JPH1197713A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH1197713A
JPH1197713A JP21564398A JP21564398A JPH1197713A JP H1197713 A JPH1197713 A JP H1197713A JP 21564398 A JP21564398 A JP 21564398A JP 21564398 A JP21564398 A JP 21564398A JP H1197713 A JPH1197713 A JP H1197713A
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広樹 安達
Akira Takeuchi
晃 武内
Takeshi Fukada
武 深田
Hiroshi Uehara
弘 上原
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a fine and thin thermal oxide film having no pin hole and having a uniform thickness on the surface of an active layer, by forming an island-like active layer on a glass substrate, and annealing the active layer in an oxidizing atmosphere at a temperature which does not cause warping or contraction of the substrate. SOLUTION: An amorphous silicon film 205 is formed on an underlying layer 202 formed on a substrate 201, and this amorphous silicon film 205 is patterned to form an active layer 203. After the active layer is crystallized by laser irradiation, it is annealed in an oxygen atmosphere at about 600 deg.C for approximately one hour. Thus, a thermal oxide film 204 is formed on the surface of the active layer 203. Moreover, using tetra excimer silane as a material, a gate insulating film 205 of silicon oxide is formed by a plasma CVD method. By thus annealing the active layer at the temperature which does not cause warping or contraction of the substrate 201, the fine and thin thermal oxide film 204 having no pin hole and having a uniform thickness is formed.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板、あるいは各種基板上に形成された絶縁性被膜上に設
けられた非単結晶珪素膜を用いた絶縁ゲイト構造を有す
る半導体装置、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や
薄膜ダイオード(TFD)、またはそれらを応用した薄
膜集積回路、特にアクティブ型液晶表示装置(液晶ディ
スプレー)用薄膜集積回路の作製方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an insulating gate structure using a non-single-crystal silicon film provided on an insulating substrate such as glass or an insulating film formed on various substrates. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor (TFT), a thin film diode (TFD), or a thin film integrated circuit using the same, particularly a thin film integrated circuit for an active liquid crystal display device (liquid crystal display).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上にTFTを
有する半導体装置、例えば、TFTを画素の駆動に用い
るアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が開
発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices having TFTs on an insulating substrate such as glass, for example, active type liquid crystal display devices and image sensors using TFTs for driving pixels have been developed.

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

【0004】これらの珪素膜を用いて絶縁ゲイト構造を
得るには、珪素膜表面に何らかの手段によって界面特性
の優れた絶縁膜を形成する必要があった。例えば、石英
基板のように高温に耐える基板上であれば、熱酸化とい
う手段を用いてゲイト絶縁膜を得ることができた。石英
基板は高価であり、かつ、融点が高いために大面積化が
困難であるということで、融点が低くてより量産性に優
れ、安価な他のガラス材料(例えば、コーニング705
9番)を基板として使用することが望まれた。しかし、
より安価な基板材料を使用した場合には、熱酸化膜を得
るだけの高温に基板が耐えないという問題があった。そ
のため、より低温で形成できる物理的気相成長法(PV
D法、例えばスパッタ法)や化学的気相成長法(CVD
法、例えばプラズマCVD法、光CVD法等)によって
形成される。
In order to obtain an insulating gate structure using these silicon films, it is necessary to form an insulating film having excellent interface characteristics on the surface of the silicon film by some means. For example, on a substrate that can withstand high temperatures, such as a quartz substrate, a gate insulating film could be obtained by means of thermal oxidation. Quartz substrates are expensive and have a high melting point, making it difficult to increase the area. Therefore, other glass materials (for example, Corning 705) having a low melting point, being more excellent in mass productivity, and being inexpensive.
No. 9) was desired to be used as a substrate. But,
When a less expensive substrate material is used, there is a problem that the substrate cannot withstand a high temperature enough to obtain a thermal oxide film. Therefore, the physical vapor deposition method (PV
D method (for example, sputtering method) and chemical vapor deposition (CVD method)
Method, for example, a plasma CVD method, an optical CVD method, etc.).

【0005】しかしながら、これらPVD法、CVD法
によって作製した絶縁膜はピンホールが多く、また、界
面特性も良くなかった。このため、TFTとした場合の
電界移動度やサブスレシュホールド特性値(S値)が、
良くないという問題点、あるいはゲイト電極のリーク電
流が多く、劣化がひどく、歩留りが低いという問題点が
あった。特にもともと移動度の小さな非晶質珪素を用い
たTFTの場合には、このようなゲイト絶縁膜の特性は
あまり問題とならなかったが、移動度の高い結晶性の珪
素膜を用いたTFTでは、珪素膜自体よりもゲイト絶縁
膜の特性の方が大きな問題となった。
However, the insulating films produced by these PVD and CVD methods have many pinholes and have poor interface characteristics. Therefore, the electric field mobility and the sub-threshold characteristic value (S value) in the case of a TFT are
There is a problem that it is not good, or a problem that leakage current of the gate electrode is large, deterioration is severe, and yield is low. In particular, in the case of a TFT using amorphous silicon originally having a low mobility, such characteristics of the gate insulating film did not cause much problem. However, in a TFT using a crystalline silicon film having a high mobility, However, the characteristics of the gate insulating film became a bigger problem than the silicon film itself.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。すなわち、結晶
性珪素膜を用いて、特性、信頼性、歩留りに優れたTF
Tの作製方法を提供する場合において、特に基板材料に
影響を与えない条件のもとで、ゲイト絶縁膜の作製方法
やゲイト絶縁膜の構造を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for solving the above problems. That is, a TF excellent in characteristics, reliability, and yield is obtained by using a crystalline silicon film.
In providing a method for manufacturing T, an object is to provide a method for manufacturing a gate insulating film and a structure of the gate insulating film under conditions that do not particularly affect the substrate material.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0007】本発明は、酸素や酸化窒素、オゾン等の酸
化雰囲気のなかで、島状の結晶性珪素膜に基板材料に対
して影響を与えない波長、持続時間の強光を照射し、あ
るいは、基板材料に対して影響を与えない温度で島状の
結晶性珪素膜を熱アニールすることによって、その表面
に薄い酸化珪素膜(熱酸化膜)を形成し、さらに、これ
を覆って、公知のPVD法、CVD法で厚い絶縁膜を形
成し、所望の厚さのゲイト絶縁膜とすることを特徴とす
る。
According to the present invention, in an oxidizing atmosphere of oxygen, nitrogen oxide, ozone or the like, the island-shaped crystalline silicon film is irradiated with strong light having a wavelength and a duration that does not affect the substrate material; By thermally annealing an island-shaped crystalline silicon film at a temperature that does not affect the substrate material, a thin silicon oxide film (thermal oxide film) is formed on the surface of the crystalline silicon film. A gate insulating film having a desired thickness is formed by forming a thick insulating film by the PVD method or the CVD method.

