orientation ratio was 0.7 or more (typically 0.9 or more).

【0129】以上に示してきた通り、本願発明の結晶性
珪素膜と従来のポリシリコン膜とは全く異なる結晶構造
(結晶構成)を有していることが判る。この点からも本
願発明の結晶性珪素膜は全く新しい半導体膜であると言
える。
As described above, it can be seen that the crystalline silicon film of the present invention and the conventional polysilicon film have completely different crystal structures (crystal structures). From this point, it can be said that the crystalline silicon film of the present invention is a completely new semiconductor film.

【0130】(TFTの電気特性に関する知見)上述の
様な結晶性珪素膜を活性層として作製したTFTは図4
に示す様な電気特性を示す。図4に示すのは横軸にゲイ
ト電圧(Vg)、縦軸にドレイン電圧(Id)の対数を
とってプロットしたNチャネル型TFTのId-Vg 曲線
(Id-Vg 特性)である。なお、電気特性の測定は市販の
装置(ヒューレットパッカード社製:型番4145B)
を用いて行った。
(Knowledge Regarding Electrical Characteristics of TFT) A TFT manufactured using a crystalline silicon film as an active layer as described above is shown in FIG.
The electrical characteristics shown in FIG. FIG. 4 shows an Id-Vg curve (Id-Vg characteristic) of an N-channel TFT in which the abscissa plots the gate voltage (Vg) and the ordinate plots the logarithm of the drain voltage (Id). In addition, the measurement of the electrical characteristics was performed using a commercially available device (manufactured by Hewlett-Packard Company, model number 4145B).
This was performed using

【0131】図13において、1050は上記工程で得
られた活性層を利用したTFTの電気特性であり、10
51は従来のTFTの電気特性を示している。ここでは
従来のTFTとして実施例1においてゲイト絶縁膜形成
後の熱処理(ゲッタリングプロセス)を行わなかったT
FTを挙げている。
In FIG. 13, reference numeral 1050 denotes the electrical characteristics of the TFT using the active layer obtained in the above-mentioned steps.
Reference numeral 51 indicates the electrical characteristics of the conventional TFT. Here, as a conventional TFT, a TFT which was not subjected to the heat treatment (gettering process) after forming the gate insulating film in Example 1 was used.
FT.

【0132】両方のトランジスタ特性を比較すると、ま
ず同じゲイト電圧でも1050で示される特性の方が1
桁近く大きいオン電流が流れることが確認できる。な
お、オン電流とはTFTがオン状態(図13においてゲ
イト電圧が約0〜20Vの範囲)にある時に流れるドレ
イン電流のことを指す。
Comparing the characteristics of both transistors, the characteristic indicated by 1050 is 1 at the same gate voltage.
It can be confirmed that an on current that is nearly an order of magnitude larger flows. Note that the ON current indicates a drain current flowing when the TFT is in an ON state (a gate voltage is in a range of about 0 to 20 V in FIG. 13).

【0133】また、1050で示される特性の方が優れ
たサブスレッショルド特性を有していることも確認でき
る。サブスレッショルド特性とはTFTのスイッチング
動作の急峻性を示すパラメータであり、TFTがオン又
はオフ状態にスイッチングする際のId-Vg 曲線の立ち上
がりが急峻である程、サブスレッショルド特性は良いと
言える。
It can also be confirmed that the characteristic shown by 1050 has a superior sub-threshold characteristic. The sub-threshold characteristic is a parameter indicating the steepness of the switching operation of the TFT. The steeper the rise of the Id-Vg curve when the TFT switches on or off, the better the sub-threshold characteristic.

【0134】なお、本発明で得られるTFTの代表的な
電気特性は次に示す様なものであった。 (1)TFTのスイッチング性能(オン/オフ動作の切
り換えの俊敏性)を示すパラメータであるサブスレッシ
ョルド係数が、N型TFTおよびP型TFTともに60〜
100mV/decade(代表的には60〜85mV/decade )と小さ
い。なお、このデータ値は単結晶シリコンを用いた絶縁
ゲイト型電界効果トランジスタ(IGFET)の場合と
ほぼ同等である。 (2)TFTの動作速度の速さを示すパラメータである
電界効果移動度(μFE)が、N型TFTで200 〜650cm2
/Vs (代表的には250 〜300cm2/Vs )、P型TFTで10
0 〜300cm2/Vs (代表的には150 〜200cm2/Vs )と大き
い。 (3)TFTの駆動電圧の目安となるパラメータである
しきい値電圧(Vth)が、N型TFTで-0.5〜1.5 V、
P型TFTで-1.5〜0.5 Vと小さい。この事は小さい電
源電圧で駆動して消費電力を小さくできることを意味し
ている。
Note that typical electrical characteristics of the TFT obtained by the present invention are as follows. (1) The subthreshold coefficient, which is a parameter indicating the switching performance of the TFT (the agility of switching on / off operation), is 60 to 60 for both the N-type TFT and the P-type TFT.
100mV / decade (typically 60-85mV / decade). Note that this data value is almost equivalent to that of an insulated gate field effect transistor (IGFET) using single crystal silicon. (2) The field effect mobility (μ FE ), which is a parameter indicating the operation speed of the TFT, is 200 to 650 cm 2 for an N-type TFT.
/ Vs (typically 250 to 300 cm 2 / Vs), 10 for P-type TFT
It is as large as 0 to 300 cm 2 / Vs (typically 150 to 200 cm 2 / Vs). (3) The threshold voltage (V th ), which is a parameter of the drive voltage of the TFT, is -0.5 to 1.5 V for the N-type TFT,
It is as small as -1.5 to 0.5 V for P-type TFT. This means that power consumption can be reduced by driving with a small power supply voltage.

【0135】以上の様に、本発明で得られるTFTは極
めて優れたスイッチング特性および高速動作特性を有し
ている。
As described above, the TFT obtained by the present invention has extremely excellent switching characteristics and high-speed operation characteristics.

【0136】(本発明のTFTで構成した回路の特性)
次に、本発明者らが本発明で得られるTFTを用いて作
製したリングオシレータによる周波数特性を示す。リン
グオシレータとはCMOS構造でなるインバータ回路を
奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路
1段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。実験に
使用したリングオシレータの構成は次の様になってい
る。 段数:9段、19段、51段 TFTのゲイト絶縁膜(GI)の膜厚:50nm TFTのゲイト長: 0.6μm TFTのゲイト幅:NTFTは10μm、PTFTは20μ
(Characteristics of the circuit constituted by the TFT of the present invention)
Next, the frequency characteristics of a ring oscillator manufactured by the present inventors using the TFT obtained in the present invention will be described. The ring oscillator is a circuit in which inverter circuits having a CMOS structure are connected in an odd-numbered stage ring shape, and is used to determine a delay time per one stage of the inverter circuit. The configuration of the ring oscillator used in the experiment is as follows. Number of steps: 9 steps, 19 steps, 51 steps Thickness of gate insulating film (GI) of TFT: 50 nm Gate length of TFT: 0.6 μm Gate width of TFT: 10 μm for NTFT, 20 μm for PTFT
m

【0137】上記リングオシレータの発振周波数をスペ
クトラムアナライザーで測定した結果を図14に示す。
図14において、横軸は電源電圧(VDD)、縦軸は発振
周波数(fosc )である。図14が示す様に、ゲイト絶
縁膜が9段のリングオシレータにおいて1GHz近い発
振周波数を実現している。
FIG. 14 shows the result of measuring the oscillation frequency of the ring oscillator with a spectrum analyzer.
In FIG. 14, the horizontal axis represents the power supply voltage (V DD ), and the vertical axis represents the oscillation frequency (f osc ). As shown in FIG. 14, the gate insulating film realizes an oscillation frequency close to 1 GHz in a nine-stage ring oscillator.

【0138】図15に示すのは電源電圧5Vで1.042 G
Hzの発振周波数を達成した際のスペクトラムアナライ
ザーの出力スペクトルである。横軸には 10 MHz〜1.
2 GHzまでの発振周波数をとり、縦軸にはログスケー
ルでとった電圧(出力振幅)をとっている。
FIG. 15 shows a power supply voltage of 5 V and 1.042 G
3 is an output spectrum of a spectrum analyzer when an oscillation frequency of Hz is achieved. The horizontal axis is 10 MHz to 1.
The oscillation frequency up to 2 GHz is taken, and the voltage (output amplitude) taken on a log scale is taken on the vertical axis.

【0139】また、実際にLSI回路のTEGの一つで
あるシフトレジスタを作製して動作周波数を確認した。
その結果、ゲイト絶縁膜の膜厚50nm、ゲイト長 0.6μ
m、電源電圧5V、段数50段のシフトレジスタ回路に
おいて動作周波数100 MHzの出力パルスが得られた。
Further, a shift register, which is one of the TEGs of the LSI circuit, was actually manufactured, and the operating frequency was confirmed.
As a result, the thickness of the gate insulating film was 50 nm, and the gate length was 0.6 μm.
m, a power supply voltage of 5 V, and an output pulse having an operation frequency of 100 MHz was obtained in a shift register circuit having 50 stages.

【0140】以上の様なリングシレータおよびシフトレ
ジスタの驚異的なデータは、本発明のTFTが単結晶シ
リコンを利用したIGFETに匹敵する、若しくは凌駕
する性能を有していることを示している。
The surprising data of the ring oscillator and the shift register as described above indicate that the TFT of the present invention has performance comparable to or superior to that of the IGFET using single crystal silicon.

