KR0180503B1 - Crystallized semiconductor layer semiconductor device using the same and process for their fabrication - Google Patents

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KR0180503B1
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순페이 야마자키
야스히코 다케무라
장홍용
도루 다카야마
히데키 우오치
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

실질적으로 비정질 상태의 규소막을 통상의 비정질 규소 결정화온도보다 낮은 온도에서의 어닐에 의해 결정화시키는 것을 포함하는 방법으로 제작된 박막트랜지스터를 제공하는데 본 발명의 과제가 있다. 비정질 규소막의 위 또는 아래에 니켈, 철, 코발트, 백금, 팔라듐 단체 또는 그의 규화물 등의 촉매물질의 피막, 입자, 클러스터 등을 형성하고, 이것과 비정질 규소와의 반응에 의해 생긴 물질중, 상기 촉매물질을 포함하는 물질을 제거하고, 남겨진 결정 규소를 핵으로 하여 결정화를 촉진시켜 결정성 규소막을 얻는다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film transistor fabricated by a method comprising crystallizing a substantially amorphous silicon film by annealing at a temperature lower than a typical amorphous silicon crystallization temperature. A film, particles, clusters or the like of a catalyst material such as nickel, iron, cobalt, platinum, palladium alone or silicides thereof is formed above or below the amorphous silicon film, and among the materials formed by the reaction of this with amorphous silicon, the catalyst The substance containing the substance is removed, and crystallization is promoted by using the remaining crystalline silicon as a nucleus to obtain a crystalline silicon film.

Description

박막트랜지스터, 반도체 및 반도체장치Thin film transistors, semiconductors and semiconductor devices

본 발명은 박막형상의 절연게이트형 전계효과 트랜지스터(이하, 박막트랜지스터 또는 TFT라 칭함)에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a thin film transistor or TFT).

종래, 박막 형상의 절연게이트형 전계효과 트랜지스터(TFT)와 같은 박막장치에서 사용되는 결정성 규소 반도체박막은, 플라즈마 CVD법 또는 열 CVD법에 의해 절연기판과 같은 절연표면상에 형성된 비정질 규소막을 전기로에서 600℃ 이상의 온도로 12시간 이상의 장시간에 걸쳐 결정화시켜 제작되었다. 특히 양호한 성능(높은 전계효과 이동도 및 높은 신뢰성)을 얻기 위해서는, 보다 긴 기간의 열처리가 요구되어 왔다.Conventionally, a crystalline silicon semiconductor thin film used in a thin film device such as a thin-film insulated gate field effect transistor (TFT) is electrically converted to an amorphous silicon film formed on an insulating surface such as an insulating substrate by plasma CVD or thermal CVD. It was produced by crystallizing at a temperature of 600 DEG C or higher over 12 hours. In particular, in order to obtain good performance (high field effect mobility and high reliability), a longer heat treatment has been required.

그러나, 이러한 종래 방법은 많은 문제를 가지고 있다. 한가지 문제는 처리량(스루풋)이 낮아 가격이 높게 된다는 것이다. 예를 들어, 이러한 결정화 공정에 24시간의 시간이 요구되고, 기판 1매당의 처리시간이 2분이라면, 720매의 기판을 동시에 처리할 필요가 있었다. 그러나, 예를 들어, 통상 사용되는 관형상 노(爐)에서는, 한번에 처리될 수 있는 기판의 수가 기껏해야 50매이고, 1개의 장치(반응관)만을 사용한 경우에는 기판 1매당의 처리시간은 30분이나 되었다. 즉, 기판 1매당 처리시간을 2분으로 하기 위해서는, 15개의 반응관이 필요하였다. 이것은, 요구되는 투자규모가 크고, 그 투자의 감가상각이 크며, 제품의 가격이 높게 된다는 것을 의미한다.However, this conventional method has many problems. One problem is that the throughput is high because of the low throughput. For example, if a time of 24 hours is required for this crystallization step and the processing time per substrate is 2 minutes, it is necessary to simultaneously process 720 sheets of substrate. However, for example, in a tubular furnace that is usually used, the maximum number of substrates that can be processed at one time is 50 sheets, and when only one apparatus (reaction tube) is used, the processing time per substrate is 30. It was minutes. That is, in order to make the processing time per board | substrate 2 minutes, 15 reaction tubes were needed. This means that the required investment is large, the depreciation of the investment is large, and the price of the product is high.

다른 문제는 열처리의 온도이었다. 통상, TFT의 제작에서 사용되는 기판은 석영유리와 같은 순수한 산화규소로 된 것과 코닝회사의 #7059(이후, 코닝 7059라 칭함)와 같은 무(無)알칼리 붕규산 유리로 대별(大別)될 수 있다. 이들중, 전자의 경우는, 내열성이 우수하고, 통상의 반도체집적회로 웨이퍼 공정에서 기판이 취급되는 것과 같은 방법으로 취급될 수 있기 때문에, 열에 관해서는 아무런 문제가 없다. 그러나, 그의 가격이 비싸고, 그의 가격이 기판면적의 증가와 함께 지수함수적으로 급격히 증가한다. 따라서, 현재, 비교적 작은 면적의 TFT 집적회로에만 사용되고 있다.Another problem was the temperature of the heat treatment. Typically, the substrate used in the fabrication of TFTs can be roughly divided into pure silicon oxide, such as quartz glass, and alkali-free borosilicate glass, such as Corning's # 7059 (hereafter referred to as Corning 7059). have. Among them, the former is excellent in heat resistance and can be handled in the same way as the substrate is handled in a normal semiconductor integrated circuit wafer process, so there is no problem with regard to heat. However, his price is expensive, and his price increases exponentially with the increase of the substrate area. Therefore, it is currently used only for TFT integrated circuits having a relatively small area.

한편, 무알칼리 유리는, 석영에 비하여 가격은 충분히 낮으나, 내열성의 점에서 문제가 있고, 일반적으로 그의 변형점이 550∼650℃ 정도이고, 특히 입수하기 쉬운 재료에서는 600℃ 이하이므로, 600℃의 열처리에서는, 기판에 비가역적인 수축이나 뒤틀림의 문제가 생겼다. 이 문제는, 특히 대각선이 10인치를 넘는 큰 기판에서는 현저하였다. 이와 같은 이유로, 규소 반도체막의 결정화에 관해서는, 550℃ 이하, 4시간 이내의 열처리조건이 비용삭감에 불가결한 것으로 고려되었다. 본 발명의 목적은, 이들 조건을 해결한 반도체 제작방법 및 이러한 반도체가 사용된 반도체장치 제작방법을 제공하는 것이다.On the other hand, alkali-free glass has a sufficiently low price compared to quartz, but has a problem in terms of heat resistance, and generally its strain point is about 550 to 650 ° C, and especially 600 ° C or less in a material that is easy to obtain, so that heat treatment at 600 ° C. In Esau, a problem of irreversible shrinkage and distortion occurred in the substrate. This problem was especially noticeable on large substrates with diagonals exceeding 10 inches. For this reason, regarding the crystallization of the silicon semiconductor film, it was considered that heat treatment conditions of 550 ° C. or less and within 4 hours are indispensable for cost reduction. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method which solves these conditions and a semiconductor device manufacturing method using such a semiconductor.

본 발명은, 비정질 상태 또는 실질적으로 비정질 상태라고 말할 수 있는 난잡한 결정상태(예를 들어, 결정성이 양호한 부분과 비정질 부분이 혼재(混在)하여 있는 상태)에 있는 규소막의 위 또는 아래에, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 막, 섬형상의 막, 점, 선, 입자 또는 클러스터 등을 형성하고, 이것을 통상의 비정질 규소 결정화 온도보다 낮은, 바람직하게는, 20∼150℃ 낮은 온도, 또는 기판의 유리전이점보다 낮은 온도, 예를 들어, 580℃ 이하의 온도에서 어닐하는 것에 의해 결정성 규소막을 얻는 것을 특징으로 한다.In the present invention, nickel is placed on or under a silicon film in an amorphous state or in a complicated crystalline state (for example, a state where a good crystallinity part and an amorphous part are mixed) that can be said to be an amorphous state. , Iron, cobalt, platinum or palladium-containing films, island-like films, dots, lines, particles, or clusters, and the like, which are lower than the usual amorphous silicon crystallization temperature, preferably lower than 20 to 150 ° C. Or annealing at a temperature lower than the glass transition point of the substrate, for example, 580 ° C. or lower, to obtain a crystalline silicon film.