【0008】本発明において、光を照射する場合には、
例えば、近赤外光から可視光にかけての光、好ましくは
波長が4μm〜0.5μmの光(例えば波長1.3μm
にピークを有する赤外光)を用いる場合には、10〜1
000秒程度の比較的短い時間照射し、珪素膜の表面の
温度を900〜1200℃に上昇させることが望まし
い。この波長の光は、珪素膜には吸収され、基板では実
質的に吸収されないので、上記の照射時間であれば、基
板に影響を与えずに、珪素膜のみを選択的に加熱でき
る。
In the present invention, when irradiating light,
For example, light from near-infrared light to visible light, preferably light having a wavelength of 4 μm to 0.5 μm (for example, a wavelength of 1.3 μm
When infrared light having a peak at
Irradiation for a relatively short time of about 2,000 seconds is desirable to raise the temperature of the surface of the silicon film to 900 to 1200 ° C. Since light of this wavelength is absorbed by the silicon film and is not substantially absorbed by the substrate, only the silicon film can be selectively heated without affecting the substrate during the above irradiation time.

【0009】波長がより短い紫外線を用いる場合には、
珪素膜だけでなく、多くの基板材料にも吸収されるの
で、最適な光の持続時間はより短くなる。例えば、24
8nmの波長では1μsec以下とすることが望まれ
る。それより長い時間の照射をおこなえば、基板にも相
当な量の光が吸収され、基板に変形をもたらす。このよ
うに、極めて短時間の光の照射においては瞬間的に珪素
膜表面の温度が1000℃を越えるような高温となるよ
うな光量を選択する必要がある。また、瞬間的な温度上
昇と下降であるので、1回の照射では酸化が十分に進行
しないので、複数回の照射をおこなうことが必要であ
る。この場合、得られる酸化膜の厚さは照射回数に依存
する。紫外線を光源として、このような極めて短い時間
の照射をおこなうには、エキシマーレーザーのようなパ
ルス発振レーザーを用いるのが理想的である。各種エキ
シマーレーザーはパルス幅が100nsec以下であ
る。また、本発明においては強光を照射する際に基板温
度を最高600℃、好ましくは、400℃まで上昇させ
てもよい。
In the case of using ultraviolet light having a shorter wavelength,
The optimal light duration is shorter because it is absorbed by many substrate materials as well as the silicon film. For example, 24
At a wavelength of 8 nm, it is desired to be 1 μsec or less. If irradiation is performed for a longer time, a considerable amount of light is absorbed by the substrate, and the substrate is deformed. As described above, it is necessary to select an amount of light such that the temperature of the surface of the silicon film instantaneously rises to a high temperature exceeding 1000 ° C. in the light irradiation for a very short time. In addition, since the temperature rises and falls instantaneously, oxidation does not sufficiently proceed in one irradiation, so that it is necessary to perform a plurality of irradiations. In this case, the thickness of the obtained oxide film depends on the number of times of irradiation. It is ideal to use a pulsed laser such as an excimer laser to perform irradiation in such an extremely short time using ultraviolet light as a light source. Various excimer lasers have a pulse width of 100 nsec or less. Further, in the present invention, the substrate temperature may be raised to a maximum of 600 ° C., preferably 400 ° C. when irradiating strong light.

【0010】また、本発明において、熱アニールをおこ
なう場合には、基板にソリや縮み等の影響を与えない温
度でおこなうことが望ましく、具体的には、400〜7
00℃、好ましくは500〜600℃の中温の条件でお
こなうことが望ましい。一般的には基板の歪み温度(歪
み点)以下でおこなうべきであるが、予め基板に熱的な
処置をほどこして、内部の歪みエネルギーを開放してお
くことによって、歪み温度以上でも縮みを十分に小さく
できるので、このような場合には歪み温度以上の温度で
あってもかまわない。上記の強光の照射あるいは熱アニ
ール後にPVD法やCVD法によって成膜される絶縁膜
は一般的には酸化珪素膜であるが、窒化珪素膜や酸化窒
化珪素膜であってもよい。
In the present invention, when thermal annealing is performed, it is preferable to perform the thermal annealing at a temperature that does not affect the substrate such as warpage or shrinkage.
It is desirable to carry out the reaction at a temperature of 00 ° C, preferably 500 to 600 ° C. Generally, it should be performed at a temperature lower than the strain temperature (strain point) of the substrate. However, thermal treatment is applied to the substrate in advance to release internal strain energy, so that shrinkage can be sufficiently performed even at a temperature higher than the strain temperature. In such a case, the temperature may be higher than the strain temperature. The insulating film formed by the PVD method or the CVD method after the above-mentioned strong light irradiation or thermal annealing is generally a silicon oxide film, but may be a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.

【0011】本発明に用いられる結晶性珪素膜の作製方
法は、レーザーやそれと同等な強光の照射による結晶
化、あるいは熱アニールによる結晶化いずれでも採用で
きる。特に、熱アニールによる場合で、ニッケル等の結
晶化を助長せしめる金属元素を用いて、通常の固相成長
温度よりも低温で結晶化を行う方法を採用した場合に
は、本発明は新たな効果を生じる。結晶化を助長させる
元素としては、8族元素であるFe、Co、Ni、R
u、Rh、Pd、Os、Ir、Ptを用いることができ
る。また3d元素であるSc、Ti、V、Cr、Mn、
Cu、Znも利用することができる。さらに、実験によ
れば、Au、Ag、においても結晶化の作用が確認され
ている。特に上記元素の中で、顕著な効果が得られ、そ
の作用で結晶化した結晶性珪素膜を用いてTFTの動作
が確認されているのがNiである。
The method for producing a crystalline silicon film used in the present invention can be employed either by crystallization by irradiation with a laser beam or equivalent strong light, or by crystallization by thermal annealing. In particular, when a method of performing crystallization at a temperature lower than a normal solid-phase growth temperature using a metal element such as nickel that promotes crystallization is adopted in the case of thermal annealing, the present invention has a new effect. Is generated. Elements that promote crystallization include Group 8 elements Fe, Co, Ni, R
u, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt can be used. The 3d elements Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Cu and Zn can also be used. Further, according to the experiment, the action of crystallization was confirmed also in Au and Ag. In particular, among the above-mentioned elements, Ni has a remarkable effect, and Ni has been confirmed to operate as a TFT using a crystalline silicon film crystallized by the effect.