【0141】それを裏付ける証拠として次の様なデータ
がある。図16に示すデータは横軸に電源電圧
(VDD)、縦軸にF/O=1(ファンアウト比が1)の
インバータの1段当たりの遅延時間(τpd)をとったグ
ラフである(ロジックLSI技術の革新,前口賢二他,
p108,株式会社サイエンスフォーラム,1995)。
The following data is available as evidence to support this. The data shown in FIG. 16 is a graph in which the horizontal axis represents the power supply voltage (V DD ) and the vertical axis represents the delay time (τ pd ) per inverter of F / O = 1 (fan-out ratio is 1). (Innovation of logic LSI technology, Kenji Maeguchi et al.,
p108, Science Forum Inc., 1995).

【0142】なお、図中の様々な曲線(点線で示される
もの)は、単結晶シリコンを利用したIGFETを様々
なデザインルールで作製した時のデータであり、いわゆ
るスケーリング則を示している。
Note that various curves (shown by dotted lines) in the figure are data obtained when IGFETs using single crystal silicon are manufactured according to various design rules, and indicate a so-called scaling rule.

【0143】この図に上述のリングオシレータを用いて
得たインバータの遅延時間と電源電圧との関係を当ては
めると、図16において実線で示される曲線となる。注
目すべきはチャネル長が 0.5μm、ゲイト絶縁膜の膜厚
(tOX)が11nmのIGFETで作製したインバータより
も、チャネル長が 0.6μm、ゲイト絶縁膜の膜厚が50nm
のTFTで作製したインバータの方が優れた性能を有し
ている点である。
When the relationship between the delay time of the inverter and the power supply voltage obtained by using the above-described ring oscillator is applied to this figure, the curve shown by the solid line in FIG. 16 is obtained. It should be noted that the channel length is 0.6 μm and the thickness of the gate insulating film is 50 nm compared to an inverter made of an IGFET having a channel length of 0.5 μm and a gate insulating film thickness (t OX ) of 11 nm.
The point is that the inverter manufactured with the TFT has better performance.

【0144】この事は本発明者で得られるTFTがIG
FETよりも優れた性能を有していることを如実に示し
ている。例えば、上記TFTを構成するゲイト絶縁膜の
膜厚をIGFETの5倍以上としても、性能的に同等も
しくはそれ以上のものが得られるのである。即ち、本発
明のTFTは同等の特性を動作性能を有するIGFET
よりも優れた絶縁耐圧を有していると言える。
This means that the TFT obtained by the present inventor is IG
It clearly shows that it has better performance than FET. For example, even if the thickness of the gate insulating film constituting the TFT is five times or more the thickness of the IGFET, the same or higher performance can be obtained. That is, the TFT of the present invention has the same characteristics as the IGFET having the operation performance.
It can be said that it has an excellent dielectric strength voltage.

【0145】また同時に、本発明のTFTがスケーリン
グ則に従って微細化されればさらに高い性能を実現する
ことが可能である。例えば、リングオシレータを0.2 μ
mルールで作製すればスケーリング則によると9GHz
の動作周波数を実現しうると予想される(動作周波数f
がチャネル長Lの二乗に反比例するため)。
At the same time, higher performance can be realized if the TFT of the present invention is miniaturized according to the scaling rule. For example, a ring oscillator of 0.2 μ
9 GHz according to the scaling rule
Is expected to be realized (operating frequency f
Is inversely proportional to the square of the channel length L).

【0146】以上の様に、本発明のTFTは極めて優れ
た特性を有し、そのTFTを用いて形成した半導体回路
は10GHz以上の高速動作を実現しうる全く新しいT
FTであることが確認された。
As described above, the TFT of the present invention has extremely excellent characteristics, and a semiconductor circuit formed using the TFT has a completely new TFT capable of realizing a high-speed operation of 10 GHz or more.
It was confirmed to be FT.

【0147】〔実施例2〕実施例1では半導体膜として
珪素膜を用いる例を示したが、SiX Ge1-X (0<X
<1、好ましくは0.9 ≦X≦0.99)で示される様にゲル
マニウムを1〜10%含有した珪素膜を用いることも有
効である。
[0147] Example 2 has shown an example of using the silicon film as a semiconductor film in Embodiment 1, Si X Ge 1-X (0 <X
It is also effective to use a silicon film containing 1 to 10% of germanium as shown by <1, preferably 0.9 ≦ X ≦ 0.99).

【0148】この様な化合物半導体膜を用いた場合、N
型TFTおよびP型TFTを作製した際にしきい値電圧
を小さくできる。また、電界効果移動度(モビリティと
呼ばれる)を大きくできる。
When such a compound semiconductor film is used, N
The threshold voltage can be reduced when fabricating TFTs and P-type TFTs. In addition, the field-effect mobility (called mobility) can be increased.

【0149】〔実施例3〕実施例1では活性層に対して
意図的に不純物を添加しないのでチャネル形成領域が真
性または実質的に真性となる。なお、実質的に真性であ
るとは、珪素膜の活性化エネルギーがほぼ1/2 である
(フェルミレベルが禁制体のほぼ中央に位置する)こ
と、スピン密度よりも不純物濃度が低いこと、意図
的に不純物を添加していないこと、のいずれかを満たす
ことである。
[Embodiment 3] In the embodiment 1, since no impurity is intentionally added to the active layer, the channel forming region becomes intrinsic or substantially intrinsic. The term “substantially intrinsic” means that the activation energy of the silicon film is almost 1/2 (the Fermi level is located almost at the center of the forbidden body), that the impurity concentration is lower than the spin density, That no impurity is added.

【0150】しかし、本願発明のTFTは公知のチャネ
ルドープ技術を利用することも可能である。チャネルド
ープ技術とは、しきい値制御のために少なくともチャネ
ル形成領域に対して不純物を添加する技術である。
However, the TFT of the present invention can use a well-known channel doping technique. The channel doping technique is a technique of adding an impurity to at least a channel formation region for controlling a threshold.

【0151】本願発明はもともとしきい値が非常に小さ
いので不純物を添加する濃度は非常に微量なもので良
い。添加濃度が微量ですむということは、キャリアの移
動度を落とさずにしきい値制御が可能となるため非常に
好ましい。
Since the present invention originally has a very small threshold value, the concentration of the impurity to be added may be very small. It is very preferable that a small amount of the additive be used because the threshold value can be controlled without lowering the carrier mobility.

【0152】〔実施例4〕本実施例では、実施例1に示
したハロゲン元素によるゲッタリング効果に加えてリン
元素によるゲッタリング効果を得るための構成について
説明する。説明には図3を用いる。
[Embodiment 4] In this embodiment, a structure for obtaining the gettering effect by the phosphorus element in addition to the gettering effect by the halogen element shown in Embodiment 1 will be described. FIG. 3 is used for the description.

【0153】まず、実施例1の工程に従ってハロゲン元
素によるゲッタリングプロセスまで行い、図1(C)の
状態を得る。次に、タンタルまたはタンタルを主成分と
する材料でなるゲイト電極11を形成する。
First, the steps up to the gettering process using the halogen element are performed in accordance with the steps of the first embodiment to obtain the state shown in FIG. Next, a gate electrode 11 made of tantalum or a material mainly containing tantalum is formed.

【0154】次に、ゲイト電極11の表面を陽極酸化す
ることによって陽極酸化膜12を形成する。陽極酸化膜
12は保護膜として機能する。(図3(A))
Next, anodized film 12 is formed by anodizing the surface of gate electrode 11. The anodic oxide film 12 functions as a protective film. (FIG. 3 (A))

【0155】次に、ゲイト電極11をマスクとしてゲイ
ト絶縁膜108をドライエッチング法によりエッチング
する。そして、その状態でリンまたは砒素イオン注入法
により添加して不純物領域13、14を形成する。(図
3(B))
Next, gate insulating film 108 is etched by dry etching using gate electrode 11 as a mask. Then, in this state, the impurity regions 13 and 14 are formed by adding phosphorus or arsenic ions by ion implantation. (FIG. 3 (B))

【0156】次に、窒化珪素膜を厚く形成した後、ドラ
イエッチング法によるエッチバックを行い、サイドウォ
ール15を形成する。そして、サイドウォール15を形
成した後、再びリンまたは砒素イオンを添加してソース
領域16、ドレイン領域17を形成する。(図3
(C))
Next, after forming a thick silicon nitride film, etch back is performed by dry etching to form a sidewall 15. Then, after forming the sidewalls 15, the source region 16 and the drain region 17 are formed by adding phosphorus or arsenic ions again. (FIG. 3
(C))

【0157】なお、サイドウォール15の下は2度目の
リン元素が添加されず、ソース領域およびドレイン領域
よりも低濃度にリン元素を含む一対の低濃度不純物領域
18となる。また、ゲイト電極11の下は真性または実
質的に真性、或いはしきい値制御のために微量の不純物
が添加されたチャネル形成領域19となる。
It is to be noted that the phosphorus element is not added for the second time under the side wall 15 and becomes a pair of low concentration impurity regions 18 containing the phosphorus element at a lower concentration than the source region and the drain region. Below the gate electrode 11 is a channel forming region 19 to which intrinsic or substantially intrinsic or a small amount of impurity is added for controlling a threshold value.

【0158】こうして図3(C)の状態が得られたら、
450〜650℃(代表的には600℃)で8〜24時
間(代表的には12時間)の加熱処理を行う。
When the state shown in FIG. 3C is obtained,
Heat treatment is performed at 450 to 650 ° C (typically 600 ° C) for 8 to 24 hours (typically 12 hours).

【0159】この加熱処理はリン元素による触媒元素
(ここではニッケル)のゲッタリングを目的とした工程
であるが、同時に不純物の活性化、活性層が受けたイオ
ン注入時の損傷の回復が行われる。
This heat treatment is a step for the purpose of gettering the catalytic element (nickel in this case) with the phosphorus element, but at the same time activates the impurities and recovers the active layer from damage caused by ion implantation. .