종래의 규소막의 결정화에 관해서는, 결정성의 섬형상 막을 핵으로 하고, 이것을 종(種)결정으로 하여 고상(固相) 에피택셜 성장을 행하는 방법이 제안되었다(예를 들어, 일본국 공개특허공고 평1-214110호). 그러나, 이러한 방법에서는, 600℃ 이하의 온도에서는 거의 결정성장이 진행하지 않았다. 규소계에 있어서는, 일반적으로, 비정질 상태로부터 결정성 상태로 이행하는데는, 비정질 상태에 있는 분자쇄를 절단하고, 이들 절단된 분자가 다른 분자와 다시 결합하지 않도록 한 상태에서, 이들 분자를 약간의 결정 특성을 갖는 분자에 도입시켜, 결정의 일부에 재편성하는 과정을 거친다. 그러나, 이 과정에서, 최초의 분자쇄를 절단하고, 이들 절단된 분자가 다른 분자와 결합하지 않는 상태를 유지하기 위해 많은 양의 에너지가 요구되며, 이것은 결정화 반응에서 장벽이었다. 이 에너지를 제공하기 위해서는, 1000℃ 정도의 온도에서 수 분간 또는 600℃ 정도의 온도에서는 수 시간이 필요하고, 요구되는 시간은 온도(=에너지)에 지수함수적으로 의존하기 때문에, 600℃ 이하, 예를 들어, 550℃에서는 결정화 반응이 진행하는 것을 거의 관찰할 수 없었다. 종래의 고상 에피택셜 결정화의 관념은 이 문제에 대한 해답을 제공하지 못했다.Regarding the crystallization of the conventional silicon film, a method of performing solid phase epitaxial growth using a crystalline island-like film as a nucleus and a seed crystal has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication). 1-214110). In this method, however, crystal growth hardly proceeded at a temperature of 600 ° C or lower. In the silicon system, generally, in order to transition from an amorphous state to a crystalline state, a small amount of these molecules are broken in a state in which the molecular chains in the amorphous state are cleaved and these cleaved molecules are not bonded again with other molecules. It is introduced into a molecule having crystalline properties and reassembled into a part of the crystal. However, in this process, a large amount of energy is required to cleave the original molecular chain and keep these cleaved molecules unbound with other molecules, which was a barrier in the crystallization reaction. In order to provide this energy, several hours are required at a temperature of about 1000 ° C., or several hours at a temperature of about 600 ° C., and the required time is exponentially dependent on the temperature (= energy), so 600 ° C. For example, it was hard to observe that a crystallization reaction advanced at 550 degreeC. Conventional notions of solid state epitaxial crystallization have not provided an answer to this problem.

본 발명자들은, 종래의 고상 결정화 관념과는 완전히 별개로, 어떤 촉매의 작용에 의해 상기 과정의 장벽 에너지를 감소시키는 것을 생각하였다. 본 발명자들은, 니켈, 철, 코발트, 백금 및 팔라듐이 규소와 쉽게 결합하고, 예를 들어, 니켈의 경우에, 규화니켈(화학식 NiSix, 0.4 ≤ x ≤ 2.5)이 형성되며, 규화니켈의 격자정수가 규소 결정의 것에 가깝다는 것을 주목하였다. 따라서, 결정규소-규화니켈-비정질 규소의 3원계의 에너지 등을 시뮬레이트한 결과, 비정질 규소가 규화니켈과의 계면에서 쉽게 반응하고, 하기 반응이 일어난다는 것이 밝혀졌다.The inventors have considered reducing the barrier energy of the process by the action of certain catalysts, completely separate from conventional solid phase crystallization concepts. The inventors have found that nickel, iron, cobalt, platinum and palladium readily bond with silicon, for example, in the case of nickel, nickel silicide (formula NiSi x , 0.4 ≦ x ≦ 2.5) is formed, and the lattice of nickel silicide Note that the integer is close to that of the silicon crystal. Accordingly, simulation of the ternary energy of crystalline silicon-nickel silicide-amorphous silicon and the like revealed that the amorphous silicon easily reacts at the interface with the nickel silicide and the following reaction occurs.

비정질 규소(규소 A) + 규화니켈(규소 B) → 규화니켈(규소 A) + 결정성 규소(규소 B) ………… (1)Amorphous silicon (silicon A) + nickel silicide (silicon B) → nickel silicide (silicon A) + crystalline silicon (silicon B). … … … (One)

(A 및 B는 규소의 위치를 나타낸다)(A and B represent the position of silicon)

이 반응의 포텐셜(potential) 장벽은 충분히 낮고, 반응의 온도도 역시 낮다.The potential barrier of this reaction is low enough, and the temperature of the reaction is also low.

이 반응식은, 진전함에 따라 니켈이 비정질 규소를 결정성 규소로 재구성시킨다는 것을 나타낸다. 실제로는, 580℃ 이하에서 반응이 개시되고, 450℃에서도 반응이 관찰된다는 것이 밝혀졌다. 전형적으로, 결정화는 통상의 비정질 규소 결정화 온도보다 20∼150℃ 낮은 온도에서 가능한 것으로 나타났다. 당연히, 온도가 높을수록, 반응이 진행하는 속도가 빠르다.This scheme shows that nickel reconstructs amorphous silicon into crystalline silicon as it progresses. In fact, it was found that the reaction was initiated at 580 ° C. or lower, and the reaction was observed even at 450 ° C. Typically, crystallization has been shown to be possible at temperatures between 20 and 150 ° C. below conventional amorphous silicon crystallization temperatures. Naturally, the higher the temperature, the faster the reaction proceeds.

본 발명에서는, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐 단체(單體), 또는, 그들의 규화물, 초산염 또는 질산염의 섬(아일런드), 스트라이프(stripe), 선 또는 점, 또는, 니켈, 철, 코발트, 백금 및 팔라듐중 적어도 하나를 함유하는 막, 입자 또는 클러스터가 출발재료로서 사용될 수 있다. 상기한 반응이 진행함에 따라, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐이 출발재료 주위로 확장하여, 결정성 규소의 영역을 확대시킨다. 한편, 산화물은 안정한 화합물이고 상기 반응을 개시하지 못하기 때문에, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 재료로서 바람직하지 않다.In the present invention, nickel, iron, cobalt, platinum or palladium alone or their silicides, acetates or islands of islands (islands), stripes, lines or spots, or nickel, iron, cobalt Membranes, particles or clusters containing at least one of platinum, palladium can be used as starting materials. As the reaction proceeds, nickel, iron, cobalt, platinum or palladium expands around the starting material, expanding the region of crystalline silicon. On the other hand, oxides are not preferred as materials containing nickel, iron, cobalt, platinum or palladium because they are stable compounds and do not initiate the reaction.

이와 같이, 특정의 장소로부터 확장하는 결정성 규소는 종래의 고상 에피택셜 성장과는 다르지만, 결정성의 연속성이 좋고, 단결정 구조에 가까운 구조를 가지는 것이기 때문에, TFT와 같은 반도체장치에 이용하는데 유리하다. 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 재료가 기판상에 균일하게 분산된 경우에는, 결정화의 출발점이 무수하게 존재하여, 결정성이 양호한 막을 얻기가 어려웠다.As described above, the crystalline silicon extending from a specific place is different from the conventional solid state epitaxial growth, but has a good crystallinity continuity and has a structure close to the single crystal structure, which is advantageous for use in semiconductor devices such as TFTs. When materials containing nickel, iron, cobalt, platinum, or palladium were uniformly dispersed on a substrate, the starting point of crystallization was myriad, and it was difficult to obtain a film having good crystallinity.

이 결정화의 출발재료로서의 비정질 규소막은 수소농도가 낮을수록 양호한 결과(결정화 속도)가 얻어진다. 그러나, 결정화가 진행함에 따라 수소가 방출되기 때문에, 얻어진 규소막중의 수소농도와 출발재료인 비정질 규소막의 수소농도와의 사이에는 그렇게 명확한 상관관계는 보이지 않았다. 본 발명에 따라 얻어진 결정성 규소중의 수소농도는 전형적으로 1×1015원자·cm-3∼5 원자%이었다. 또한, 양호한 결정성을 얻기 위해서는, 비정질 규소막중의 탄소, 질소 및 산소의 농도는 가능한 한 낮아야 하고, 1×1019cm-3이하가 바람직하다. 따라서, 본 발명을 실시하는데 사용되는 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 선택하는데 있어서 이 점을 고려하여야 한다.The lower the concentration of hydrogen of the amorphous silicon film as a starting material of this crystallization, the better the result (crystallization rate) is obtained. However, since hydrogen was released as crystallization progressed, such a clear correlation was not found between the hydrogen concentration in the obtained silicon film and the hydrogen concentration of the amorphous silicon film as a starting material. The hydrogen concentration in the crystalline silicon obtained according to the present invention was typically 1 × 10 15 atoms · cm −3 to 5 atomic%. In addition, in order to obtain good crystallinity, the concentrations of carbon, nitrogen, and oxygen in the amorphous silicon film should be as low as possible, preferably 1 × 10 19 cm -3 or less. Therefore, this should be taken into account in selecting nickel, iron, cobalt, platinum or palladium used in practicing the present invention.