【0012】これらの金属を添加された珪素膜は針状に
結晶が成長することが観察されている。しかしながら、
全面が結晶化してしまうわけではなく、結晶と結晶の間
に非晶質もしくはそれと同程度の結晶性の低い領域が取
り残される。このような金属元素の添加された珪素膜は
針状に結晶が成長し、その幅も被膜の厚さの0.5〜2
倍であり、さらに<111>方向の成長方向でなく、幅
方向、すなわち結晶の側面への成長は少ない。このた
め、前記非晶質領域は長時間のアニールでも結晶化せ
ず、これをTFTに用いた場合には特性の劣化が問題と
なった。ところが、上記の強光を照射する方法を採用し
た場合には、光エネルギーの一部が結晶成長にも使用さ
れ、結晶の側面への成長が促進される。このため、緻密
な結晶性珪素膜が得られる。また、強光を照射したの
ち、再び、熱アニールすることにより、より結晶性を改
善せしめてもよい。また、このような強光照射と熱アニ
ールを複数回繰り返してもよい。
It has been observed that the silicon film to which these metals are added grows in a needle-like crystal. However,
The entire surface is not crystallized, and an amorphous region or a region with low crystallinity equivalent thereto is left between crystals. In the silicon film to which such a metal element is added, crystals grow in a needle shape, and the width thereof is 0.5 to 2 times the thickness of the film.
The growth is less than the growth direction in the <111> direction but in the width direction, that is, on the side surface of the crystal. For this reason, the amorphous region does not crystallize even after annealing for a long time, and when this is used for a TFT, there is a problem of deterioration of characteristics. However, when the above method of irradiating strong light is employed, part of the light energy is also used for crystal growth, and the growth on the side surface of the crystal is promoted. Therefore, a dense crystalline silicon film can be obtained. Further, the crystallinity may be further improved by performing thermal annealing again after irradiation with strong light. Further, such intense light irradiation and thermal annealing may be repeated a plurality of times.

【0013】[0013]

【作用】強光を照射して、あるいは中温でのアニールに
よって得られる熱酸化膜の厚さは、20〜200Å、代
表的には100Åであるが、公知のPVD法、CVD法
による膜とは異なり、ピンホールのない非常に緻密で均
一な厚さの膜である。また、珪素膜との界面も理想的な
状態である。この熱酸化膜の上にさらに厚い絶縁膜、代
表的には酸化珪素膜を重ねるのであるから、ピンホール
に起因するリーク電流は小さく、歩留りも向上する。
The thickness of the thermal oxide film obtained by irradiating strong light or annealing at a medium temperature is 20 to 200 °, typically 100 °. In contrast, it is a very dense and uniform thickness film without pinholes. The interface with the silicon film is also in an ideal state. Since a thicker insulating film, typically a silicon oxide film, is overlaid on this thermal oxide film, the leak current due to the pinhole is small, and the yield is improved.

【0014】また、珪素膜との界面が良好であるので、
TFTとした場合の各種特性値が向上し、信頼性も高
い。特に図5(A)に示すように、従来のTFTプロセ
スにおいては、島状珪素膜を作製した際に、オーバーエ
ッチによって珪素膜の端に空孔が生じた。特に下地膜が
柔らかい(エッチングレートが大きい)場合には、顕著
であった。そして、従来のPVD法やCVD法ではこの
空孔をうまく埋めきれず、クラック等によってリーク電
流が発生することが多かった。(図5(B))しかし、
本発明においては、珪素膜の周囲に一様な厚さのピンホ
ール等のない熱酸化膜が形成されるので上記のようなク
ラックが生じても、使用上はほとんど問題がない。(図
5(C))
Also, since the interface with the silicon film is good,
Various characteristic values in the case of a TFT are improved, and the reliability is high. In particular, as shown in FIG. 5A, in the conventional TFT process, when an island-shaped silicon film was formed, holes were generated at the edge of the silicon film due to overetching. In particular, when the underlying film was soft (the etching rate was large), it was remarkable. In the conventional PVD method or CVD method, these holes cannot be filled well, and a leak current often occurs due to cracks or the like. (FIG. 5B)
In the present invention, since a thermal oxide film having no pinholes and the like having a uniform thickness is formed around the silicon film, even if the above-described crack occurs, there is almost no problem in use. (FIG. 5 (C))

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

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

【0016】図1に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板(コーニング7059)101上にスパ
ッタリング法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜102を形成した。基板は、下地膜の成膜の前もしく
は後に、歪み温度よりも高い温度でアニールをおこなっ
た後、0.1〜1.0℃/分で歪み温度以下まで徐冷す
ると、その後の温度上昇を伴う工程(本発明の赤外光照
射および熱アニールによる酸化工程を含む)での基板の
収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コーニング
7059基板では、620〜660℃で1〜4時間アニ
ールした後、0.1〜1.0℃/分、好ましくは、0.
1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590℃まで温度
が低下した段階で取り出すとよい。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of this embodiment. First, a 2000-nm-thick silicon oxide base film 102 was formed on a substrate (Corning 7059) 101 by a sputtering method. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then slowly cooled to a strain temperature or lower at 0.1 to 1.0 ° C./min. Substrate shrinkage in the accompanying steps (including the oxidation step by irradiation with infrared light and thermal annealing of the present invention) is small, and mask alignment is prepared. For Corning 7059 substrate, after annealing at 620-660 ° C. for 1-4 hours, 0.1-1.0 ° C./min, preferably 0.1-1.0 ° C./min.
It is good to gradually cool at a rate of 1 to 0.3 ° C./min, and to take out when the temperature has dropped to 450 to 590 ° C.

【0017】次に、プラズマCVD法によって、厚さ5
00〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)の
非晶質珪素膜を成膜した。そして、窒素不活性雰囲気化
(大気圧)、600℃、48時間アニールして結晶化さ
せ、珪素膜を10〜1000μmの大きさにパターニン
グして、島状の珪素膜(TFTの活性層)103を形成
した。そして、酸素雰囲気中で、0.5〜4μmここで
は0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外光を30〜1
80秒照射し、活性層103の表面に酸化珪素膜104
を形成した。雰囲気に0.1〜10%のHClを混入し
てもよかった。(図1(A))
Next, a thickness of 5
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film of 00 to 1500 °, for example, 1000 ° was formed. Then, it is crystallized by annealing in a nitrogen inert atmosphere (atmospheric pressure) at 600 ° C. for 48 hours, and the silicon film is patterned into a size of 10 to 1000 μm to form an island-shaped silicon film (TFT active layer) 103. Was formed. Then, in an oxygen atmosphere, an infrared light having a peak of 0.5 to 4 μm, here 0.8 to 1.4 μm, is irradiated with an infrared light of 30 to 1 μm.
Irradiation for 80 seconds, the silicon oxide film 104 on the surface of the active layer 103
Was formed. 0.1 to 10% HCl could be mixed into the atmosphere. (Fig. 1 (A))

【0018】赤外線の光源としてはハロゲンランプを用
いた。赤外光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェ
ハー上の温度が900〜1200℃の間にあるように調
整した。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱
電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィ
ードバックさせた。本実施例では、昇温・降温は、図4
(A)もしくは(B)のようにおこなった。昇温は、一
定で速度は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20
〜100℃であった。
A halogen lamp was used as an infrared light source. The intensity of the infrared light was adjusted so that the temperature of the monitor on the single crystal silicon wafer was between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. In the present embodiment, the temperature rise / fall is performed as shown in FIG.
(A) or (B). The temperature rise is constant, the speed is 50-200 ° C./sec, and the temperature fall is 20 by natural cooling.
100100 ° C.