【0160】この工程では、加熱処理を行うことでチャ
ネル形成領域19に残存するニッケルがソース/ドレイ
ン領域16、17に移動し、そこでゲッタリングされて
不活性化する。即ち、チャネル形成領域19内部に残存
するニッケルを除去することが可能である。
In this step, the nickel remaining in the channel formation region 19 moves to the source / drain regions 16 and 17 by performing the heat treatment, where it is gettered and inactivated. That is, nickel remaining inside the channel formation region 19 can be removed.

【0161】なお、ソース/ドレイン領域16、17は
導電性を有していれば電極としての機能を果たすのでニ
ッケルの有無が電気特性に影響を与える恐れがない。そ
のため、ゲッタリングサイトとして機能させうるのであ
る。
Since the source / drain regions 16 and 17 function as electrodes as long as they have conductivity, the presence / absence of nickel does not affect the electrical characteristics. Therefore, it can function as a gettering site.

【0162】以上の様にして図3(D)の状態が得られ
たら、実施例1と同様に層間絶縁膜20、ソース電極2
1、ドレイン電極22を形成して図3(E)に示す薄膜
トランジスタが完成する。
When the state of FIG. 3D is obtained as described above, the interlayer insulating film 20 and the source electrode 2 are formed in the same manner as in the first embodiment.
1. The drain electrode 22 is formed to complete the thin film transistor shown in FIG.

【0163】なお、本実施例ではゲイト電極としてタン
タルを用いているが、導電性を有する結晶性珪素膜を用
いても良い。また、低濃度不純物領域の形成方法は本実
施例の手段に限定されるものではない。
In this embodiment, tantalum is used as the gate electrode, but a crystalline silicon film having conductivity may be used. The method for forming the low-concentration impurity region is not limited to the method of this embodiment.

【0164】本実施例で最も重要な構成は、チャネル形
成領域に残存する触媒元素をソース領域およびドレイン
領域に移動させてゲッタリングすることにある。これ
は、リンまたは砒素による金属元素のゲッタリング効果
に着目した発明である。
The most important structure in this embodiment is that gettering is performed by moving the catalyst element remaining in the channel formation region to the source region and the drain region. This is an invention which focuses on the gettering effect of a metal element by phosphorus or arsenic.

【0165】なお、本実施例ではN型TFTの例を示し
たが、P型TFTの場合、ボロン元素だけではゲッタリ
ング効果が得られないので、リン元素とボロン元素の両
方をソース/ドレイン領域に添加することが必要であ
る。
In this embodiment, an example of an N-type TFT is shown. However, in the case of a P-type TFT, since a gettering effect cannot be obtained only by a boron element, both a phosphorus element and a boron element are added to a source / drain region. Need to be added.

【0166】〔実施例5〕本実施例では、実施例1と異
なる構造の薄膜トランジスタに本願発明を適用した場合
の例について説明する。説明には図4を用いる。
[Embodiment 5] In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a thin film transistor having a structure different from that of Embodiment 1 will be described. FIG. 4 is used for the description.

【0167】まず、石英基板31上にゲイト電極32を
形成する。ゲイト電極32は後の熱酸化工程に耐えられ
る様にタンタル、シリコン等の耐熱性の高い電極を利用
することが必要である。
First, a gate electrode 32 is formed on a quartz substrate 31. For the gate electrode 32, it is necessary to use an electrode having high heat resistance such as tantalum or silicon so as to withstand the subsequent thermal oxidation step.

【0168】次に、ゲイト電極32を覆う様にしてゲイ
ト絶縁膜33を形成する。ゲイト絶縁膜33はスパッタ
法またはプラズマCVD法で形成する。この際、概略
{111}配向の結晶性珪素膜を得るためには、ゲイト
絶縁膜33の膜質を表2を用いて説明した条件に合わせ
ることが必要である。
Next, a gate insulating film 33 is formed so as to cover the gate electrode 32. The gate insulating film 33 is formed by a sputtering method or a plasma CVD method. At this time, in order to obtain a crystalline silicon film having a substantially {111} orientation, the film quality of the gate insulating film 33 needs to be adjusted to the conditions described with reference to Table 2.

【0169】次に、その上には後に活性層となる非晶質
珪素膜を50nmの厚さに形成する。そして、実施例1と同
様に開口部を有するマスク絶縁膜35を形成した後、ニ
ッケル含有層36を形成する。(図4(A))
Next, an amorphous silicon film to be an active layer later is formed to a thickness of 50 nm thereon. Then, after forming a mask insulating film 35 having an opening as in the first embodiment, a nickel-containing layer 36 is formed. (FIG. 4 (A))

【0170】こうして図4(A)の状態が得られたら、
結晶化のための加熱処理を行い、横成長領域でなる結晶
性珪素膜37を得る。(図4(B))
When the state shown in FIG. 4A is obtained,
A heat treatment for crystallization is performed to obtain a crystalline silicon film 37 that is a lateral growth region. (FIG. 4 (B))

【0171】次に、マスク絶縁膜35を除去してハロゲ
ン元素を含む雰囲気中で加熱処理を行う。条件は実施例
1に従えば良い。この工程によって結晶性珪素膜37中
からニッケルがゲッタリングされ、気相中へと除去され
る。(図4(C))
Next, the mask insulating film 35 is removed, and a heat treatment is performed in an atmosphere containing a halogen element. The conditions may be in accordance with the first embodiment. By this step, nickel is gettered from inside the crystalline silicon film 37 and is removed into the gas phase. (FIG. 4 (C))

【0172】こうしてゲッタリングプロセスが完了した
ら、パターニングにより横成長領域のみでなる活性層3
8を形成し、その上に窒化珪素膜でなるチャネルストッ
パー39を形成する。(図4(D))
After the gettering process is completed, the active layer 3 consisting of only the lateral growth region is formed by patterning.
8, and a channel stopper 39 made of a silicon nitride film is formed thereon. (FIG. 4 (D))

【0173】図4(D)の状態が得られたら、N型を呈
する結晶性珪素膜を形成してパターニングを施し、ソー
ス領域40、ドレイン領域41を形成する。さらに、ソ
ース電極42、ドレイン電極43を形成する。
When the state of FIG. 4D is obtained, an N-type crystalline silicon film is formed and patterned to form a source region 40 and a drain region 41. Further, a source electrode 42 and a drain electrode 43 are formed.

【0174】最後に、素子全体に対して水素雰囲気中で
加熱処理を行い、図4(E)に示す様な構造の逆スタガ
型TFTが完成する。なお、本実施例に示した構造は逆
スタガ型TFTの一例であり、本実施例の構造に限定さ
れるものではない。また、他のボトムゲイト型TFTに
適用することも可能である。
Finally, a heat treatment is performed on the entire device in a hydrogen atmosphere to complete an inverted stagger type TFT having a structure as shown in FIG. Note that the structure shown in this embodiment is an example of an inverted staggered TFT, and is not limited to the structure of this embodiment. Further, the present invention can be applied to other bottom gate type TFTs.

【0175】以上の様なボトムゲイト型TFTの場合、
活性層の下地となる絶縁物はゲイト絶縁膜(通常は二酸
化珪素膜が用いられる)であるので、必然的に束縛力を
受けて{111}配向になりやすい。
In the case of the above bottom gate type TFT,
Since the insulator serving as a base of the active layer is a gate insulating film (usually a silicon dioxide film is used), it is inevitably subjected to a binding force and tends to have a {111} orientation.

【0176】〔実施例6〕本実施例では絶縁表面を有す
る基板上に本発明によるTFTを形成し、画素マトリク
ス回路と周辺回路とをモノリシックに構成する例を図5
〜7に示す。なお、本実施例ではドライバー回路やロジ
ック回路等の周辺回路の例として、基本回路であるCM
OS回路を示す。
[Embodiment 6] This embodiment shows an example in which a TFT according to the present invention is formed on a substrate having an insulating surface, and a pixel matrix circuit and a peripheral circuit are monolithically constructed.
7 are shown. In this embodiment, as an example of a peripheral circuit such as a driver circuit and a logic circuit, a basic circuit CM
3 illustrates an OS circuit.

【0177】まず、石英基板50上に酸化珪素膜でなる
下地膜51をプラズマCVD法により形成する。そし
て、その上に75nm厚の非晶質珪素膜52、マスク絶縁膜
53を形成し、スピンコート法によりニッケル含有層5
4を形成する。これらの工程は実施例1に示した通りで
ある。(図5(A))
First, a base film 51 made of a silicon oxide film is formed on a quartz substrate 50 by a plasma CVD method. Then, a 75 nm thick amorphous silicon film 52 and a mask insulating film 53 are formed thereon, and the nickel-containing layer 5 is formed by spin coating.
4 is formed. These steps are as described in the first embodiment. (FIG. 5 (A))

【0178】次に、450 ℃1時間程度の水素出しの後、
窒素雰囲気中において590 ℃ 8時間の加熱処理を行い、
結晶性領域55〜58を得る。なお、55、56はニッ
ケル添加領域であり、57、58は横成長領域である。
(図5(B))
Next, after dehydration at 450 ° C. for about 1 hour,
Perform heat treatment at 590 ° C for 8 hours in a nitrogen atmosphere.
The crystalline regions 55 to 58 are obtained. 55 and 56 are nickel added regions, and 57 and 58 are lateral growth regions.
(FIG. 5 (B))

【0179】結晶化のための加熱処理が終了したら、マ
スク絶縁膜53を除去してパターニングを行い、横成長
領域57、58のみでなる島状半導体層(活性層)59
〜61を形成する。(図5(C))
After the heat treatment for crystallization is completed, the mask insulating film 53 is removed and patterning is performed, and an island-like semiconductor layer (active layer) 59 consisting only of the lateral growth regions 57 and 58 is formed.
To 61 are formed. (FIG. 5 (C))

【0180】ここで59はCMOS回路を構成するN型
TFTの活性層、60はCMOS回路を構成するP型T
FTの活性層、61は画素マトリクス回路を構成するN
型TFT(画素TFT)の活性層である。
Here, 59 is an active layer of an N-type TFT forming a CMOS circuit, and 60 is a P-type TFT forming a CMOS circuit.
An active layer of FT, 61 is an N which constitutes a pixel matrix circuit
It is an active layer of a type TFT (pixel TFT).