본 발명의 특징은, 결정성장이 원형으로 진행한다는 것이다. 이것은 상기한 반응의 니켈이 등방상으로 진행하기 때문이며, 이것은 결정격자 표면을 따라 선형으로 성장이 일어나는 종래의 결정화와는 다르다.A feature of the present invention is that crystal growth proceeds in a circular manner. This is because nickel in the above reaction proceeds in an isotropic phase, which is different from conventional crystallization in which growth occurs linearly along the crystal lattice surface.

특히, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 재료를 선택적으로 배치함으로써, 결정성장의 방향을 제어하는 것이 가능하다. 종래의 고상 에피택셜 성장에 의해 생성된 결정성 규소와는 달리, 이러한 종류의 기술을 이용하여 얻어진 결정성 규소는 긴 거리에 걸쳐 결정성의 연속성이 양호하고 단결정에 가까운 구조를 가지기 때문에, TFT와 같은 반도체장치에 사용하는데 매우 적합하다.In particular, by selectively disposing a material containing nickel, iron, cobalt, platinum or palladium, it is possible to control the direction of crystal growth. Unlike crystalline silicon produced by conventional solid state epitaxial growth, crystalline silicon obtained by using this kind of technology has a structure of good crystallinity continuity over a long distance and close to single crystal, and thus, It is very suitable for use in semiconductor devices.

본 발명에서는, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐이 사용되지만, 이들 물질은 반도체재료로서 사용된 규소에 대하여 바람직하지 않다. 결정화를 촉진하기 위해 첨가된 촉매물질이 반도체장치의 활성층에 잔존하는 경우 누설전류의 편차가 커지게 되는 등의 문제가 있다. 따라서, 그러한 물질이 규소막중에 과도하게 함유되면, 그 물질을 제거하는 것이 필요하다. 니켈에 관해서는, 상기 반응의 결과로, 규화니켈의 결정성장이 그의 종단점에 도달한 때, 즉, 결정화가 완료된 때, 규화니켈은 플루오르화 수소산 또는 염산에 용이하게 용해된다. 따라서, 이들 산으로 처리함으로써, 기판에 함유된 니켈을 감소시킬 수 있다.In the present invention, nickel, iron, cobalt, platinum or palladium are used, but these materials are not preferable for silicon used as a semiconductor material. When the catalyst material added to promote crystallization remains in the active layer of the semiconductor device, there is a problem such that the leakage current is increased. Therefore, if such a substance is excessively contained in the silicon film, it is necessary to remove the substance. As for nickel, when the crystal growth of nickel silicide reaches its end point as a result of the reaction, that is, when crystallization is completed, the nickel silicide is easily dissolved in hydrofluoric acid or hydrochloric acid. Therefore, by treating with these acids, nickel contained in the substrate can be reduced.

니켈, 철, 코발트, 백금 및 팔라듐과 같은 촉매원소가 결정화를 위한 어닐에 의해 규소막 전체에 거의 균일하게 확산된 경우, 니켈을 제거하는 공정이 필요하다. 이 니켈제거를 위해서는, 염소 또는 염화물 형태의 염소원자를 함유하는 분위기에서 400∼650℃의 어닐을 행하는 것이 효과적이라는 것이 밝혀졌다. 어닐시간은 0.1∼6시간이 적당하였다. 어닐시간이 길수록, 규소막중의 니켈농도는 낮아지지만, 어닐시간은 제조비용과 제작물의 요구되는 특성 사이의 균형에 따라 결정될 수 있다. 염화물의 예로서는, 염화수소, 각종 염화메탄(CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3), 각종 염화에탄(C2H5Cl, C2H4Cl2, C2H3Cl3, C2H2Cl4, C2HCl5) 및 각종 염화에틸렌(C2H3Cl, C2H2Cl2, C2HCl3)이 있다. 특히, 가장 쉽게 사용될 수 있는 재료는 트리클로로에틸렌(C2HCl3)이다. SIMS(이차이온질량분석)법에 의하면, 본 발명에 따른 규소막(TFT와 같은 반도체장치에 사용되는 규소막)중의 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐의 바람직한 농도는 1×1015cm-3∼1 원자%이고, 보다 바람직하게는 1×1015∼1×1019cm-3이다는 것이 밝혀졌다. 상기 범위보다 작은 농도에서는, 결정화가 충분히 진행하지 않고, 높은 농도에서는, 특성 및 신뢰성이 저하한다.When catalyst elements such as nickel, iron, cobalt, platinum and palladium are almost uniformly diffused throughout the silicon film by annealing for crystallization, a process for removing nickel is necessary. For this nickel removal, it has been found that annealing at 400 to 650 DEG C in an atmosphere containing chlorine atoms in the form of chlorine or chloride is effective. The annealing time was suitably 0.1 to 6 hours. The longer the annealing time, the lower the nickel concentration in the silicon film, but the annealing time can be determined according to the balance between the manufacturing cost and the required properties of the workpiece. Examples of the chloride include hydrogen chloride, various methane chlorides (CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 ), various ethane chlorides (C 2 H 5 Cl, C 2 H 4 Cl 2 , C 2 H 3 Cl 3 , C 2 H 2 Cl 4 , C 2 HCl 5 ) and various ethylene chlorides (C 2 H 3 Cl, C 2 H 2 Cl 2 , C 2 HCl 3 ). In particular, the most readily available material is trichloroethylene (C 2 HCl 3 ). According to the SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) method, the preferred concentration of nickel, iron, cobalt, platinum or palladium in the silicon film (silicon film used in a semiconductor device such as TFT) according to the present invention is 1 × 10 15 cm -3. It was found to be 1 atomic%, more preferably 1 × 10 15 to 1 × 10 19 cm −3 . At concentrations smaller than the above ranges, crystallization does not proceed sufficiently, and at high concentrations, characteristics and reliability deteriorate.

니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 막 형태의 물체가 다양한 물리적 및 화학적 방법들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법 및 CVD법과 같은 진공장치를 요구하는 방법, 및 스핀 코팅법과 디핑(dipping)법(코팅법), 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄법 및 분무 열분해법 등과 같은 대기압 방법이 사용될 수 있다.Objects in the form of a film containing nickel, iron, cobalt, platinum or palladium can be formed using various physical and chemical methods. For example, methods requiring vacuum devices such as vacuum deposition, sputtering and CVD methods, and atmospheric methods such as spin coating and dipping (coating), doctor blade methods, screen printing and spray pyrolysis methods Can be used.

특히, 스핀 코팅법 및 디핑법은 거대한 설비를 필요로 하지 않으면서도, 우수한 막두께 균일성을 제공하고 미세한 농도조정을 가능하게 하는 기술이다. 이 기술에서 사용하기 위한 용액으로서는, 물, 알코올(저급 및 고급) 또는 석유(포화탄화수소 또는 불포화탄화수소) 등에 용해 또는 분산된 니켈, 철, 코발트, 백금 및 팔라듐의 초산염 및 질산염, 또는 각종 카복실산 염화물 또는 다른 유기산 염화물이 사용될 수 있다.In particular, the spin coating method and the dipping method are techniques that provide excellent film thickness uniformity and enable fine concentration adjustment without requiring huge equipment. Solutions for use in this technique include acetates and nitrates of nickel, iron, cobalt, platinum and palladium, or various carboxylic acid chlorides or dissolved or dispersed in water, alcohols (low and high) or petroleum (saturated hydrocarbons or unsaturated hydrocarbons), or the like. Other organic acid chlorides can be used.