【0019】図4(A)は一般的な温度サイクルで、昇
温時間a、保持時間b、降温時間cの3つの過程からな
る。しかし、この場合には試料は室温から1000℃も
の高温へ、さらに高温状態から室温へと急激に加熱・冷
却されるので、珪素膜や基板に与える影響が大きく、珪
素膜の剥離の可能性も高い。この問題を解決するために
は、図4(B)のように、保持に達する前に、プレヒー
ト時間dやポストヒート時間fを設け、保持時間に達す
る前に200〜500℃の基板や膜に大きな影響を与え
ない温度に保持しておくことが望ましい。
FIG. 4A shows a general temperature cycle, which comprises three steps of a temperature raising time a, a holding time b, and a temperature lowering time c. However, in this case, since the sample is rapidly heated and cooled from room temperature to as high as 1000 ° C., and further from the high temperature state to room temperature, the influence on the silicon film and the substrate is large, and the possibility of peeling of the silicon film is also high. high. In order to solve this problem, as shown in FIG. 4 (B), a preheating time d and a post-heating time f are provided before reaching the holding time, and before reaching the holding time, the substrate or film at 200 to 500 ° C. It is desirable to keep it at a temperature that does not have a significant effect.

【0020】この赤外光照射は、珪素膜を選択的に加熱
することになるので、ガラス基板への加熱を最小限に抑
えることができる。そして、珪素膜中の欠陥や不体結合
手を減少させるのにも非常に効果がある。この赤外光照
射によって形成された酸化珪素104の厚さは50〜1
50Åであった。
Since the infrared light irradiation selectively heats the silicon film, the heating of the glass substrate can be minimized. Further, it is also very effective in reducing defects and unbound bonds in the silicon film. The thickness of the silicon oxide 104 formed by this infrared light irradiation is 50 to 1
It was 50 degrees.

【0021】つぎにプラズマCVD法によって厚さ10
00Åの酸化珪素膜105をゲイト絶縁膜として成膜し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOS(テトラ・エト
キシ・シラン、Si(OC2 5 4 )と酸素を用い、
成膜時の基板温度は300〜550℃、例えば400℃
とした。(図1(B))
Next, a thickness of 10
A silicon oxide film 105 having a thickness of 00 ° was formed as a gate insulating film. TEOS (tetraethoxysilane, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and oxygen are used as source gases for CVD.
The substrate temperature during film formation is 300 to 550 ° C., for example, 400 ° C.
And (FIG. 1 (B))

【0022】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ6000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極106、108を形成した。さらに、こ
のアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸
化物層107、109を形成した。この陽極酸化は、酒
石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層107、109の厚さは200
0Åであった。なお、この酸化物107と109は、後
のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト領
域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の
長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (including 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 6000 to 8000 °, for example, 6000 ° was deposited. Then, the aluminum film was patterned to form gate electrodes 106 and 108. Further, the surface of the aluminum electrode was anodized to form oxide layers 107 and 109 on the surface. This anodization was performed in an ethylene glycol solution containing tartaric acid at 1 to 5%. The thickness of the obtained oxide layers 107 and 109 is 200
It was 0 °. Since the oxides 107 and 109 have a thickness for forming an offset gate region in a later ion doping process, the length of the offset gate region can be determined in the anodic oxidation process.

【0023】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極106とその周囲の酸化層107、ゲイト
電極108とその周囲の酸化層109をマスクとして、
自己整合的にPもしくはN導電型を付与する不純物を添
加した。ドーピングガスとして、フォスフィン(P
3 )およびジボラン(B 2 6 )を用い、前者の場合
は、加速電圧を60〜90kV、例えば80kV、後者
の場合は、40〜80kV、例えば65kVとする。ド
ース量は1×1015〜8×1015cm-2、例えば、燐を
5×1015cm-2、ホウ素を2×1015とした。ドーピ
ングに際しては、一方の領域をフォトレジストで覆うこ
とによって、それぞれの元素を選択的にドーピングし
た。この結果、N型の不純物領域113と115、P型
の不純物領域110と112が形成され、Pチャネル型
TFT(PTFT)の領域とNチャネル型TFT(NT
FT)との領域を形成することができた。
Next, the ion doping method (plasma doping)
The active layer region (source / do
Rain, which constitutes the channel), the gate electrode,
Gate electrode 106 and its surrounding oxide layer 107, gate
Using the electrode 108 and the surrounding oxide layer 109 as a mask,
Add an impurity that imparts P or N conductivity type in a self-aligned manner.
Added. Phosphine (P
HThree) And diborane (B TwoH6) And the former case
Means that the acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV,
In this case, the voltage is set to 40 to 80 kV, for example, 65 kV. Do
1 × 10Fifteen~ 8 × 10Fifteencm-2, For example, phosphorus
5 × 10Fifteencm-2, Boron 2 × 10FifteenAnd Dopi
When polishing, cover one area with photoresist.
And selectively doping each element by
Was. As a result, N-type impurity regions 113 and 115, P-type
Impurity regions 110 and 112 are formed to form a P-channel type.
TFT (PTFT) region and N-channel TFT (NT
FT).

【0024】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図1(C))
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light. (Fig. 1 (C))

【0025】また、この工程は、近赤外光によるランプ
アニールによる方法でもよい。近赤外線は非晶質珪素よ
りも結晶化した珪素へは吸収されやすく、1000℃以
上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニールを行うこ
とができる。その反面、ガラス基板(遠赤外光はガラス
基板に吸収されるが、可視・近赤外光(波長0.5〜4
μm)は吸収されにくい)へは吸収されにくいので、ガ
ラス基板を高温に加熱することがなく、また短時間の処
理ですむので、ガラス基板の縮みが問題となる工程にお
いては最適な方法であるといえる。
This step may be performed by lamp annealing using near-infrared light. Near infrared rays are more easily absorbed by crystallized silicon than amorphous silicon, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. On the other hand, a glass substrate (far-infrared light is absorbed by the glass substrate, but visible / near-infrared light (wavelength 0.5 to 4
(μm) is hardly absorbed), so it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature and requires only a short processing time. Therefore, it is the most suitable method in the process where shrinkage of the glass substrate becomes a problem. It can be said that.