【0181】活性層59〜61を形成したら、その上に
珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜62を成膜する。
そして、次に触媒元素のゲッタリングプロセスを行う。
この工程の条件は実施例1に従えば良い。(図5
(D))
After forming the active layers 59 to 61, a gate insulating film 62 made of an insulating film containing silicon is formed thereon.
Then, a catalyst element gettering process is performed.
The conditions of this step may be in accordance with the first embodiment. (FIG. 5
(D))

【0182】次に、図示しないアルミニウムを主成分と
する金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト
電極の原型63〜65を形成する。本実施例では2wt%
のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。
(図6(A))
Next, a metal film (not shown) containing aluminum as a main component is formed, and the gate electrode prototypes 63 to 65 are formed by patterning. 2 wt% in this embodiment
An aluminum film containing scandium is used.
(FIG. 6 (A))

【0183】次に、実施例1と同様に特開平7-135318号
公報記載の技術により多孔性の陽極酸化膜66〜68、
無孔性の陽極酸化膜69〜71、ゲイト電極72〜74
を形成する。(図6(B))
Next, in the same manner as in Example 1, the porous anodic oxide films 66 to 68 were formed by the technique described in JP-A-7-135318.
Non-porous anodic oxide films 69-71, gate electrodes 72-74
To form (FIG. 6 (B))

【0184】こうして図6(B)の状態が得られたら、
次にゲイト電極72〜74、多孔性の陽極酸化膜66〜
68をマスクとしてゲイト絶縁膜62をエッチングす
る。そして、多孔性の陽極酸化膜66〜68を除去して
図6(C)の状態を得る。なお、75〜77で示される
のは加工後のゲイト絶縁膜である。
When the state shown in FIG. 6B is obtained,
Next, the gate electrodes 72 to 74, the porous anodic oxide film 66 to
The gate insulating film 62 is etched using the mask 68 as a mask. Then, the porous anodic oxide films 66 to 68 are removed to obtain the state shown in FIG. The gate insulating films after processing are indicated by 75 to 77.

【0185】次に、実施例1と同様の手順に従ってN型
を付与する不純物イオンを2回に分けて添加する。まず
1回目の不純物添加を高加速電圧で行い、n- 領域を形
成し、次に2回目の不純物添加を低加速電圧で行い、n
+ 領域を形成する。
Next, an impurity ion for imparting N-type is added in two steps according to the same procedure as in Example 1. First, the first doping is performed at a high accelerating voltage to form an n region, and then the second doping is performed at a low accelerating voltage.
Form a + region.

【0186】以上の工程を経て、CMOS回路を構成す
るN型TFTのソース領域78、ドレイン領域79、低
濃度不純物領域80、チャネル形成領域81が形成され
る。また、画素TFTを構成するN型TFTのソース領
域82、ドレイン領域83、低濃度不純物領域84、チ
ャネル形成領域85が画定する。(図6(D))
Through the above steps, a source region 78, a drain region 79, a low-concentration impurity region 80, and a channel forming region 81 of an N-type TFT constituting a CMOS circuit are formed. In addition, a source region 82, a drain region 83, a low-concentration impurity region 84, and a channel forming region 85 of an N-type TFT constituting the pixel TFT are defined. (FIG. 6 (D))

【0187】なお、図6(D)に示す状態ではCMOS
回路を構成するP型TFTの活性層もN型TFTの活性
層と同じ構成となっている。
Note that, in the state shown in FIG.
The active layer of the P-type TFT constituting the circuit has the same configuration as the active layer of the N-type TFT.

【0188】次に、N型TFTを覆ってレジストマスク
86を設け、P型を付与する不純物イオン(本実施例で
はボロンを用いる)の添加を行う。
Next, a resist mask 86 is provided so as to cover the N-type TFT, and an impurity ion for imparting P-type (boron is used in this embodiment) is added.

【0189】この工程も前述の不純物添加工程と同様に
2回に分けて行うが、N型をP型に反転させる必要があ
るため、前述のPイオンの添加濃度の数倍程度の濃度の
B(ボロン)イオンを添加する。
This step is also performed in two steps, similarly to the above-described impurity addition step. However, since it is necessary to invert the N-type to the P-type, the concentration of B (Boron) ions are added.

【0190】こうしてCMOS回路を構成するP型TF
Tのソース領域87、ドレイン領域88、低濃度不純物
領域89、チャネル形成領域90が形成される。(図7
(A))
The P-type TF constituting the CMOS circuit in this manner
A source region 87, a drain region 88, a low concentration impurity region 89, and a channel forming region 90 of T are formed. (FIG. 7
(A))

【0191】以上の様にして活性層が完成したら、ファ
ーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等
の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。そ
れと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復され
る。
When the active layer is completed as described above, activation of impurity ions is performed by a combination of furnace annealing, laser annealing, lamp annealing and the like. At the same time, the damage of the active layer in the addition step is also repaired.

【0192】次に、層間絶縁膜91として酸化珪素膜と
窒化珪素膜との積層膜を形成し、コンタクトホールを形
成した後、ソース電極92〜94、ドレイン電極95、
96を形成して図7(B)に示す状態を得る。
Next, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed as an interlayer insulating film 91, and after forming a contact hole, the source electrode 92 to 94, the drain electrode 95,
Forming 96 forms the state shown in FIG.

【0193】なお、本実施例では画素TFTのドレイン
電極96を補助容量の下部電極として利用するので、そ
れに対応する様な形状に加工しておく。
In this embodiment, since the drain electrode 96 of the pixel TFT is used as the lower electrode of the auxiliary capacitor, it is processed into a shape corresponding to the lower electrode.

【0194】次に、10〜50nmの厚さの窒化珪素膜97を
形成し、その上に補助容量を形成するための容量電極9
8を 100nmの厚さに形成する。本実施例では容量電極9
8としてチタン膜を用い、ドレイン電極96との間で補
助容量を形成する。
Next, a silicon nitride film 97 having a thickness of 10 to 50 nm is formed, and a capacitor electrode 9 for forming an auxiliary capacitor is formed thereon.
8 is formed to a thickness of 100 nm. In this embodiment, the capacitance electrode 9 is used.
A titanium film is used as 8, and an auxiliary capacitance is formed between the titanium film and the drain electrode 96.

【0195】前述の窒化珪素膜97は比誘電率が高いの
で誘電体として好適である。また、容量電極98として
はチタン膜以外にもアルミニウム膜やクロム膜等を用い
ても構わない。
The above-mentioned silicon nitride film 97 has a high relative dielectric constant and is therefore suitable as a dielectric. Further, as the capacitor electrode 98, an aluminum film, a chromium film, or the like may be used instead of the titanium film.

【0196】なお、本実施例は反射型液晶表示装置のア
クティブマトリクス基板(TFT側基板)を作製する例
であるので、透過型と違って後に形成される画素電極の
下を自由に利用できる(開口率を気にする必要がな
い)。それ故に上述の様な補助容量の形成が可能とな
る。
Since this embodiment is an example of manufacturing an active matrix substrate (TFT side substrate) of a reflection type liquid crystal display device, it is possible to freely use below a pixel electrode to be formed later unlike a transmission type ( You don't have to worry about the aperture ratio). Therefore, it is possible to form the auxiliary capacitance as described above.

【0197】次に、有機性樹脂膜でなる第2の層間絶縁
膜99を 0.5〜3 μmの厚さに形成する。そして、層間
絶縁膜99上に導電膜を形成してパターニングにより画
素電極10を形成する。本実施例は反射型の例であるた
め画素電極10を構成する導電膜としてアルミニウムを
主成分とする材料を用い、画素電極10に反射膜として
の機能を持たせる。
Next, a second interlayer insulating film 99 made of an organic resin film is formed to a thickness of 0.5 to 3 μm. Then, a conductive film is formed on the interlayer insulating film 99, and the pixel electrode 10 is formed by patterning. Since the present embodiment is a reflection type example, a material containing aluminum as a main component is used as a conductive film constituting the pixel electrode 10, and the pixel electrode 10 has a function as a reflection film.

【0198】次に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で1
〜2時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中
(特に活性層中)のダングリングボンド(不対結合手)
を補償する。以上の工程を経て同一基板上にCMOS回
路および画素マトリクス回路を作製することができる。
Next, the entire substrate was heated at 350 ° C. in a hydrogen atmosphere for 1 hour.
Dangling bonds (unpaired bonds) in the film (especially in the active layer) by heating the device for about 2 hours and hydrogenating the entire device
To compensate. Through the above steps, a CMOS circuit and a pixel matrix circuit can be manufactured over the same substrate.

【0199】〔実施例7〕本実施例では、実施例6とは
異なるTFT構造を採用した場合の例について説明す
る。まず、図8(A)は低濃度不純物領域を形成するに
あたってサイドウォールを利用する例である。
[Embodiment 7] In this embodiment, an example in which a TFT structure different from that of Embodiment 6 is adopted will be described. First, FIG. 8A shows an example in which a sidewall is used in forming a low-concentration impurity region.