그러나, 이 경우, 이들 염에 함유된 산소와 탄소가 규소막내로 확산하여 반도체 특성을 열화(劣化)시킬 염려가 있으나, 열평형 및 시차열분석에 의한 조사결과, 450℃ 이하의 온도에서 산화물 또는 단체로 부숴진 후, 규소막으로 거의 확산하지 않는 재료가 적당하다는 것이 확인되었다. 특히, 초산염 및 질산염과 같은 저급의 물질이 질소분위기와 같은 환원분위기에서 가열될 때, 이들은 400℃ 이하에서 부숴져, 금속 단체로 된다. 유사하게, 이들이 산소분윅기에서 가열될 때는, 먼저 산화물이 형성된 다음, 고온에서 산소가 탈출하여, 금속 단체를 남긴다.In this case, however, oxygen and carbon contained in these salts may diffuse into the silicon film, thereby deteriorating semiconductor characteristics. However, as a result of investigation by thermal equilibrium and differential thermal analysis, oxides or After crushing alone, it was confirmed that a material that hardly diffuses into the silicon film was suitable. In particular, when lower substances such as acetates and nitrates are heated in a reducing atmosphere such as a nitrogen atmosphere, they break down at 400 ° C. or lower to form a metal body. Similarly, when they are heated in an oxygen atomizer, oxides first form and then oxygen escapes at high temperatures, leaving behind a metallic body.

본 발명에 따라 형성된 결정성 규소막이 TFT와 같은 반도체장치에 사용된다. 상기한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 다수의 출발점으로부터 개시된 결정성장의 선단이 만나는 곳인 결정화의 종단에는 큰 입계가 존재하고, 또한, 니켈, 철, 코박트, 백금 또는 팔라듐의 농도가 높다. 이들 이유로, 반도체장치를 제작하는 것이 바람직하지 않다. 특히, TFT의 채널은 큰 입계를 가지는 영역에 제공되지 않아야 한다.The crystalline silicon film formed according to the present invention is used in a semiconductor device such as a TFT. As can be seen from the above description, a large grain boundary exists at the end of the crystallization, which is where the tip of the crystal growth initiated from a number of starting points meets, and the concentration of nickel, iron, cobalt, platinum or palladium is high. For these reasons, it is not desirable to manufacture a semiconductor device. In particular, the channel of the TFT should not be provided in a region having a large grain boundary.

결정화의 출발점이 되는 영역, 즉, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하는 재료가 제공된 영역은, 높은 농도의 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 갖는다. 이 이유로, 반도체장치의 제작에 주의를 하여야 한다. 또한, 그러한 영역은, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 함유하지 않는 규소막과 비교해서 플루오르화수소산을 함유하는 용액에 의해 쉽게 에칭된다. 이 이유로, 그러한 영역은 결함이 있는 콘택트 형성의 원인이 된다. 따라서, 본 발명을 이용하여 반도체장치를 제작하는 경우에는, 결정화의 출발점이 되는 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐 함유 피막의 패턴과 반도체장치의 패턴을 최적화하여야 한다.The region which is the starting point of crystallization, ie, the region provided with the material containing nickel, iron, cobalt, platinum or palladium, has a high concentration of nickel, iron, cobalt, platinum or palladium. For this reason, attention must be paid to the fabrication of semiconductor devices. In addition, such regions are easily etched by a solution containing hydrofluoric acid as compared to a silicon film containing no nickel, iron, cobalt, platinum or palladium. For this reason, such regions become a cause of defective contact formation. Therefore, when fabricating a semiconductor device using the present invention, it is necessary to optimize the pattern of the nickel, iron, cobalt, platinum, or palladium-containing film and the pattern of the semiconductor device which are the starting points of the crystallization.

또한, 본 발명에 따라, 비정질 규소막이나, 또는 비정질인 것으로 여겨질 수 있는 난잡한 결정성 상태(예를 들어, 결정성 부분과 비정질 부분이 혼재하여 있는 상태)를 가지는 막상에, 니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐중 적어도 하나(이후, 촉매물질이라 칭함)를 함유하는 막, 입자 또는 클러스터를 형성하는 공정; 먼저 촉매물질을 비정질 규소와 반응시킨 다음, 미반응 촉매물질을 제거하는 공정; 및 얻어진 구조물을, 통상의 비정질 규소 결정화 온도보다 바람직하게는 20∼150℃ 낮은 온도, 또는 기판으로서 통상 사용되는 유리재료의 유리전이온도 이하의 온도, 예를 들어, 580℃ 이하로 어닐하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, nickel, iron, or silicon on an amorphous silicon film or a film having a difficult crystalline state (for example, a state in which a crystalline portion and an amorphous portion are mixed) may be considered to be amorphous. Forming a film, particle or cluster containing at least one of cobalt, platinum or palladium (hereinafter referred to as a catalytic material); First reacting the catalytic material with amorphous silicon and then removing the unreacted catalyst material; And annealing the obtained structure to a temperature lower than the usual amorphous silicon crystallization temperature, preferably 20 to 150 ° C., or to a temperature below the glass transition temperature of a glass material normally used as a substrate, for example, 580 ° C. or less. Provided is a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising:

니켈, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐 원자가 결정성 규소로부터 제거된 후에도, 상기한 반응 (1)에 의해 형성된 남아 있는 결정성 규소를 핵으로 하여 결정화가 개시될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 반응에 의해 형성된 규소 결정은 우수한 결정성을 가진다. 따라서, 이들 결정을 핵으로 하여 비정질 규소의 결정화를 촉진시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 전형적으로는, 통상의 비정질 규소 결정화 온도보다 20∼150℃ 낮은 온도에서 결정화가 달성될 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 결정성장에 필요한 시간이 단축되는 것으로 밝혀졌다. 물론, 온도가 높을수록 결정화가 빠르게 진행한다. 니켈을 사용하는 경우보다는 덜 활성적이지만, 철, 코발트, 백금 또는 팔라듐을 사용하는 경우에도 유사한 반응이 일어나는 것으로 밝혀졌다. 이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Even after nickel, iron, cobalt, platinum or palladium atoms are removed from the crystalline silicon, crystallization can be initiated using the remaining crystalline silicon formed by the above reaction (1) as a nucleus. As described above, the silicon crystal formed by the reaction has excellent crystallinity. Therefore, it has been found that these crystals can be used as nuclei to promote the crystallization of amorphous silicon. Typically, it has been shown that crystallization can be achieved at a temperature 20-150 ° C. below the normal amorphous silicon crystallization temperature. It has also been found that the time required for crystal growth is shortened. Of course, the higher the temperature, the faster the crystallization proceeds. Although less active than using nickel, similar reactions have been found to occur with iron, cobalt, platinum or palladium. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples.

도 1(A)∼(D)는 본 발명의 실시예 1의 제작공정을 나타내는 단면도.1 (A) to (D) are sectional views showing the manufacturing process of Example 1 of the present invention.

도 2(A)∼(E)는 본 발명의 실시예 2의 제작공정을 나타내는 단면도.2 (A) to (E) are sectional views showing the production process of Example 2 of the present invention.

도 3은 실시예 1에서 얻어진 결정성 규소막의 라만(Raman) 산란분광의 결과를 나타내는 그래프.3 is a graph showing the results of Raman scattering spectroscopy of the crystalline silicon film obtained in Example 1. FIG.

도 4는 실시예 1에서 얻어진 결정성 규소막의 X선회절 패턴을 나타내는 도면.4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the crystalline silicon film obtained in Example 1. FIG.

도 5는 실시예 2에서의 규소의 결정화 속도를 나타내는 그래프.5 is a graph showing the crystallization rate of silicon in Example 2. FIG.

도 6(A)∼(E)는 본 발명의 실시예 3의 제작공정을 나타내는 단면도.6 (A) to (E) are sectional views showing the production process of Example 3 of the present invention.

도 7(A)∼(C)는 실시예 4에서의 용액을 사용한 촉매원소 도입공정을 나타내는 단면도.7 (A) to (C) are sectional views showing a catalyst element introduction step using a solution in Example 4. FIG.

도 8(A)∼(C)는 본 발명에 따른 TFT의 제작을 위한 결정화 공정과 그 TFT의 배치를 나타내는 평면도.8 (A) to (C) are plan views showing a crystallization process for producing a TFT according to the present invention and the arrangement of the TFT.

도 9(A-1)∼(D)는 본 발명에 따라 막을 선택적으로 결정화하는 공정을 나타내는 단면도.9 (A-1) to (D) are sectional views showing a step of selectively crystallizing a film according to the present invention.