【0026】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
6を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成し
た。この層間絶縁物としてはポリイミドを利用してもよ
い。さらにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってTF
Tの電極・配線117、118、119を形成した。最
後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニー
ルを行い、TFTを相補型に構成した半導体回路を完成
した。(図1(D))
Subsequently, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000.degree.
6 was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. Polyimide may be used as the interlayer insulator. Further, a contact hole is formed, and TF is formed by a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum.
T electrodes / wirings 117, 118 and 119 were formed. Finally, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT. (Fig. 1 (D))

【0027】上記に示す回路は、PTFTとNTFTと
を相補型に設けたCMOS構造であるが、上記工程にお
いて、2つのTFTを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したTFTを2つ同時に作製することも可
能である。本実施例で得られたTFTの特性に関して
は、NTFTの移動度は110〜150cm2 /Vs、
S値は0.2〜0.5V/桁、PTFTの移動度は90
〜120cm2 /Vs、S値は0.4〜0.6V/桁で
あり、公知のPVD法やCVD法によってゲイト絶縁膜
を形成した場合に比較して、移動度は2割以上高く、S
値は半減した。
The circuit shown above has a CMOS structure in which a PTFT and an NTFT are provided in a complementary manner. In the above-described process, two TFTs are simultaneously formed and cut at the center, whereby two independent TFTs are simultaneously formed. It is also possible to produce. Regarding the characteristics of the TFT obtained in this embodiment, the mobility of the NTFT is 110 to 150 cm 2 / Vs,
S value is 0.2-0.5V / digit, PTFT mobility is 90
120120 cm 2 / Vs, the S value is 0.4-0.6 V / digit, and the mobility is 20% or more higher than that of a case where a gate insulating film is formed by a known PVD method or CVD method.
The value has been halved.

【0028】〔実施例2〕本実施例も相補型TFT回路
に関するものである。本実施例の作製工程の概略を図2
に示す。本実施例において、基板201としてはコーニ
ング7059ガラス基板(厚さ1.1mm、300×4
00mm)を使用した。実施例1と同様に最初に640
℃で1時間アニールした後、0.2℃/分で580℃ま
で徐冷した基板を用いた。そして、下地膜202(酸化
珪素)をプラズマCVD法で2000Åの厚さに形成し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOSと酸素を用い
た。基板温度は350℃とした。プラズマCVD法の代
わりにスパッタ法でもよい。
[Embodiment 2] This embodiment also relates to a complementary TFT circuit. FIG. 2 schematically shows the manufacturing process of this embodiment.
Shown in In this embodiment, the substrate 201 is a Corning 7059 glass substrate (1.1 mm thick, 300 × 4
00 mm). First, as in Example 1, 640
After annealing at ℃ for 1 hour, a substrate gradually cooled to 580 ° C. at 0.2 ° C./min was used. Then, a base film 202 (silicon oxide) was formed to a thickness of 2000 ° by a plasma CVD method. TEOS and oxygen were used as source gases for CVD. The substrate temperature was 350 ° C. A sputtering method may be used instead of the plasma CVD method.

【0029】この後、LPCVD法もしくはプラズマC
VD法で非晶質珪素膜205を500Åの厚さに形成し
た。これをパターニングしてTFTの活性層203を形
成した。そして、450℃で1時間脱水素化を行った
後、レーザー照射によって結晶化させた。レーザーとし
てはKrFエキシマーレーザー(波長248nm)を用
い、エネルギー密度250〜450mJ/cm2 のレー
ザー光を1か所につき、2ショット照射した。レーザー
照射は真空中でおこない、基板の温度は350〜500
℃とした。レーザー照射工程の後、基板を酸素雰囲気で
600℃で1時間アニールした。この結果、活性層の表
面に20〜200Å、代表的には40〜100Åの厚さ
の熱酸化膜204が形成された。(図2(A))
Thereafter, LPCVD or plasma C
An amorphous silicon film 205 was formed to a thickness of 500 ° by the VD method. This was patterned to form an active layer 203 of the TFT. Then, after dehydrogenation at 450 ° C. for 1 hour, crystallization was performed by laser irradiation. As a laser, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) was used, and a laser beam having an energy density of 250 to 450 mJ / cm 2 was irradiated for two shots at one location. Laser irradiation is performed in a vacuum and the substrate temperature is 350 to 500
° C. After the laser irradiation step, the substrate was annealed at 600 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. As a result, a thermal oxide film 204 having a thickness of 20 to 200 °, typically 40 to 100 ° was formed on the surface of the active layer. (Fig. 2 (A))

【0030】さらにテトラ・エトキシ・シラン(TEO
S)を原料として、酸素雰囲気中のプラズマCVD法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜(厚さ70〜120n
m、典型的には120nm)206を形成した。成膜時
にはTEOSに対して流量比で3〜50%のトリクロロ
エチレン(TCE)を添加した。基板温度は350℃と
した。こうしてゲイト絶縁膜205を形成した。(図2
(B)) 次に厚さ6000Åのアルミニウム膜をスパッタ法で形
成し、パターニングを行うことによって、ゲイト電極2
06、208を形成した。そして、実施例1と同様にゲ
イト電極の周囲を陽極酸化物207、209で被覆し
た。
Further, tetraethoxysilane (TEO)
S) as a raw material, a gate insulating film of silicon oxide (thickness of 70 to 120 n) is formed by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
m, typically 120 nm) 206 was formed. During film formation, trichlorethylene (TCE) was added at a flow rate ratio of 3 to 50% to TEOS. The substrate temperature was 350 ° C. Thus, a gate insulating film 205 was formed. (Figure 2
(B)) Next, an aluminum film having a thickness of 6000 ° is formed by a sputtering method, and is patterned to form a gate electrode 2.
06 and 208 were formed. Then, as in Example 1, the periphery of the gate electrode was covered with anodic oxides 207 and 209.