【0200】この場合、図6(A)に示す状態で無孔性
の陽極酸化膜を形成し、ゲイト電極とその陽極酸化膜を
マスクとしてゲイト絶縁膜をエッチングする。その状態
でn- 領域およびp- 領域を形成するための不純物添加
を行う。
In this case, a nonporous anodic oxide film is formed in the state shown in FIG. 6A, and the gate insulating film is etched using the gate electrode and the anodic oxide film as a mask. In that state, impurities are added for forming the n region and the p region.

【0201】次に、サイドウォール1001〜1003
をエッチバック法で形成した後、n+ 領域およびp+
域を形成するための不純物添加を行う。この様な工程で
サイドウォール1001〜1003の下には低濃度不純
物領域(n- 領域およびp-領域)が形成される。
Next, the side walls 1001 to 1003
Is formed by an etch-back method, and then an impurity is added for forming an n + region and ap + region. In such a process, low-concentration impurity regions (n region and p region) are formed below the sidewalls 1001 to 1003.

【0202】また、図8(A)では公知のサリサイド技
術を利用して金属シリサイド1004〜1006を形成
している。シリサイド化するための金属としてはチタ
ン、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いるこ
とができる。
In FIG. 8A, metal silicides 1004 to 1006 are formed using a known salicide technique. As a metal for silicidation, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, or the like can be used.

【0203】また、図8(B)に示す構成は、ゲイト電
極1007〜1009が一導電性を付与した結晶性珪素
膜で形成されている点に特徴がある。通常、N型導電性
を持たせるが、N型TFTとP型TFTとで導電性を異
ならせるデュアルゲイト型TFTとすることも可能であ
る。
The structure shown in FIG. 8B is characterized in that gate electrodes 1007 to 1009 are formed of a crystalline silicon film provided with one conductivity. Normally, N-type conductivity is provided, but a dual-gate TFT in which conductivity differs between an N-type TFT and a P-type TFT can also be used.

【0204】さらに、図8(B)に示す構造でもサリサ
イド構造を適用しているが、この場合、ゲイト電極10
07〜1009の上面にも金属シリサイド1010〜1
012が形成される。
Further, the salicide structure is applied to the structure shown in FIG. 8B, but in this case, the gate electrode 10
Metal silicide 1010-1 on top of 07-1009
012 are formed.

【0205】本実施例に示した構造は、動作速度の速い
TFTに適した構造となる様に設計されている。特に、
サリサイド構造は数GHzレベルの動作周波数を実現す
る上で非常に有効な技術である。
The structure shown in this embodiment is designed so as to be suitable for a TFT having a high operation speed. Especially,
The salicide structure is a very effective technique for realizing an operating frequency on the order of several GHz.

【0206】〔実施例8〕本実施例では、実施例6とは
異なる構成で補助容量を形成する場合の例について説明
する。
[Embodiment 8] In this embodiment, an example in which an auxiliary capacitance is formed with a configuration different from that of Embodiment 6 will be described.

【0207】まず、図9(A)は活性層のドレイン領域
1020を大きめに形成しておき、その一部を補助容量
の下部電極として活用する。この場合、ドレイン領域1
020の上にはゲイト絶縁膜1021があり、その上に
容量電極1022が形成される。この容量電極1022
はゲイト電極と同一材料で形成される。
First, in FIG. 9A, the drain region 1020 of the active layer is formed relatively large, and a part thereof is used as a lower electrode of an auxiliary capacitance. In this case, the drain region 1
A gate insulating film 1021 is provided on the substrate 020, and a capacitor electrode 1022 is formed thereon. This capacitance electrode 1022
Are formed of the same material as the gate electrode.

【0208】この時、ドレイン領域1020のうち補助
容量を形成する部分は、予め不純物を添加して導電性を
持たせておいても良いし、容量電極1022に定電圧を
かけて形成される反転層を利用しても良い。
At this time, a portion of the drain region 1020 which forms an auxiliary capacitance may be made conductive by adding impurities in advance, or may be formed by applying a constant voltage to the capacitance electrode 1022. Layers may be used.

【0209】図9(A)は反射型液晶表示装置の例であ
るため、画素電極の裏側を最大限に活用して補助容量を
形成できる。そのため、非常に大きな容量を確保するこ
とができる。勿論、透過型液晶表示装置にも適用できる
が、その場合、補助容量の占有面積を大きくしてしまう
と開口率が落ちるので注意が必要である。
FIG. 9A shows an example of a reflection type liquid crystal display device, so that the auxiliary capacitance can be formed by making the most of the back side of the pixel electrode. Therefore, a very large capacity can be secured. Of course, the present invention can also be applied to a transmissive liquid crystal display device.

【0210】次に、図9(B)は透過型液晶表示装置の
例である。図9(B)の構成ではドレイン電極1023
を補助容量の下部電極とし、その上に窒化珪素膜102
4、ブラックマスク1025を形成し、ドレイン電極1
023とブラックマスク1025との間で補助容量を形
成する。
Next, FIG. 9B shows an example of a transmission type liquid crystal display device. In the structure of FIG. 9B, the drain electrode 1023
Is the lower electrode of the storage capacitor, and the silicon nitride film 102
4. A black mask 1025 is formed, and a drain electrode 1 is formed.
An auxiliary capacitor is formed between the H.023 and the black mask 1025.

【0211】この様に、図9(B)の構成ではブラック
マスク1025が補助容量の上部電極を兼ねる点が特徴
である。
As described above, the configuration of FIG. 9B is characterized in that the black mask 1025 also serves as the upper electrode of the storage capacitor.

【0212】また、1026は画素電極であり、透過型
であるので透明導電膜(例えばITO膜)を用いる。
Reference numeral 1026 denotes a pixel electrode, which is a transmissive type and uses a transparent conductive film (for example, an ITO film).

【0213】図9(B)に示す様な構成では、広い面積
を占めやすい補助容量をTFTの上に形成することで開
口率を広くすることが可能である。また、誘電率の高い
窒化珪素膜を25nm程度の薄さで利用できるので、少ない
面積で非常に大きな容量を確保することが可能である。
In the structure as shown in FIG. 9B, it is possible to increase the aperture ratio by forming an auxiliary capacitor which easily occupies a large area on the TFT. Further, since a silicon nitride film having a high dielectric constant can be used with a thickness of about 25 nm, it is possible to secure a very large capacity with a small area.

【0214】〔実施例9〕本実施例では本願発明を利用
して液晶パネルを構成する場合の例を示す。図10に示
すのはアクティブマトリクス型液晶パネルの断面を簡略
化した図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成
する領域にはCMOS回路を、画素マトリクス回路を構
成する領域には画素TFTを示している。
[Embodiment 9] This embodiment shows an example in which a liquid crystal panel is constructed by utilizing the present invention. FIG. 10 is a simplified view of the cross section of an active matrix type liquid crystal panel. A CMOS circuit is shown in a region forming a driver circuit or a logic circuit, and a pixel TFT is shown in a region forming a pixel matrix circuit. I have.

【0215】なお、実施例6〜8でCMOS回路と画素
マトリクス回路の構造(TFT構造)に関する説明を既
に行ったので、本実施例では必要な箇所のみを説明する
ことにする。
Since the structure (TFT structure) of the CMOS circuit and the pixel matrix circuit has already been described in Examples 6 to 8, only the necessary parts will be described in this embodiment.

【0216】まず、実施例6に示した作製工程に従って
図7(C)の状態を得る。なお、画素TFTをマルチゲ
イト構造とするなどの変更は実施者の自由である。
First, the state shown in FIG. 7C is obtained according to the manufacturing process shown in the sixth embodiment. It is to be noted that the change of the pixel TFT to have a multi-gate structure is at the discretion of the practitioner.

【0217】そして、アクティブマトリクス基板の準備
として配向膜1030を形成する。次に、対向基板を用
意する。対向基板は、ガラス基板1031、透明導電膜
1032、配向膜1033とで構成される。なお、対向
基板側には必要に応じてブラックマスクやカラーフィル
ターが形成されるがここでは省略する。
Then, as a preparation for the active matrix substrate, an alignment film 1030 is formed. Next, a counter substrate is prepared. The counter substrate includes a glass substrate 1031, a transparent conductive film 1032, and an alignment film 1033. Note that a black mask and a color filter are formed on the counter substrate side as necessary, but are omitted here.

【0218】こうして用意したアクティブマトリクス基
板と対向基板とを公知のセル組み工程によって貼り合わ
せる。そして、両基板の間に液晶材料1034を封入し
て図10に示す様な液晶パネルが完成する。
The thus prepared active matrix substrate and the counter substrate are bonded by a known cell assembling process. Then, a liquid crystal material 1034 is sealed between the two substrates to complete a liquid crystal panel as shown in FIG.

【0219】液晶材料1034は液晶の動作モード(E
CBモード、ゲストホストモード等)によって自由に選
定することができる。
The liquid crystal material 1034 has a liquid crystal operating mode (E
CB mode, guest host mode, etc.).

【0220】また、図7(C)に示した様なアクティブ
マトリクス基板の外観を図11に簡略化して示す。図1
1において、1040は石英基板、1041は画素マト
リクス回路、1042はソースドライバー回路、104
3はゲイトドライバー回路、1044はロジック回路で
ある。
FIG. 11 shows a simplified appearance of an active matrix substrate as shown in FIG. 7C. FIG.
1, reference numeral 1040 denotes a quartz substrate; 1041, a pixel matrix circuit; 1042, a source driver circuit;
3 is a gate driver circuit, and 1044 is a logic circuit.

【0221】ロジック回路1044は広義的にはTFT
で構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から
画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回
路と区別するため、それ以外の信号処理回路(メモリ、
D/Aコンバータ、パルスジェネレータ等)を指す。
The logic circuit 1044 is a TFT in a broad sense.
However, in order to distinguish them from circuits conventionally called pixel matrix circuits and driver circuits, other signal processing circuits (memory,
D / A converter, pulse generator, etc.).