도 10(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 5의 제작공정을 나타내는 단면도,10 (A) to (C) are sectional views showing the manufacturing process of Example 5 of the present invention;

도 11(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 5의 제작공정을 나타내는 단면도,11 (A) to (C) are sectional views showing the manufacturing process of Example 5 of the present invention;

도 12(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 6의 제작공정을 나타내는 단면도,12 (A) to (C) are sectional views showing the manufacturing process of Example 6 of the present invention;

도 13(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 7의 제작공정을 나타내는 단면도,13 (A) to (C) are sectional views showing the manufacturing process of Example 7 of the present invention;

도 14(A)∼(D)는 본 발명의 실시예 8의 제작공정을 나타내는 단면도,14 (A) to (D) are sectional views showing the manufacturing process of Example 8 of the present invention;

도 15(A)∼(D)는 본 발명의 실시예 9의 제작공정을 나타내는 단면도,15 (A) to (D) are sectional views showing the manufacturing process of Example 9 of the present invention;

도 16은 실시예 9에서의 결정성 규소막중의 니켈농도를 나타내는 그래프.16 is a graph showing the nickel concentration in the crystalline silicon film in Example 9. FIG.

도 17(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 10의 제작공정을 나타내는 단면도,17 (A) to (C) are sectional views showing the fabrication process in Example 10 of the present invention;

도 18(A) 및 (B)는 본 발명의 실시예 11의 제작공정을 나타내는 단면도,18 (A) and (B) are sectional views showing the fabrication process in Example 11 of the present invention;

도 19(A)∼(E)는 본 발명의 실시예 12의 제작공정을 나타내는 단면도,19 (A) to (E) are sectional views showing the fabrication process in Example 12 of the present invention;

도 20(A)∼(E)는 본 발명의 실시예 13의 제작공정을 나타내는 단면도,20 (A) to (E) are sectional views showing the manufacturing process of Example 13 of the present invention;

도 21(A)∼(D)는 본 발명의 실시예 14의 제작공정을 나타내는 단면도,21 (A) to (D) are sectional views showing the manufacturing process of Example 14 of the present invention;

도 22(A)∼(D)는 본 발명의 실시예 15의 제작공정을 나타내는 단면도,(A)-(D) is sectional drawing which shows the manufacturing process of Example 15 of this invention,

도 23(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 16의 제작공정을 나타내는 단면도.23 (A) to (C) are sectional views showing the fabrication process in Example 16 of the present invention.

도 24(A)∼(C)는 본 발명의 실시예 17의 제작공정을 나타내는 단면도.24 (A) to (C) are sectional views showing the manufacturing process of Example 17 of the present invention.

도 25는 실시예 17에서의 결정성 규소막중의 니켈농도를 나타내는 그래프.25 is a graph showing the nickel concentration in the crystalline silicon film in Example 17. FIG.

도 26(A)∼(F)는 본 발명의 실시예 18의 제작공정을 나타내는 단면도.26 (A) to (F) are sectional views showing the manufacturing process of Example 18 of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11: 기판 12: 산화규소막 13: 비정질 규소막11: Substrate 12: Silicon Oxide Film 13: Amorphous Silicon Film

14: 니켈막 15: 얇은 결정성 규소막 16: 결정성 규소막14: nickel film 15: thin crystalline silicon film 16: crystalline silicon film

26a∼26c: 결정성 규소영역 124a, 124b: 양극산화물 155: 규화니켈영역26a to 26c: crystalline silicon region 124a, 124b: anodic oxide 155: nickel silicide region

180: 산화규소막 182: 얇은 산화규소막 183: 수막180: silicon oxide film 182: thin silicon oxide film 183: water film

184: 스피너 203: 니켈막 204: 비정질 규소막184: spinner 203: nickel film 204: amorphous silicon film

234: 레지스트 패턴 253: 레지스트 패턴 254: 니켈막234: resist pattern 253: resist pattern 254: nickel film

[실시예 1]Example 1

코닝 #7059 유리 기판상에 니켈막을 형성하고, 이 니켈막을 촉매로 하여 비정질 규소막을 결정화시켜 결정성 규소막을 얻는 방법을 도 1(A)∼(D)에 의거하여 설명한다.A method of obtaining a crystalline silicon film by forming a nickel film on a Corning # 7059 glass substrate and crystallizing the amorphous silicon film using the nickel film as a catalyst will be described based on FIGS. 1A to 1D.

기판(11)상에 하지막(下地膜)으로서 두께 2000 Å의 산화규소막(12)을 플라즈마 CVD법에 의해 성막한 다음, 그 위에 비정질 규소막(13)을 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 두께로 형성하였다. 그 규소막을 질소분위기중에 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 유지하여 그 막으로부터 수소를 제거한 후, 그 막위에 스퍼터법에 의해 니켈막(14)을 100∼1000 Å, 예를 들어, 500 Å의 두께를 퇴적하였다. 니켈막의 성막시에는 기판을 100∼500℃, 바람직하게는, 180∼250℃의 온도로 가열하면 양호한 결과가 얻어질 수 있는데, 이것은 하지막으로서 형성된 산화규소막에 대한 니켈막의 밀착성이 개선되기 때문이다. 니켈막 대신에, 규화니켈막이 사용될 수도 있다.(도 1(A))A silicon oxide film 12 having a thickness of 2000 GPa was formed on the substrate 11 as a base film by plasma CVD, and thereafter, the amorphous silicon film 13 was 500-3000 GPa, for example. And formed to a thickness of 1500 kPa. The silicon film was kept at 430 ° C. in a nitrogen atmosphere at 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours to remove hydrogen from the film, and then the nickel film 14 was sputtered on the film by a sputtering method. For example, a thickness of 500 mm 3 was deposited. When the nickel film is formed, good results can be obtained by heating the substrate to a temperature of 100 to 500 DEG C, preferably 180 to 250 DEG C, since the adhesion of the nickel film to the silicon oxide film formed as the underlayer is improved. to be. Instead of the nickel film, a nickel silicide film may be used (Fig. 1 (A)).

그후, 450∼580℃로 1∼10분간 가열하여 니켈막(14)과 비정질 규소막(13)을 반응시켜, 그들의 계면에 얇은 결정성 규소막(15)을 얻는다. 이 결정성 규소막의 두께는 반응온도 및 반응시간에 의존하는데, 550℃, 10분간의 반응에서 약 300 Å 두께의 막이 얻어질 수 있었다.(도 1(B))Then, the nickel film 14 and the amorphous silicon film 13 are reacted by heating at 450-580 degreeC for 1 to 10 minutes, and the thin crystalline silicon film 15 is obtained in those interfaces. The thickness of the crystalline silicon film depends on the reaction temperature and the reaction time, and a film having a thickness of about 300 mm 3 can be obtained at a reaction of 550 ° C. for 10 minutes.

다음에, 니켈막 및 반응을 통해 니켈막으로부터 얻어진 규화니켈막을 5∼30% 농도의 염산으로 에칭하였다. 이 에칭에서는, 비정질 규소와 니켈(규화물)과의 반응에 의해 형성된 결정성 규소에는 영향이 없었다.(도 1(C))Next, the nickel silicide film obtained from the nickel film through the nickel film and the reaction was etched with hydrochloric acid at a concentration of 5 to 30%. In this etching, there was no influence on the crystalline silicon formed by the reaction of amorphous silicon with nickel (silicide) (Fig. 1 (C)).

이어서, 이것을 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 유지된 어닐로(爐)중에서 질소분위기하에 8시간 어닐하였다. 이 공정에서, 비정질 규소막을 결정화시켜 결정성 규소막(16)을 얻었다(도 1(D)). 이때 얻어진 결정성 규소막의 라만(Raman) 산란분광 및 X선 회절의 결과를 도 3 및 도 4에 각각 나타낸다. 도 3에서, C-Si로 나타낸 곡선은 표준시료인 단결정 규소의 라만 스펙트럼이고, (a) 및 (b)로 나타낸 곡선은, 본 실시예에서 얻어진 규소막의 라만 스펙트럼과, 촉매물질을 갖지 않은 통상의 비정질 규소를 상기 조건으로 어닐하여 얻어진 막의 라만 스펙트럼을 각각 나타낸다. 이 결과로부터, 본 발명에 따른 공정에 의해 양호한 규소 결정이 얻어진다는 것을 명확히 알 수 있다.Subsequently, this was annealed for 8 hours under an atmosphere of nitrogen in an annealing furnace maintained at 450 to 580 ° C, for example, 550 ° C. In this step, the amorphous silicon film was crystallized to obtain a crystalline silicon film 16 (Fig. 1 (D)). The results of Raman scattering spectroscopy and X-ray diffraction of the obtained crystalline silicon film are shown in Figs. 3 and 4, respectively. In Fig. 3, the curve denoted by C-Si is a Raman spectrum of single crystal silicon which is a standard sample, and the curves denoted by (a) and (b) show the Raman spectrum of the silicon film obtained in this example, and usually have no catalyst material. The Raman spectrum of the film | membrane obtained by annealing amorphous silicon of the above conditions is shown, respectively. It is clear from this result that good silicon crystals are obtained by the process according to the present invention.