【0031】その後、N型およびP型の不純物をイオン
ドーピング法で注入し、自己整合的にP型ソース領域2
10、P型ドレイン領域212、N型ソース領域21
3、N型ドレイン領域215、チャネル形成領域21
1、214を形成した。そして、KrFレーザー光を照
射することによって、不純物導入のために結晶性の劣化
した珪素膜の結晶性を改善させた。このときにはレーザ
ー光のエネルギー密度は250〜300mJ/cm2
した。このレーザー照射によって、このTFTのソース
/ドレインのシート抵抗は300〜800Ω/cm2
なった。また、この工程は赤外光のランプアニールによ
って行ってもよい。(図2(C))
Thereafter, N-type and P-type impurities are implanted by ion doping, and the P-type source region 2 is self-aligned.
10, P-type drain region 212, N-type source region 21
3, N-type drain region 215, channel formation region 21
1, 214 were formed. By irradiating a KrF laser beam, the crystallinity of the silicon film whose crystallinity was deteriorated due to impurity introduction was improved. At this time, the energy density of the laser beam was set to 250 to 300 mJ / cm 2 . Due to this laser irradiation, the source / drain sheet resistance of this TFT became 300 to 800 Ω / cm 2 . This step may be performed by lamp annealing with infrared light. (Fig. 2 (C))

【0032】その後、酸化珪素またはポリイミドによっ
て層間絶縁物216を形成し、コンタクトホールを形成
して、TFTのソース/ドレイン領域にクロム/アルミ
ニウム多層膜で電極217、218,219を形成し
た。最後に、水素中で200〜400℃で2時間アニー
ルして、水素化をおこなった。このようにして、TFT
を完成した。さらにより耐湿性を向上させるために、全
面に窒化珪素等でパッシベーション膜を形成してもよ
い。(図2(D))
Thereafter, an interlayer insulator 216 was formed of silicon oxide or polyimide, a contact hole was formed, and electrodes 217, 218, and 219 were formed in a source / drain region of the TFT with a chromium / aluminum multilayer film. Finally, hydrogenation was performed by annealing in hydrogen at 200 to 400 ° C. for 2 hours. In this way, the TFT
Was completed. In order to further improve the moisture resistance, a passivation film may be formed on the entire surface using silicon nitride or the like. (FIG. 2 (D))

【0033】〔実施例3〕図3を用いて、本実施例を説
明する。まずガラス基板301として、コーニング70
59基板を用い、620〜660℃で1〜4時間アニー
ルした後、0.1〜1.0℃/分、好ましくは、0.1
〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590℃まで温度が
低下した段階で取り出した。そして、基板上に下地膜3
02を形成し、さらに、プラズマCVD法によって厚さ
300〜800Åのアモルファス(非晶質)珪素膜30
3を成膜した。そして、厚さ1000Åの酸化珪素のマ
スク304を用いて305で示される領域に厚さ20〜
50Åのニッケル膜をスパッタ法で成膜した。ニッケル
膜は連続した膜状でなくともよい。この後、窒素雰囲気
下で500〜620℃、例えば550℃、8時間の加熱
アニールを行い、珪素膜303の結晶化を行った。結晶
化は、ニッケルと珪素膜が接触した領域305を出発点
として、矢印で示されるように基板に対して平行な方向
に結晶成長が進行した。(図3(A))
[Embodiment 3] This embodiment will be described with reference to FIG. First, as a glass substrate 301, Corning 70
After annealing at 620 to 660 ° C. for 1 to 4 hours using a 59 substrate, 0.1 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 1.0 ° C./min.
It was gradually cooled at -0.3C / min, and was taken out at the stage when the temperature was lowered to 450-590C. Then, a base film 3 is formed on the substrate.
02, and an amorphous silicon film 30 having a thickness of 300 to 800 ° is formed by a plasma CVD method.
3 was formed. Then, using a silicon oxide mask 304 having a thickness of 1000 °, a region having a thickness of
A 50 ° nickel film was formed by a sputtering method. The nickel film need not be a continuous film. Thereafter, heat annealing was performed at 500 to 620 ° C., for example, 550 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere to crystallize the silicon film 303. Crystallization progressed in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow, starting from a region 305 where the nickel and silicon films were in contact. (FIG. 3 (A))

【0034】次に、シリコン膜304をパターニングし
て、島状の活性層領域306および307を形成した。
この際、図3(A)で300で示された領域が、ニッケ
ルが直接導入された領域であり、ニッケルが高濃度に存
在する領域である。また、実施例2および3で示したよ
うに結晶成長の先端にも、やはりニッケルが高濃度に存
在する。これらの領域は、その間の結晶化している領域
に比較してニッケルの濃度が1桁近く高いことが判明し
ている。したがって、本実施例においては、活性層領域
306、307はこれらのニッケル濃度の高い領域を避
けてパターニングし、ニッケルの濃度の高い領域は除去
した。そして、ニッケルがほとんど存在しない領域にT
FTの活性層を形成した。活性層のエッチングは垂直方
向に異方性を有するRIE法によって行った。本実施例
の活性層中でのニッケル濃度は、1017〜1019cm-3
程度であった。その後、実施例1と同じ条件で可視・近
赤外光の照射をおこない、活性層306、307の表面
に厚さ50〜150Åの酸化珪素膜308を得るととも
に、先の熱アニールによって結晶化した領域の結晶性を
さらに向上させた。(図3(B))
Next, the silicon film 304 was patterned to form island-shaped active layer regions 306 and 307.
At this time, a region indicated by 300 in FIG. 3A is a region where nickel is directly introduced, and is a region where nickel is present at a high concentration. Also, as shown in Examples 2 and 3, nickel also exists at a high concentration at the tip of crystal growth. It has been found that these regions have a nickel concentration that is nearly an order of magnitude higher than the crystallized regions between them. Therefore, in this embodiment, the active layer regions 306 and 307 are patterned so as to avoid these regions where the nickel concentration is high, and the regions where the nickel concentration is high are removed. Then, T is applied to a region where almost no nickel is present.
An active layer of FT was formed. The etching of the active layer was performed by the RIE method having anisotropy in the vertical direction. The nickel concentration in the active layer of this embodiment is 10 17 to 10 19 cm −3.
It was about. Thereafter, irradiation with visible / near-infrared light was performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a silicon oxide film 308 having a thickness of 50 to 150 ° on the surfaces of the active layers 306 and 307 and crystallized by the previous thermal annealing. The crystallinity of the region was further improved. (FIG. 3 (B))

【0035】その後、実施例1と同様にゲイト絶縁膜3
09を成膜し(図3(C)、ゲイト電極310、311
を形成し、P型とN型の不純物を導入し(図3
(D))、層間絶縁物312を形成して、これにコンタ
クトホールを形成し、メタル配線313、314、31
5を形成した。(図3(E))
Thereafter, the gate insulating film 3 is formed in the same manner as in the first embodiment.
09 (FIG. 3C), and gate electrodes 310 and 311 are formed.
Is formed, and P-type and N-type impurities are introduced (FIG. 3).
(D)), an interlayer insulator 312 is formed, a contact hole is formed therein, and metal wirings 313, 314, and 31 are formed.
5 was formed. (FIG. 3 (E))

【0036】〔実施例4〕本実施例の工程の概略を図6
に示す。本実施例は、酸化雰囲気において島状珪素膜に
KrFエキシマレーザー光(波長248nm)を照射す
ることによって、その表面に薄い酸化膜を形成するとと
もに、珪素膜の結晶化を促進せしめる工程の例である。
以下、図6を用いて、そのように処理された珪素膜を用
いてアクティブマトリクス回路の画素のスイッチングト
ランジスタを形成する工程について述べる。
[Embodiment 4] FIG.
Shown in The present embodiment is an example of a process of irradiating an island-like silicon film with KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) in an oxidizing atmosphere to form a thin oxide film on the surface thereof and promote crystallization of the silicon film. is there.
Hereinafter, a process of forming a switching transistor of a pixel of an active matrix circuit using the silicon film thus processed will be described with reference to FIG.