【0222】また、こうして形成された液晶パネルには
外部端子としてFPC(Flexible Print Circuit)端子
が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれる
のはFPCを取り付けた状態の液晶パネルである。
Further, an FPC (Flexible Print Circuit) terminal is attached as an external terminal to the liquid crystal panel thus formed. Generally, a liquid crystal panel is a liquid crystal panel with an FPC attached.

【0223】〔実施例10〕本願発明は実施例9に示し
た液晶表示装置以外にも、アクティブマトリクス型のE
L(エレクトロルミネッセンス)表示装置やEC(エレ
クトロクロミクス)表示装置等の他の電気光学装置を作
製することも可能である。
[Embodiment 10] The present invention is not limited to the liquid crystal display device shown in Embodiment 9 but is also applicable to an active matrix type E.
It is also possible to manufacture other electro-optical devices such as an L (electroluminescence) display device and an EC (electrochromic) display device.

【0224】〔実施例11〕本実施例では、本発明を利
用した電気光学装置を利用する電子デバイス(応用製
品)の一例を図12に示す。本発明を利用した応用製品
としてはビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクタ
ー、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイル
コンピュータ、携帯電話等)などが挙げられる。
[Embodiment 11] In this embodiment, an example of an electronic device (applied product) using an electro-optical device using the present invention is shown in FIG. Examples of applied products using the present invention include a video camera, a still camera, a projector, a head-mounted display, a car navigation, a personal computer, and a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, etc.).

【0225】図12(A)は携帯電話であり、本体20
01、音声出力部2002、音声入力部2003、表示
装置2004、操作スイッチ2005、アンテナ200
6で構成される。本発明は表示装置2004に適用する
ことができる。
FIG. 12 (A) shows a mobile phone,
01, audio output unit 2002, audio input unit 2003, display device 2004, operation switch 2005, antenna 200
6. The present invention can be applied to the display device 2004.

【0226】図12(B)はビデオカメラであり、本体
2101、表示装置2102、音声入力部2103、操
作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部21
06で構成される。本発明は表示装置2102に適用す
ることができる。
FIG. 12B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input unit 2103, an operation switch 2104, a battery 2105, and an image receiving unit 21.
06. The present invention can be applied to the display device 2102.

【0227】図12(C)はモバイルコンピュータ(モ
ービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部
2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表
示装置2205で構成される。本発明は表示装置220
5に適用できる。
FIG. 12C shows a mobile computer (mobile computer), which comprises a main body 2201, a camera section 2202, an image receiving section 2203, operation switches 2204, and a display device 2205. The present invention relates to a display device 220.
5 is applicable.

【0228】図12(D)はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体2301、表示装置2302、バンド部
2303で構成される。本発明は表示装置2302に適
用することができる。
FIG. 12D shows a head mounted display, which comprises a main body 2301, a display device 2302, and a band 2303. The present invention can be applied to the display device 2302.

【0229】図12(E)はリア型プロジェクターであ
り、本体2401、光源2402、表示装置2403、
偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター240
5、2406、スクリーン2407で構成される。本発
明は表示装置2403に適用することができる。
FIG. 12E shows a rear type projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403,
Polarizing beam splitter 2404, reflector 240
5, 2406 and a screen 2407. The invention can be applied to the display device 2403.

【0230】図12(F)はフロント型プロジェクター
であり、本体2501、光源2502、表示装置250
3、光学系2504、スクリーン2505で構成され
る。本発明は表示装置2503に適用することができ
る。
FIG. 12F shows a front type projector, which comprises a main body 2501, a light source 2502, and a display device 250.
3. It comprises an optical system 2504 and a screen 2505. The invention can be applied to the display device 2503.

【0231】以上の様に、本発明の応用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の表示媒体に適用することが可能であ
る。また、本発明のTFTはIC、LSIといった半導
体回路を構成することもできるので、その様な半導体回
路を必要とする製品であれば用途を問わない。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and it can be applied to display media in all fields. Further, since the TFT of the present invention can also constitute a semiconductor circuit such as an IC or an LSI, any application is possible as long as the TFT requires such a semiconductor circuit.

【0232】[0232]

【発明の効果】本明細書で開示する発明によれば、実質
的に単結晶半導体に匹敵する結晶性を有する半導体薄膜
を実現することができる。そして、その様な半導体薄膜
を利用することで単結晶上に作製したIGFET(MO
SFET)に匹敵する、或いは凌駕する高い性能を有し
たTFTを実現することができる。
According to the invention disclosed in this specification, a semiconductor thin film having substantially the same crystallinity as a single crystal semiconductor can be realized. IGFETs (MOFETs) fabricated on a single crystal by using such a semiconductor thin film
(SFET) can be realized with a TFT having high performance comparable to or surpassing SFET.

【0233】以上の様なTFTを用いて構成される半導
体回路や電気光学装置およびそれらを具備した電子デバ
イスは、極めて高い性能を有し、機能性、携帯性、信頼
性の面で非常に優れたものとなる。
A semiconductor circuit and an electro-optical device using the above-described TFT and an electronic device having the same have extremely high performance and are extremely excellent in functionality, portability and reliability. It will be.

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

【図1】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 1 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 2 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図3】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 3 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図4】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。FIG. 4 illustrates a manufacturing process of a thin film transistor.

【図5】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。
FIG. 5 illustrates a manufacturing process of an active matrix substrate.

【図6】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。
FIG. 6 illustrates a manufacturing process of an active matrix substrate.

【図7】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。
FIG. 7 illustrates a manufacturing process of an active matrix substrate.

【図8】 アクティブマトリクス基板の構造を示す
図。
FIG. 8 illustrates a structure of an active matrix substrate.

【図9】 アクティブマトリクス基板の構造を示す
図。
FIG. 9 illustrates a structure of an active matrix substrate.

【図10】 液晶表示装置の断面を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a cross section of a liquid crystal display device.

【図11】 アクティブマトリクス基板を上面から見
た図。
FIG. 11 is a diagram of the active matrix substrate as viewed from above.

【図12】 電子デバイス(応用製品)の一例を示す
図。
FIG. 12 illustrates an example of an electronic device (applied product).

【図13】 薄膜トランジスタの電気特性を示す図。FIG. 13 illustrates electric characteristics of a thin film transistor.

【図14】 リングオシレータの周波数特性を示す
図。
FIG. 14 is a diagram illustrating frequency characteristics of a ring oscillator.

【図15】 リングオシレータの出力スペクトルを示
す写真。
FIG. 15 is a photograph showing an output spectrum of a ring oscillator.

【図16】 スケーリング則を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a scaling rule.

【図17】 結晶の方位関係を模式的に表した図。FIG. 17 is a diagram schematically showing a crystal orientation relationship.

【図18】 結晶成長の様子を模式的に表した図。FIG. 18 is a diagram schematically showing a state of crystal growth.