[실시예 2]Example 2

본 실시예를 도 2(A)∼(E)에 나타낸다. 코닝 #7059 유리 기판(21)상에 하지막으로서 두께 2000 Å의 산화규소막(22)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 비정질 규소막(23)을 500∼3000 Å, 예를 들어, 500∼1500 Å의 두께로 퇴적하였다. 그 규소막을 질소분위기중에 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5 시간 유지하여 그 막으로부터 수소를 제거히고, 그 위에 스퍼터법에 의해 니켈막을 100∼1000 Å, 예를 들어, 500 Å의 두께로 퇴적하였다. 니켈막 대신에, 규화니켈막이 사용될 수도 있다. 이렇게 하여 얻어진 니켈막을 에칭하여, 소정 패턴의 니켈막(24a, 24b, 24c)을 형성하였다.(도 2(A))This embodiment is shown to FIG. 2 (A)-(E). A 2000 nm thick silicon oxide film 22 was formed on the Corning # 7059 glass substrate 21 as a base film by a plasma CVD method, and an amorphous silicon film 23 was formed thereon at 500 to 3000 mm 3, for example, It deposited at the thickness of 500-1500 mm <3>. The silicon film is kept at 430 ° C. in a nitrogen atmosphere at 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours to remove hydrogen from the film, and the nickel film is 100 to 1000 Pa, for example, 500 Pa by sputtering thereon. Deposited in thickness. Instead of the nickel film, a nickel silicide film may be used. The nickel film thus obtained was etched to form nickel films 24a, 24b, and 24c having a predetermined pattern. (FIG. 2A).

그후, 450∼580℃로 1∼10분간 가열하여 니켈막(24a∼24c)과 비정질 규소막(23)을 반응시켜, 그의 계면에 얇은 결정성 규소영역(25a, 25b, 25c)을 형성하였다.(도 2(B))Thereafter, the film was heated at 450 to 580 ° C for 1 to 10 minutes to react the nickel films 24a to 24c with the amorphous silicon film 23 to form thin crystalline silicon regions 25a, 25b, and 25c at their interfaces. (Fig. 2 (B))

이어서, 니켈막 및 반응을 통해 니켈막으로부터 얻어진 규화니켈막을 5∼30% 농도의 염산으로 에칭하였다. 이 에칭에서는, 비정질 규소와 니켈(규화물)과의 반응에 의해 형성된 결정성 규소영역(25a∼25c)에는 영향이 없었다.(도 2(C))Subsequently, the nickel silicide film obtained from the nickel film through the nickel film and the reaction was etched with hydrochloric acid at a concentration of 5 to 30%. In this etching, there was no influence on the crystalline silicon regions 25a to 25c formed by the reaction of amorphous silicon with nickel (silicide) (Fig. 2 (C)).

다음에, 이것을 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 유지된 어닐로에서 질소분위기하에 4시간 어닐하였다. 도 2(D)는, 그 어닐의 중간상태에서, 앞에서 형성된 결정성 규소영역(25a∼25c)으로부터 결정화가 진행하여 결정성 규소영역(26a, 26b, 26c)이 비정질 영역(23)내로 확대하여 나가는 모양을 나타낸다.Next, it was annealed for 4 hours under nitrogen atmosphere in an anneal furnace which was maintained at 450-580 degreeC, for example, 550 degreeC. 2D shows that in the intermediate state of the annealing, crystallization proceeds from the previously formed crystalline silicon regions 25a to 25c so that the crystalline silicon regions 26a, 26b and 26c are enlarged into the amorphous region 23. Indicates an outgoing appearance.

최종적으로는 비정질 규소막을 모두 결정화시켜 결정성 규소막(27)을 얻었다(도 2(E)). 결정성장이 표면으로부터 기판측으로 수직으로 진행하는 실시예 1의 경우와 대조적으로, 본 실시예에서는, 니켈막 패턴으로부터 횡방향으로 결정성장이 진행한다. 예를 들어, 도 2(D)에 나타낸 결정성 규소영역(26a∼26c)은 각각 단결정에 가까운 결정구조를 가진다. 따라서, 결정성 규소영역에서 횡방향으로 포텐셜 장벽이 생기는 일이 비교적 적기 때문에, TFT와 같은 반도체장치에 이 구조가 적절히 적용될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 결정성 규소영역(26a, 26b)이 서로 충돌하는 부분에서는, 결정 결함이 크기 때문에, 그 부분을 이용하는 것은 바람직하지 않다.Finally, all of the amorphous silicon film was crystallized to obtain a crystalline silicon film 27 (FIG. 2 (E)). In contrast to the case of Example 1 in which crystal growth proceeds vertically from the surface to the substrate side, in this embodiment, crystal growth proceeds laterally from the nickel film pattern. For example, the crystalline silicon regions 26a to 26c shown in Fig. 2D each have a crystal structure close to a single crystal. Therefore, since the potential barrier is less likely to occur laterally in the crystalline silicon region, this structure can be suitably applied to a semiconductor device such as a TFT. However, in the part where the crystalline silicon regions 26a and 26b collide with each other, for example, since the crystal defect is large, it is not preferable to use the part.

도 5는 본 실시예에서의 결정화 속도와 결정화 온도 사이의 관계를 보여준다. 규소막이 두꺼울수록 결정화가 빠르게 진행하는 것으로 밝혀졌다.5 shows the relationship between the crystallization rate and the crystallization temperature in this example. The thicker the silicon film, the faster the crystallization was found.

[실시예 3]Example 3

본 실시예는, 가열에 의해 규소막을 일단 결정화시킨 후에 그 규소막에 레이저광을 조사(照射)함으로써 개선된 결정성을 갖는 규소막을 얻는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 실시예는 이렇게 결정화된 규소막을 사용하여 TFT를 제작하는 공정을 제공한다.This embodiment relates to a method of obtaining a silicon film having improved crystallinity by irradiating a laser beam onto the silicon film after crystallizing the silicon film once by heating. In addition, the present embodiment provides a process for producing a TFT using the silicon film thus crystallized.

도 6(A)∼(E)는 본 실시예의 제작공정을 나타내는 단면도이다. 먼저, 코닝 #7059 유리 기판(601)상에 하지막으로서 두께 2000 Å의 산화규소막(602)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 진성(I형)의 비정질 규소막을 100∼1500 Å, 예를 들어, 800 Å의 두께로 퇴적하였다. 그 다음, 실시예 2에서 설명된 것과 유사한 공정(도 2(A) 참조)으로, 그 규소막상에 니켈막, 즉, 비정질 규소의 결정화를 촉진시키는 촉매물질을 선택적으로 퇴적하였다. 그후, 얻어진 구조물을 450∼580℃로 1∼10분간 가열하여 니켈막을 비정질 규소막과 반응시켜, 그의 계면에 얇은 결정성 규소막을 얻었다.6 (A) to (E) are sectional views showing the manufacturing process of this embodiment. First, a silicon oxide film 602 having a thickness of 2000 GPa was formed on the Corning # 7059 glass substrate 601 as a base film by plasma CVD, and an intrinsic (type I) amorphous silicon film was formed thereon from 100 to 1500 GPa, For example, it was deposited to a thickness of 800 mm 3. Next, a process similar to that described in Example 2 (see Fig. 2A) was selectively deposited on the silicon film with a catalyst material that promotes crystallization of the nickel film, i.e., amorphous silicon. Then, the obtained structure was heated at 450-580 degreeC for 1 to 10 minutes, the nickel film was made to react with an amorphous silicon film, and the thin crystalline silicon film was obtained at the interface.

다음에, 니켈막 및 반응을 통해 니켈막으로부터 얻어진 규화니켈막을 5∼30% 농도의 염산으로 에칭하였다. 이 에칭에서는, 비정질 규소와 니켈(규화물)과의 반응에 의해 형성된 결정성 규소에는 영향이 없었다.Next, the nickel silicide film obtained from the nickel film through the nickel film and the reaction was etched with hydrochloric acid at a concentration of 5 to 30%. In this etching, there was no influence on the crystalline silicon formed by the reaction of amorphous silicon with nickel (silicide).