【0037】実施例3と同様に最初に640℃で1時間
アニールした後、0.2℃/分で580℃まで徐冷した
基板601を用いた。基板上には下地膜602(酸化珪
素、厚さ2000Å)、非晶質珪素膜603(厚さ50
0Å)を形成し、また、非晶質珪素膜603の表面には
熱酸化もしくは過酸化水素水等の酸化剤処理によって、
厚さ10〜100Åの酸化珪素膜を形成しておいた。こ
の状態で、スピンコーティング法によって、極めて薄い
酢酸ニッケル層604を形成した。溶媒としては水もし
くはエタノールを用い、酢酸ニッケルの濃度は10〜5
0ppmとした。(図6(A))
As in Example 3, a substrate 601 was used, which was first annealed at 640 ° C. for 1 hour and then gradually cooled to 580 ° C. at 0.2 ° C./min. A base film 602 (silicon oxide, thickness of 2000 Å) and an amorphous silicon film 603 (thickness of 50
0 °), and the surface of the amorphous silicon film 603 is thermally oxidized or treated with an oxidizing agent such as a hydrogen peroxide solution.
A silicon oxide film having a thickness of 10 to 100 ° was formed. In this state, an extremely thin nickel acetate layer 604 was formed by spin coating. Water or ethanol is used as the solvent, and the concentration of nickel acetate is 10 to 5
It was set to 0 ppm. (FIG. 6 (A))

【0038】そして、基板を窒素雰囲気で550℃で4
〜8時間アニールした。この結果、ニッケルの結晶化促
進作用によって、非晶質珪素膜603は結晶化した。こ
の結晶化においては、膜の一部に1〜数μmの大きさで
非晶質状態のまま取り残される領域があることが確認さ
れている。
Then, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours.
Annealed for ~ 8 hours. As a result, the amorphous silicon film 603 was crystallized by the crystallization promoting action of nickel. In this crystallization, it has been confirmed that there is a region having a size of 1 to several μm which is left in an amorphous state in a part of the film.

【0039】次に、公知のフォトリソグラフィー法によ
って珪素膜をエッチングし、島状珪素領域605を得
た。珪素膜表面に残存していた酸化膜はこの段階で除去
した。次に、酸素雰囲気に基板を置き、ここに、KrF
エキシマーレーザー光を照射した。照射エネルギー密度
としては250〜450mJ/cm2 、例えば、300
mJ/cm2 とし、1か所に付き10〜50ショットを
照射した。この結果、10〜50Åの厚さの酸化珪素膜
606が得られた。レーザーのエネルギー密度、ショッ
ト数は得るべき酸化珪素膜606の厚さによって選択す
ればよい。また、このレーザー照射の工程によって、上
記の結晶珪素膜中に残留した非晶質領域も結晶し、さら
に、珪素膜の結晶性を改善することができた。この工程
の後で、再び、上記と同じ条件で熱アニールしてもよ
い。(図6(B))
Next, the silicon film was etched by a known photolithography method to obtain an island-shaped silicon region 605. The oxide film remaining on the silicon film surface was removed at this stage. Next, the substrate is placed in an oxygen atmosphere, and KrF
Excimer laser light was applied. The irradiation energy density is 250 to 450 mJ / cm 2 , for example, 300
mJ / cm 2, and 10 to 50 shots were irradiated at one location. As a result, a silicon oxide film 606 having a thickness of 10 to 50 ° was obtained. The energy density of the laser and the number of shots may be selected depending on the thickness of the silicon oxide film 606 to be obtained. Further, by the laser irradiation step, the amorphous region remaining in the crystalline silicon film was also crystallized, and the crystallinity of the silicon film could be further improved. After this step, thermal annealing may be performed again under the same conditions as described above. (FIG. 6 (B))

【0040】つぎにプラズマCVD法によって厚さ12
00Åの酸化珪素膜607をゲイト絶縁膜として成膜し
た。CVDの原料ガスとしてはTEOS(テトラ・エト
キシ・シラン、Si(OC2 5 4 )と酸素を用い、
成膜時の基板温度は300〜550℃、例えば400℃
とした。(図6(C))
Next, a thickness of 12
A silicon oxide film 607 of 00 ° was formed as a gate insulating film. TEOS (tetraethoxysilane, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and oxygen are used as source gases for CVD.
The substrate temperature during film formation is 300 to 550 ° C., for example, 400 ° C.
And (FIG. 6 (C))

【0041】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極608を形成した。
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (containing 0.01 to 0.2% of scandium) having a thickness of 3000 to 8000, for example, 6000, was deposited. Then, a gate electrode 608 was formed by patterning the aluminum film.

【0042】次に、イオンドーピング法によって、ゲイ
ト電極608をマスクとして、自己整合的にP導電型を
付与する不純物を添加した。ドーピングガスとして、ジ
ボラン(B2 6 )を用い、加速電圧は40〜80k
V、例えば65kVとした。ドーズ量は1×1014〜5
×1015cm-2、例えば、5×1014cm-2とした。こ
の結果、P型の不純物領域609と610が形成され
た。その後、レーザー光の照射によってアニールをおこ
なった。レーザー光としては、KrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた。
条件等は実施例1と同じとした。(図6(D))
Next, by using the gate electrode 608 as a mask, an impurity for imparting a P conductivity type was added in a self-aligned manner by ion doping. Diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas, and the accelerating voltage is 40 to 80 k.
V, for example, 65 kV. Dose amount is 1 × 10 14 to 5
× 10 15 cm -2 , for example, 5 × 10 14 cm -2 . As a result, P-type impurity regions 609 and 610 were formed. Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As a laser beam, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used.
The conditions were the same as in Example 1. (FIG. 6 (D))

【0043】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜61
1を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、コンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、
窒化チタンとアルミニウムの多層膜によって、P型不純
物領域609に電極・配線612を形成した。さらに、
プラズマCVD法によって、厚さ2000〜5000
Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜613をパッシベ
ーション膜として形成し、これと酸化珪素膜611をエ
ッチングして、不純物領域610にコンタクトホールを
形成した。最後に、透明導電材料であるインディウム錫
酸化物被膜(厚さ1000Å)をスパッタ法によって形
成し、これをエッチングして画素電極614を形成し
た。(図6(E))
Subsequently, a silicon oxide film 61 having a thickness of 6000.degree.
1 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method, a contact hole is formed, and a metal material, for example,
An electrode / wiring 612 was formed in the P-type impurity region 609 using a multilayer film of titanium nitride and aluminum. further,
The thickness is 2000 to 5000 by the plasma CVD method.
A silicon nitride film 613 having a thickness of, for example, 3000 nm is formed as a passivation film, and the silicon oxide film 611 is etched to form a contact hole in the impurity region 610. Finally, an indium tin oxide film (thickness: 1000 °) as a transparent conductive material was formed by a sputtering method, and this was etched to form a pixel electrode 614. (FIG. 6E)

【0044】以上の工程によってアクティブマトリクス
回路の画素トランジスタを形成することができた。この
ような素子をマトリクス状に配置すれば、アクティブマ
トリクス回路ができる。本実施例では、レーザーとし
て、KrFエキシマーレーザーを用いたが、その他のレ
ーザーを用いてもよいことはいうまでもない。
Through the above steps, a pixel transistor of the active matrix circuit could be formed. If such elements are arranged in a matrix, an active matrix circuit can be obtained. In this embodiment, a KrF excimer laser is used as a laser, but it goes without saying that another laser may be used.