フロントページの続き (72)発明者 尾形 靖 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 宮永 昭治 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内Continued on the front page (72) Inventor Yasushi Yasushi 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside Semiconductive Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Shoji Miyanaga 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside Semiconductive Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (50)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 面方位は概略{111}配向であり、且つ、珪素以外で
膜中に存在する元素は少なくともC(炭素)、N(窒
素)、O(酸素)及びS(硫黄)以外の元素から選ばれ
た一種または複数種の元素であることを特徴とする半導
体薄膜。
1. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, the plane orientation being substantially {111} -oriented and existing in the film other than silicon. A semiconductor thin film, wherein the element is at least one or more elements selected from elements other than C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen), and S (sulfur).
【請求項2】珪素以外で膜中に存在する元素とは、Ni
(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pd
(パラジウム)、Pt(白金)、Cu(銅)、Au
(金)から選ばれた一種または複数種の元素であり、且
つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3 以下(または
0.001atomic%以下)であることを特徴とする請求項1に
記載の半導体薄膜。
2. The element present in a film other than silicon is Ni.
(Nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pd
(Palladium), Pt (platinum), Cu (copper), Au
(Gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (or
2. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the content is 0.001 atomic% or less.
【請求項3】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 面方位は概略{111}配向であり、且つ、膜中に存在
するC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS(硫
黄)の濃度はSIMSによる検出下限以下であることを
特徴とする半導体薄膜。
3. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, the plane orientation being substantially {111} -oriented, and the presence of C (carbon ), The concentrations of N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) are below the lower limit of detection by SIMS.
【請求項4】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 面方位は概略{111}配向であり、且つ、膜中に存在
するC(炭素)、N(窒素)及びS(硫黄)の濃度は 5
×1018atoms/cm3 未満(または0.01atomic% 未満)であ
り、且つ、膜中に存在するO(酸素)の濃度は 1.5×10
19atoms/cm3 未満(または0.03atomic% 未満)であるこ
とを特徴とする半導体薄膜。
4. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, the plane orientation being substantially {111} -oriented, and C (carbon) existing in the film. ), N (nitrogen) and S (sulfur) concentrations are 5
× 10 18 atoms / cm 3 (or less than 0.01 atomic%), and the concentration of O (oxygen) existing in the film is 1.5 × 10
A semiconductor thin film having a density of less than 19 atoms / cm 3 (or less than 0.03 atomic%).
【請求項5】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 {111}配向比率が0.9以上であり、且つ、珪素以
外で膜中に存在する元素は少なくともC(炭素)、N
(窒素)、O(酸素)及びS(硫黄)以外の元素から選
ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする
半導体薄膜。
5. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio is 0.9 or more and other than silicon, The elements present are at least C (carbon), N
A semiconductor thin film characterized by being one or more elements selected from elements other than (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur).
【請求項6】前記珪素以外で膜中に存在する元素とは、
Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、P
d(パラジウム)、Pt(白金)、Cu(銅)、Au
(金)から選ばれた一種または複数種の元素であり、且
つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3 以下(または
0.001atomic%以下)であることを特徴とする請求項5に
記載の半導体薄膜。
6. An element other than silicon which is present in a film,
Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), P
d (palladium), Pt (platinum), Cu (copper), Au
(Gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (or
0.001 atomic% or less).
【請求項7】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 {111}配向比率が0.9以上であり、且つ、膜中に
存在するC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS
(硫黄)の濃度はSIMSによる検出下限以下であるこ
とを特徴とする半導体薄膜。
7. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio is 0.9 or more, and C is present in the film. (Carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S
A semiconductor thin film, wherein the concentration of (sulfur) is lower than the lower limit of detection by SIMS.
【請求項8】珪素を主成分とする複数の棒状または偏平
棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 {111}配向比率が0.9以上であり、且つ、膜中に
存在するC(炭素)、N(窒素)及びS(硫黄)の濃度
は 5×1018atoms/cm3 未満(または0.01atomic% 未満)
であり、且つ、膜中に存在するO(酸素)の濃度は 1.5
×1019atoms/cm3 未満(または0.03atomic% 未満)であ
ることを特徴とする半導体薄膜。
8. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio is 0.9 or more, and C is present in the film. The concentration of (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (or less than 0.01 atomic%)
And the concentration of O (oxygen) present in the film is 1.5
A semiconductor thin film characterized by being less than × 10 19 atoms / cm 3 (or less than 0.03 atomic%).
【請求項9】前記複数の棒状または偏平棒状結晶は互い
に概略平行に特定の方向性をもって並んでいることを特
徴とする請求項1、3、4、5、7または8に記載の半
導体薄膜。
9. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein said plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals are arranged substantially parallel to each other with a specific direction.
【請求項10】任意の結晶粒界を横切る様にして観測さ
れる格子縞の殆どが、前記結晶粒界を形成する異なる結
晶粒間で直線的に連続していることを特徴とする請求項
1乃至請求項8に記載の半導体薄膜。
10. The method according to claim 1, wherein most of the lattice fringes observed across an arbitrary grain boundary are linearly continuous between different crystal grains forming the grain boundary. The semiconductor thin film according to claim 8.
【請求項11】任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連
続性があることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記
載の半導体薄膜。
11. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein most crystal lattices have continuity at an arbitrary grain boundary.
【請求項12】電子線回折パターンには{111}配向
による特定の規則性が観測されることを特徴とする請求
項1乃至請求項8に記載の半導体薄膜。
12. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein specific regularity due to {111} orientation is observed in the electron beam diffraction pattern.
【請求項13】室温のLAL500に対するエッチング
レートが50nm/min以上である絶縁物と上面および/また
は下面で接することを特徴とする請求項1乃至請求項8
に記載の半導体薄膜。
13. An upper surface and / or a lower surface in contact with an insulator having an etching rate of 50 nm / min or more for LAL500 at room temperature.
4. The semiconductor thin film according to claim 1.
【請求項14】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 面方位は概略{111}配向であり、且つ、任意の結晶
粒界では殆どの結晶格子に連続性があることを特徴とす
る半導体薄膜。
14. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, the plane orientation being substantially {111} -oriented, and almost any crystal grain boundary. A semiconductor thin film characterized in that the crystal lattice has continuity.
【請求項15】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 面方位は概略{111}配向であり、且つ、任意の結晶
粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、前記
結晶粒界を形成する異なる結晶粒間で直線的に連続して
いることを特徴とする半導体薄膜。
15. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the plane orientation is substantially {111} orientation and crosses an arbitrary crystal grain boundary. A semiconductor thin film, wherein most of the lattice fringes observed in the following manner are linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary.
【請求項16】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 {111}配向比率が0.9以上であり、且つ、任意の
結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性があることを特徴
とする半導体薄膜。
16. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio is 0.9 or more, and at any crystal grain boundary, A semiconductor thin film characterized in that most crystal lattices have continuity.
【請求項17】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、 {111}配向比率が0.9以上であり、且つ、任意の
結晶粒界を横切る様にして観測される格子縞の殆どが、
前記結晶粒界を形成する異なる結晶粒間で直線的に連続
していることを特徴とする半導体薄膜。
17. A semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio is 0.9 or more and an arbitrary crystal grain boundary is formed. Most of the plaids observed across are
A semiconductor thin film characterized by being linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary.
【請求項18】前記複数の棒状または偏平棒状結晶は互
いに概略平行に特定の方向性をもって並んでいることを
特徴とする請求項14乃至請求項17に記載の半導体薄
膜。
18. The semiconductor thin film according to claim 14, wherein said plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals are arranged substantially parallel to each other with a specific direction.
【請求項19】前記珪素以外で膜中に存在する元素は少
なくともC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)、S(硫
黄)以外の元素から選ばれた一種または複数種の元素で
あることを特徴とする請求項14乃至請求項17に記載
の半導体薄膜。
19. The element present in the film other than silicon is at least one or more elements selected from elements other than C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur). 18. The semiconductor thin film according to claim 14, wherein the semiconductor thin film is provided.
【請求項20】前記珪素以外で膜中に存在する元素と
は、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe
(鉄)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu
(銅)、Au(金)から選ばれた一種または複数種の元
素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3
以下(または0.001atomic%以下)であることを特徴とす
る請求項19に記載の半導体薄膜。
20. The elements present in the film other than silicon include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe
(Iron), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu
(Copper) and one or more elements selected from Au (gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3
20. The semiconductor thin film according to claim 19, wherein the content is not more than 0.001 atomic%.
【請求項21】膜中に存在するC(炭素)、N(窒
素)、O(酸素)、S(硫黄)の濃度はSIMSによる
検出下限以下であることを特徴とする請求項14乃至請
求項17に記載の半導体薄膜。
21. The method according to claim 14, wherein the concentrations of C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) present in the film are lower than the lower limit of detection by SIMS. 18. The semiconductor thin film according to 17.
【請求項22】膜中に存在するC(炭素)、N(窒
素)、S(硫黄)の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満(0.
01atomic% 未満)であり、且つ、膜中の存在するO(酸
素)の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満(0.03atomic%
未満)であることを特徴とする請求項14乃至請求項1
7に記載の半導体薄膜。
22. The concentration of C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) present in the film is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (0.
And the concentration of O (oxygen) present in the film is less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 (0.03 atomic%).
14) to claim 1).
8. The semiconductor thin film according to 7.
【請求項23】膜中にはNi、Co、Fe、Pd、P
t、Cu、Auから選ばれた一種または複数種の元素
が、 5×1017atoms/cm3 以下(または0.001atomic%以
下)の濃度で存在することを特徴とする請求項14乃至
請求項17に記載の半導体薄膜。
23. Ni, Co, Fe, Pd, P
18. One or more elements selected from t, Cu, and Au are present at a concentration of 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (or 0.001 atomic% or less). 4. The semiconductor thin film according to claim 1.
【請求項24】電子線回折パターンには{111}配向
による特定の規則性が観測されることを特徴とする請求
項14乃至請求項23に記載の半導体薄膜。
24. The semiconductor thin film according to claim 14, wherein a specific regularity due to {111} orientation is observed in the electron beam diffraction pattern.
【請求項25】室温のLAL500に対するエッチング
レートが50nm/min以上である絶縁物と上面および/また
は下面で接することを特徴とする請求項14乃至請求項
23に記載の半導体薄膜。
25. The semiconductor thin film according to claim 14, wherein the semiconductor thin film is in contact with an insulator whose etching rate with respect to LAL500 at room temperature is 50 nm / min or more at an upper surface and / or a lower surface.
【請求項26】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の面方位は概略{111}配向であり、
且つ、珪素以外で膜中に存在する元素は少なくともC
(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS(硫黄)以外
の元素から選ばれた一種または複数種の元素であること
を特徴とする半導体装置。
26. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the semiconductor thin film has a substantially {111} orientation.