그 다음, 대기압의 질소분위기중에서 550℃로 12시간 추가 어닐을 행하여, 구조물의 전체 표면을 덮는 결정성 규소막(603)을 얻었다.Then, annealing was further performed at 550 ° C. for 12 hours in an atmospheric nitrogen atmosphere to obtain a crystalline silicon film 603 covering the entire surface of the structure.

그후, KrF 엑시머 레이저를 이용하여, 결정성 규소막(603)의 표면에 248 nm의 파장과 20 nsec의 펄스폭의 레이저광을 조사하여, 그 규소막의 결정화를 추가로 촉진시켰다. 이때, 출력 에너지밀도를 200∼400 mJ/cm2, 예를 들어 250 mJ/cm2으로 하여 레이저광을 2 쇼트(shot) 조사하였다. 레이저광 조사중에 기판을 가열에 의해 300℃로 유지함으로써, 레이저광 조사의 효과를 증진시켰다. 일반적으로는, 기판을 200∼450℃로 가열하는 것이 바람직하다.(도 6(A))Thereafter, a KrF excimer laser was used to irradiate the surface of the crystalline silicon film 603 with laser light having a wavelength of 248 nm and a pulse width of 20 nsec to further promote crystallization of the silicon film. At this time, 2 shots of the laser beam were irradiated with an output energy density of 200 to 400 mJ / cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 . By maintaining the substrate at 300 ° C by heating during the laser light irradiation, the effect of the laser light irradiation was enhanced. Generally, it is preferable to heat a board | substrate to 200-450 degreeC. (FIG. 6 (A))

KrF 엑시머 레이저의 것 이외에도, 308 nm의 파장으로 작동하는 XeCl 엑시머 레이저 및 193 nm의 파장으로 작동하는 ArF 엑시머 레이저로부터 방출되는 레이저광이 사용될 수도 있다. 또는, 레이저광 대신에, 레이저광과 동등한 강광(强光)을 조사할 수도 있다. 특히, 적외광을 조사하는 것을 포함하는 RTA(급속열어닐)의 이용이 단시간에 규소막을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 효과적이다.In addition to the KrF excimer laser, laser light emitted from an XeCl excimer laser operating at a wavelength of 308 nm and an ArF excimer laser operating at a wavelength of 193 nm may be used. Alternatively, instead of laser light, strong light equivalent to laser light may be irradiated. In particular, the use of RTA (Rapid Heat Annealing) including irradiating infrared light is effective because the silicon film can be selectively heated in a short time.

그리하여, 상기한 방법들중 어느 것을 이용하여서도 양호한 결정성을 갖는 규소막이 얻어질 수 있다. 열어닐에 의해 결정화된 결정성 규소막(603)이 레이저광 조사에 의해 더욱 개선된 결정성을 가지는 규소막으로 변하였다. 또한, 투과형 전자현미경에 의한 관찰결과, 레이저광을 조사한 막은 비교적 큰 배향된 결정립으로 구성되는 것으로 나타났다.Thus, a silicon film having good crystallinity can be obtained using any of the above methods. The crystalline silicon film 603 crystallized by opening anneal was changed into a silicon film having crystallinity further improved by laser light irradiation. In addition, observation by a transmission electron microscope revealed that the film irradiated with laser light was composed of relatively large oriented grains.

결정화 완료후 얻어진 규소막을, 변 길이가 10∼1000 μm인 정사각형으로 패터닝하여, TFT의 활성층이 되는 섬형상 규소막(603')을 얻었다.(도 6(B))The silicon film obtained after completion of crystallization was patterned into a square having a side length of 10 to 1000 µm to obtain an island-like silicon film 603 'serving as an active layer of the TFT. (Fig. 6 (B))

다음에, 게이트 절연막으로서 기능하는 산화규소막(604)을 형성하였다. 여기서는, 그 규소막을 500∼750℃, 바람직하게는, 550∼650℃의 산화성 분위기에 노출시켜, 규소영역의 표면에 게이트 절연막으로서 기능하는 산화규소막(604)을 형성하였다. 이 열처리 공정에서, 수증기, 이산화질소 등을 분위기에 주입함으로써 산화반응이 더욱 증진될 수 있다. 물론, 플라즈마 CVD법 및 스퍼터법과 같은, 기상 결정상장을 위한 공지의 수단들중 어느 것을 사용하여서도, 산화규소막을 형성할 수 있다.(도 6(C))Next, a silicon oxide film 604 was formed to function as a gate insulating film. Here, the silicon film was exposed to an oxidizing atmosphere of 500 to 750 ° C., preferably 550 to 650 ° C. to form a silicon oxide film 604 functioning as a gate insulating film on the surface of the silicon region. In this heat treatment step, the oxidation reaction can be further enhanced by injecting water vapor, nitrogen dioxide, or the like into the atmosphere. Of course, the silicon oxide film can be formed using any of the known means for vapor phase crystal deposition, such as the plasma CVD method and the sputtering method (Fig. 6 (C)).

그후, 감압 CVD법에 의해, 0.01∼0.2%의 인을 함유하는 다결정 규소막을 3000∼8000 Å, 구체적으로는, 6000 Å의 두께로 퇴적한 후, 그 규소막을 패터닝하여, 게이트 전극(605)을 형성하였다. 다음, 그 게이트 전극을 마스크로 하여, 이온 도핑(플라즈마 도핑)법에 의해, 활성층 영역(채널을 구성하는 소스/드레인)에 N형 도전성을 부여하는 불순물(본 실시예에서는, 인)을 자기정합적으로 첨가하였다. 본 실시예에서, 도핑 가스로서 포스핀(PH3)을 사용하고, 가속전압을 60∼90 kV로 하여, 이온 도핑을 행하였다. 인의 도즈량은 1×1015∼8×1015cm-2, 예를 들어, 5×1015cm-2이었다. 그리하여, 소스/드레인영역을 위한 N형 도전성 불순물영역(606, 607)이 얻어졌다.Thereafter, a polycrystalline silicon film containing 0.01 to 0.2% of phosphorus was deposited to a thickness of 3000 to 8000 Pa, specifically 6000 Pa, by the reduced pressure CVD method, and then the silicon film was patterned to form the gate electrode 605. Formed. Next, the self-alignment of impurities (phosphorus in this embodiment) that imparts N-type conductivity to the active layer region (source / drain constituting the channel) is performed by ion doping (plasma doping) using the gate electrode as a mask. Was added. In this embodiment, phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas, and ion doping was performed with an acceleration voltage of 60 to 90 kV. The dose of phosphorus was 1 * 10 <15> -8 * 10 <15> cm <-2> , for example, 5 * 10 <15> cm <-2> . Thus, N-type conductive impurity regions 606 and 607 for source / drain regions were obtained.

그 다음, 레이저광을 조사하여, 어닐을 행하였다. 본 실시예에서는, 248 nm의 파장과 20 nsec의 펄스폭으로 작동되는 KrF 엑시머 레이저가 사용되었지만, 다른 레이저도 사용될 수 있다. 레이저광을 200∼400 mJ/cm2, 예를 들어, 250 mJ/cm2의 에너지밀도로 1개소당 2∼10 쇼트, 예를 들어, 2 쇼트 조사하였다. 레이저광 조사중에 기판을 200∼450℃로 가열함으로써, 레이저 어닐의 효과를 더욱 증진시킬 수 있다.(도 6(D))Then, laser light was irradiated and annealed. In this embodiment, a KrF excimer laser operated at a wavelength of 248 nm and a pulse width of 20 nsec was used, but other lasers can also be used. The laser beam was irradiated with 2-10 shots, for example 2 shots, per place at an energy density of 200-400 mJ / cm 2 , for example, 250 mJ / cm 2 . By heating the substrate to 200 to 450 DEG C during laser light irradiation, the effect of laser annealing can be further enhanced. (FIG. 6 (D))

또는, 이 공정은 소위 RTA(급속열어닐), 즉, 근적외광을 사용하는 램프 어닐에 의해 행해질 수도 있다. 근적외광은 비정질 규소에 의해서 보다는 결정화된 규소에 의해 더 쉽게 흡수될 수 있기 때문에, 1000℃ 이상의 온도에서의 열어닐에 필적하는 효과적인 어닐이 달성될 수 있다. 근적외광이 유리기판에 의해서는 덜 흡수된다는 것이 더 유리한 점이다. 사실, 원적외광은 유리기판에 의해 쉽게 흡수되지만, 가시광에서 근적외선까지의 영역, 즉, 0.5∼4 μm의 파장 영역의 광은 유리기판에 의해 거의 흡수되지 않는다. 따라서, 어닐이 기판을 고온으로 가열함이 없이 보다 짧은 시간내에 완료될 수 있다. 이 방법은 유리기판의 수축이 바람직하지 않은 공정에 가장 적절하다.Alternatively, this process may be performed by a so-called RTA (Rapid Heat Annealing), i.e., lamp annealing using near infrared light. Since near-infrared light can be absorbed more easily by crystallized silicon than by amorphous silicon, an effective annealing can be achieved comparable to that of opening at temperatures above 1000 ° C. It is more advantageous that near infrared light is less absorbed by the glass substrate. In fact, far infrared light is easily absorbed by the glass substrate, but light in the region from the visible to the near infrared, that is, the wavelength region of 0.5 to 4 μm, is hardly absorbed by the glass substrate. Thus, the annealing can be completed in a shorter time without heating the substrate to a high temperature. This method is most suitable for processes in which shrinkage of the glass substrate is undesirable.