【0045】[0045]

【発明の効果】TFTの活性層となるべき島状の珪素膜
に基板に吸収されない波長の強光を酸化雰囲気中で照射
し、あるいは基板にソリや縮みをもたらさない温度で酸
化雰囲気中でアニールすることによって、活性層の表面
に緻密でピンホールのない、厚さの一様な薄い熱酸化膜
を形成し、さらにこれに公知のCVD法、PVD法によ
って厚い絶縁膜を形成することによって、ゲイト絶縁膜
の特性と信頼性を著しく高めることができた。
According to the present invention, an island-like silicon film to be an active layer of a TFT is irradiated with intense light having a wavelength not absorbed by the substrate in an oxidizing atmosphere, or annealed in an oxidizing atmosphere at a temperature at which the substrate does not warp or shrink. By forming a thin thermal oxide film having a uniform thickness and no pinholes on the surface of the active layer, and further forming a thick insulating film thereon by a known CVD method or PVD method, The properties and reliability of the gate insulating film were significantly improved.

【0046】実施例においては相補型のTFT回路のみ
を取り上げたが、アクティブマトリクスに用いられるT
FTにも応用できることは明らかであろう。本発明によ
って、従来は石英のような高価な基板を用いることによ
ってのみ得られていた特性が、より安価な基板において
も得られるようになった。このように本発明は産業上の
利益が大である。
In the embodiment, only the complementary type TFT circuit is described.
Obviously, it can be applied to FT. According to the present invention, characteristics that were conventionally obtained only by using an expensive substrate such as quartz can be obtained even with a less expensive substrate. Thus, the present invention has great industrial benefits.

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

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

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

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

【図4】 実施例1の温度設定例を示す。FIG. 4 shows an example of temperature setting in the first embodiment.

【図5】 従来のゲイト絶縁膜と本発明のゲイト絶縁膜
の差を示す。
FIG. 5 shows a difference between a conventional gate insulating film and a gate insulating film of the present invention.

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ガラス基板 102 下地膜(酸化珪素膜) 103 マスク 104 薄い熱酸化膜(酸化珪素) 105 ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 106 ゲイト電極(アルミニウム) 107 陽極酸化層(酸化アルミニウム) 108 ゲイト電極 109 陽極酸化層 110 ソース(ドレイン)領域 111 チャネル形成領域 112 ドレイン(ソース)領域 113 ソース(ドレイン)領域 114 チャネル形成領域 115 ドレイン(ソース)領域 116 層間絶縁物 117 電極 118 電極 119 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Glass substrate 102 Base film (silicon oxide film) 103 Mask 104 Thin thermal oxide film (silicon oxide) 105 Gate insulating film (silicon oxide) 106 Gate electrode (aluminum) 107 Anodized layer (aluminum oxide) 108 Gate electrode 109 Anodized Layer 110 Source (drain) region 111 Channel formation region 112 Drain (source) region 113 Source (drain) region 114 Channel formation region 115 Drain (source) region 116 Interlayer insulator 117 Electrode 118 Electrode 119 Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上原 弘 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Uehara 398 Hase, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Inside Semi-Conductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板上に、非晶質珪素膜を結晶化
した結晶性珪素膜でなる島状の活性層を形成する第1の
工程と、 酸化性雰囲気中でアニールすることによって前記活性層
表面を酸化して、酸化膜を形成する第2の工程と、 前記酸化膜上に、化学的気相反応手段もしくは物理的気
相反応手段によって絶縁被膜を形成する第3の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A first step of forming an island-shaped active layer made of a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film on a glass substrate; A second step of oxidizing the surface of the layer to form an oxide film, a third step of forming an insulating film on the oxide film by a chemical vapor reaction means or a physical vapor reaction means,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 請求項1において、前記活性層には、珪
素の結晶化を助長する金属元素が含まれていることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer contains a metal element that promotes crystallization of silicon.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
第2の工程のアニールは、酸化性雰囲気中で、波長4μ
m〜0.5μmの光を照射する光アニールであることを
特徴とする半導体装置の作製方法。
3. The method according to claim 1, wherein the annealing in the second step is performed in an oxidizing atmosphere at a wavelength of 4 μm.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein light annealing is performed by irradiating light of m to 0.5 μm.
【請求項4】 請求項1または請求項2において、前記
第2の工程のアニールは、酸化性雰囲気中で、紫外線を
照射する光アニールであることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the annealing in the second step is optical annealing in which an ultraviolet ray is irradiated in an oxidizing atmosphere.
【請求項5】 請求項1または請求項2において、前記
第2の工程のアニールは、酸化性雰囲気中で、400℃
〜700℃の温度で加熱処理する熱アニールであること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
5. The method according to claim 1, wherein the annealing in the second step is performed at 400 ° C. in an oxidizing atmosphere.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is thermal annealing in which heat treatment is performed at a temperature of about 700 ° C.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか一におい
て、前記第2の工程の酸化性雰囲気には、HClが添加
されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein HCl is added to the oxidizing atmosphere in the second step.
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか一におい
て、前記絶縁被膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸
化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製
方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film.
【請求項8】 ガラス基板上に形成された活性層と、 前記活性層表面を酸化して形成された酸化膜と、 前記酸化膜上に化学的気相反応手段もしくは物理的気相
反応手段によって形成された絶縁被膜とを有し、 前記活性層には、珪素の結晶化を助長する金属元素が含
まれていることを特徴とする半導体装置。
8. An active layer formed on a glass substrate, an oxide film formed by oxidizing the surface of the active layer, and a chemical vapor reaction means or a physical vapor reaction means on the oxide film A semiconductor device, wherein the active layer includes a metal element that promotes crystallization of silicon.
【請求項9】 請求項8において、前記絶縁被膜は、酸
化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜であること
を特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film.
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