In addition, at least C is present in the film except for silicon.
A semiconductor device comprising one or more elements selected from elements other than (carbon), N (nitrogen), O (oxygen), and S (sulfur).
【請求項27】前記珪素以外で膜中に存在する元素と
は、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe
(鉄)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu
(銅)、Au(金)から選ばれた一種または複数種の元
素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3
以下(または0.001atomic%以下)であることを特徴とす
る請求項26に記載の半導体装置。
27. The elements present in the film other than silicon include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe
(Iron), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu
(Copper) and one or more elements selected from Au (gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3
27. The semiconductor device according to claim 26, wherein the content is equal to or less than 0.001 atomic%.
【請求項28】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の面方位は概略{111}配向であり、
且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)、O(酸
素)及びS(硫黄)の濃度はSIMSによる検出下限以
下であることを特徴とする半導体装置。
28. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the semiconductor thin film has a substantially {111} orientation.
And a concentration of C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen), and S (sulfur) present in the film is lower than a lower limit of detection by SIMS.
【請求項29】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の面方位は概略{111}配向であり、
且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)及びS
(硫黄)の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満(または0.01
atomic% 未満)であり、且つ、膜中に存在するO(酸
素)の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満(または0.03at
omic% 未満)であることを特徴とする半導体装置。
29. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the plane orientation of the semiconductor thin film is substantially {111} orientation;
And C (carbon), N (nitrogen) and S present in the film
(Sulfur) concentration is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (or 0.01
atomic%) and the concentration of O (oxygen) present in the film is less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 (or 0.03 at.
omic%).
【請求項30】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の{111}配向比率が0.9以上であ
り、且つ、珪素以外で膜中に存在する元素は少なくとも
C(炭素)、N(窒素)、O(酸素)及びS(硫黄)以
外の元素から選ばれた一種または複数種の元素であるこ
とを特徴とする半導体装置。
30. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the semiconductor thin film has a {111} orientation ratio of 0.9 or more. And the element present in the film other than silicon is at least one or more elements selected from elements other than C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項31】前記珪素以外で膜中に存在する元素と
は、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe
(鉄)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu
(銅)、Au(金)から選ばれた一種または複数種の元
素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3
以下(または0.001atomic%以下)であることを特徴とす
る請求項30に記載の半導体装置。
31. Elements present in the film other than silicon include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe
(Iron), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu
(Copper) and one or more elements selected from Au (gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3
31. The semiconductor device according to claim 30, wherein the content is not more than 0.001 atomic%.
【請求項32】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の{111}配向比率が0.9以上であ
り、且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)、O
(酸素)及びS(硫黄)の濃度はSIMSによる検出下
限以下であることを特徴とする半導体装置。
32. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein said semiconductor thin film has a {111} orientation ratio of 0.9 or more. And C (carbon), N (nitrogen), O
A semiconductor device, wherein the concentrations of (oxygen) and S (sulfur) are lower than the lower limit of detection by SIMS.
【請求項33】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の{111}配向比率が0.9以上であ
り、且つ、膜中に存在するC(炭素)、N(窒素)及び
S(硫黄)の濃度は 5×1018atoms/cm3 未満(または0.
01atomic% 未満)であり、且つ、膜中に存在するO(酸
素)の濃度は 1.5×1019atoms/cm3 未満(または0.03at
omic% 未満)であることを特徴とする半導体装置。
33. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the {111} orientation ratio of the semiconductor thin film is 0.9 or more. And the concentration of C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) present in the film is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 (or 0.1%).
01 atomic%) and the concentration of O (oxygen) present in the film is less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 (or 0.03 atomic%).
omic%).
【請求項34】前記複数の棒状または偏平棒状結晶は互
いに概略平行に特定の方向性をもって並んでいることを
特徴とする請求項26、28、29、30、32または
33に記載の半導体装置。
34. The semiconductor device according to claim 26, wherein said plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals are arranged substantially parallel to each other with a specific direction.
【請求項35】前記半導体薄膜の任意の結晶粒界を横切
る様にして観測される格子縞の殆どが、前記結晶粒界を
形成する異なる結晶粒間で直線的に連続していることを
特徴とする請求項26乃至請求項33に記載の半導体装
置。
35. The method according to claim 35, wherein most of the lattice fringes observed across an arbitrary crystal grain boundary of the semiconductor thin film are linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary. 34. The semiconductor device according to claim 26, wherein
【請求項36】前記半導体薄膜の任意の結晶粒界では殆
どの結晶格子に連続性があることを特徴とする請求項2
6乃至請求項33に記載の半導体装置。
36. The semiconductor thin film according to claim 2, wherein most crystal lattices have continuity at arbitrary crystal grain boundaries.
The semiconductor device according to any one of claims 6 to 33.
【請求項37】前記半導体薄膜の電子線回折パターンに
は{111}配向による特定の規則性が観測されること
を特徴とする請求項26乃至請求項33に記載の半導体
装置。
37. The semiconductor device according to claim 26, wherein a specific regularity due to {111} orientation is observed in an electron diffraction pattern of the semiconductor thin film.
【請求項38】前記半導体薄膜の上面および/または下
面に接して、室温のLAL500に対するエッチングレ
ートが50nm/min以上である絶縁物を有することを特徴と
する請求項26乃至請求項33に記載の半導体装置。
38. The semiconductor device according to claim 26, further comprising an insulator in contact with an upper surface and / or a lower surface of the semiconductor thin film and having an etching rate of 50 nm / min or more for LAL500 at room temperature. Semiconductor device.
【請求項39】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の面方位は概略{111}配向であり、
且つ、任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性があ
ることを特徴とする半導体装置。
39. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the semiconductor thin film has a substantially {111} orientation.
A semiconductor device characterized in that almost any crystal lattice has continuity at an arbitrary crystal grain boundary.
【請求項40】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜の面方位は概略{111}配向であり、
且つ、任意の結晶粒界を横切る様にして観測される格子
縞の殆どが、前記結晶粒界を形成する異なる結晶粒間で
直線的に連続していることを特徴とする半導体装置。
40. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein the semiconductor thin film has a substantially {111} orientation.
In addition, a semiconductor device is characterized in that most of the lattice fringes observed so as to cross any crystal grain boundary are linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary.
【請求項41】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜は{111}配向比率が0.9以上であ
り、且つ、任意の結晶粒界では殆どの結晶格子に連続性
があることを特徴とする半導体装置。
41. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film comprising an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein said semiconductor thin film has a {111} orientation ratio of 0.9 or more. A semiconductor device, wherein most crystal lattices have continuity at an arbitrary crystal grain boundary.
【請求項42】珪素を主成分とする複数の棒状または偏
平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜で構成される半
導体装置であって、 前記半導体薄膜は{111}配向比率が0.9以上であ
り、且つ、任意の結晶粒界を横切る様にして観測される
格子縞の殆どが、前記結晶粒界を形成する異なる結晶粒
間で直線的に連続していることを特徴とする半導体装
置。
42. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film composed of an aggregate of a plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals containing silicon as a main component, wherein said semiconductor thin film has a {111} orientation ratio of 0.9 or more. A semiconductor device, wherein almost all of the lattice fringes observed so as to cross an arbitrary crystal grain boundary are linearly continuous between different crystal grains forming the crystal grain boundary.
【請求項43】前記半導体薄膜の電子線回折パターンに
は{111}配向による特定の規則性が観測されること
を特徴とする請求項39乃至請求項42に記載の半導体
装置。
43. The semiconductor device according to claim 39, wherein specific regularity due to {111} orientation is observed in an electron diffraction pattern of said semiconductor thin film.
【請求項44】前記半導体薄膜の上面および/または下
面に接して、室温のLAL500に対するエッチングレ
ートが50nm/min以上である絶縁物を有することを特徴と
する請求項39乃至請求項42に記載の半導体装置。
44. The semiconductor device according to claim 39, further comprising an insulator in contact with an upper surface and / or a lower surface of the semiconductor thin film, the etching rate of the LAL 500 at room temperature being 50 nm / min or more. Semiconductor device.
【請求項45】前記複数の棒状または偏平棒状結晶は互
いに概略平行に特定の方向性をもって並んでいることを
特徴とする請求項39乃至請求項42に記載の半導体装
置。
45. The semiconductor device according to claim 39, wherein said plurality of rod-shaped or flat rod-shaped crystals are arranged substantially parallel to each other with a specific direction.
【請求項46】珪素以外で前記半導体薄膜中に存在する
元素は少なくともC(炭素)、N(窒素)、O(酸
素)、S(硫黄)以外の元素から選ばれた一種または複
数種の元素であることを特徴とする請求項39乃至請求
項42に記載の半導体装置。
46. An element other than silicon that is present in the semiconductor thin film is at least one element selected from elements other than C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur). 43. The semiconductor device according to claim 39, wherein:
【請求項47】前記珪素以外で前記半導体薄膜中に存在
する元素とは、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、
Fe(鉄)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Cu
(銅)、Au(金)から選ばれた一種または複数種の元
素であり、且つ、当該元素の濃度は 5×1017atoms/cm3
以下(または0.001atomic%以下)であることを特徴とす
る請求項46に記載の半導体装置。
47. Elements other than silicon that are present in the semiconductor thin film include Ni (nickel), Co (cobalt),
Fe (iron), Pd (palladium), Pt (platinum), Cu
(Copper) and one or more elements selected from Au (gold), and the concentration of the element is 5 × 10 17 atoms / cm 3
47. The semiconductor device according to claim 46, wherein the content is less than or equal to 0.001 atomic%.
【請求項48】前記半導体薄膜中に存在するC(炭
素)、N(窒素)、O(酸素)、S(硫黄)の濃度はS
IMSによる検出下限以下であることを特徴とする請求
項39乃至請求項42に記載の半導体装置。
48. The concentration of C (carbon), N (nitrogen), O (oxygen) and S (sulfur) present in the semiconductor thin film is S
43. The semiconductor device according to claim 39, wherein the semiconductor device is equal to or lower than a lower limit of detection by IMS.
【請求項49】前記半導体薄膜中に存在するC(炭
素)、N(窒素)、S(硫黄)の濃度は 5×1018atoms/
cm3 未満(または0.01atomic% 未満)であり、且つ、膜
中の存在するO(酸素)の濃度は 1.5×1019atoms/cm3
未満(または0.03atomic% 未満)であることを特徴とす
る請求項39乃至請求項42に記載の半導体装置。
49. The concentration of C (carbon), N (nitrogen) and S (sulfur) present in the semiconductor thin film is 5 × 10 18 atoms /
cm 3 (or less than 0.01 atomic%), and the concentration of O (oxygen) present in the film is 1.5 × 10 19 atoms / cm 3
43. The semiconductor device according to claim 39, wherein said semiconductor device is less than 0.03 atomic%.
【請求項50】前記半導体薄膜中にはNi、Co、F
e、Pd、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複
数種の元素が、 5×1017atoms/cm3 以下(または0.001a
tomic%以下)の濃度で存在することを特徴とする請求項
39乃至請求項42に記載の半導体装置。
50. Ni, Co, F in the semiconductor thin film
e, one or more elements selected from Pd, Pt, Cu, and Au are 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less (or 0.001a
43. The semiconductor device according to claim 39, wherein the semiconductor device exists at a concentration of tomic% or less.
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