다음에, 플라즈마 CVD법에 의해 층간절연물로서 두께 6000 Å의 산화규소막(608)을 형성하였다. 산화규소 대신에, 폴리이미드막이 사용될 수도 있다. 그 다음, 그 층간절연물에 콘택트 홀을 형성하여, 금속재료, 예를 들어, 질화티탄과 알루미늄의 다층막을 사용하여 전극·배선(609, 610)을 형성하였다. 마지막으로, 1기압의 압력하에 350℃로 30분간 어닐을 행하여, TFT를 완성하였다.(도 6(E))Next, a silicon oxide film 608 having a thickness of 6000 kPa was formed as an interlayer insulating material by plasma CVD. Instead of silicon oxide, a polyimide film may be used. Then, contact holes were formed in the interlayer insulator, and electrodes and wirings 609 and 610 were formed using a multilayer film of a metal material, for example, titanium nitride and aluminum. Finally, annealing was carried out at 350 ° C. for 30 minutes under a pressure of 1 atmosphere to complete the TFT. (FIG. 6 (E))

본 실시예에서 설명된 바와 같이, 비정질 규소막은 결정화를 위한 촉매원소로서 니켈을 도입함으로써, 단순히 가열하는 경우에서보다 더욱 유리하게 결정화될 수 있고, 또한, 그렇게 하여 결정화된 규소막의 결정성이 레이저광을 조사함으로써 더욱 개선될 수 있다. 이렇게 하여, 특히 높은 결정성을 가지는 결정 규소가 얻어질 수 있다. 양호한 결정성을 가지는 규소막을 이용함으로써 고성능의 TFT가 얻어진다.As explained in this embodiment, the amorphous silicon film can be crystallized more advantageously than by simply heating by introducing nickel as a catalyst element for crystallization, and the crystallinity of the crystallized silicon film in this way is also laser light. Can be further improved by examining In this way, crystalline silicon having particularly high crystallinity can be obtained. By using the silicon film which has favorable crystallinity, a high performance TFT is obtained.

더 구체적으로는, 실시예 2에서 설명된 결정화 공정을 이용하지 않는 것을 제외하고는 본 실시예에서와 동일한 공정을 통해 얻어진 N채널형 TFT는 50∼90 cm2/Vs의 전계효과 이동도와 3∼8 V의 스레시홀드 전압을 가지는데. 이들 값은 본 실시예에 따라 제작된 N채널형 TFT에서 얻어지는 150∼200 cm2/Vs의 이동도와 0.5∼1.5 V의 스레시홀드 전압과 명백히 대조된다. 즉, 이동도가 상당히 증가되고, 스레시홀드 전압의 변동도 크게 감소된다.More specifically, except that the crystallization process described in Example 2 is not used, the N-channel TFT obtained through the same process as in this example has a field effect mobility of 50 to 90 cm 2 / Vs and 3 to 3. It has a threshold voltage of 8 V. These values are clearly contrasted with the mobility of 150 to 200 cm 2 / Vs and the threshold voltage of 0.5 to 1.5 V obtained in the N-channel TFT fabricated according to this embodiment. In other words, the mobility is considerably increased, and the variation of the threshold voltage is also greatly reduced.

이전에는, 그러한 높은 수준의 상기한 TFT 특성들이 레이저 결정화에 의해서만 비정질 규소막으로부터 얻어졌다. 그러나, 종래의 레이저 결정화에 의해 얻어지는 규소막은 특성에 변동이 있었다. 또한, 결정화 공정은 400℃ 이상의 온도에서 350 mJ/cm2이상의 에너지밀도로 레이저광을 조사하는 것를 요하였고, 따라서, 대량생산에 적용될 수 없었다. 종래의 공정과 대조적으로, 본 실시예에 따른 TFT 제작공정은 종래 공정에서의 것보다 낮은 기판온도 및 에너지밀도로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 공정은 대량생산에 적당하다. 또한, 본 공정에 의해 얻어진 장치의 품질이 열어닐을 이용하는 종래의 고상 성장 결정화에 의해 얻어진 장치의 것 만큼 균일하다. 따라서, 균일한 품질의 TFT가 안정하게 얻어질 수 있다.Previously, such high levels of the above described TFT characteristics were obtained from the amorphous silicon film only by laser crystallization. However, the silicon film obtained by the conventional laser crystallization had a change in characteristics. In addition, the crystallization process required irradiating laser light at an energy density of 350 mJ / cm 2 or more at a temperature of 400 ° C. or more, and thus could not be applied to mass production. In contrast to the conventional process, the TFT fabrication process according to the present embodiment can be performed at a lower substrate temperature and energy density than that in the conventional process. Thus, the process according to the invention is suitable for mass production. Moreover, the quality of the apparatus obtained by this process is as uniform as that of the apparatus obtained by the conventional solid-phase growth crystallization using open anneal. Thus, TFTs of uniform quality can be obtained stably.

상기한 실시예 1 및 2에서, 니켈농도가 낮을 때는 결정화가 불충분하게 일어나는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 본 실시예에 따른 공정은 불충분한 결정화를 보충하기 위하여 레이저 조사를 이용한다. 따라서, 니켈농도가 낮은 때라도 만족스럽게 높은 품질의 TFT가 얻어질 수 있다. 이것은, 여전히 낮은 농도로 니켈을 함유하는 장치가 실현될 수 있고, 우수한 전기적 안정성 및 신뢰성을 갖는 장치가 얻어질 수 있다는 것을 의미한다.In Examples 1 and 2 described above, it was found that when the nickel concentration is low, insufficient crystallization occurs. However, the process according to this embodiment uses laser irradiation to compensate for insufficient crystallization. Thus, even when the nickel concentration is low, a satisfactory high quality TFT can be obtained. This means that a device still containing nickel at a low concentration can be realized, and a device having excellent electrical stability and reliability can be obtained.

[실시예 4]Example 4

본 실시예는, 비정질 규소막의 결정화를 촉진시키는 촉매원소를 함유하는 용액으로 비정질 규소막의 상면을 도포하여 비정질 규소막에 촉매원소를 도입하는 방법에 관한 것이다.The present embodiment relates to a method of introducing a catalyst element into an amorphous silicon film by applying an upper surface of the amorphous silicon film with a solution containing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film.

본 실시예는 또한, 촉매원소를 비정질 규소막에 선택적으로 도입한 다음, 그 장소로부터 촉매원소가 도입되지 않은 부분으로 결정성장이 진행하는 것에 의해 저농도로 촉매원소를 함유하는 결정성 규소막을 얻는 방법을 제공한다.The present embodiment also provides a method for obtaining a crystalline silicon film containing a catalyst element at low concentration by selectively introducing a catalyst element into an amorphous silicon film and then proceeding crystal growth from the place to a portion where the catalyst element is not introduced. To provide.

도 7(A)∼(C)는 본 실시예의 제작공정을 나타낸다. 먼저, 10 cm×10 cm 크기의 코닝 #7059 유리 기판(701)상에 두께 1000 Å의 비정질 규소막(702)을 플라즈마 CVD법에 의해 퇴적한 다음, 그 위에 마스크로서 산화규소막(704)을 1200 Å의 두께로 퇴적하였다. 그 산화규소막(704)으로서는, 500 Å 만큼 얇은 산화규소막도 아무런 문제없이 사용될 수 있고, 막을 더 치밀하게 하여 막두께를 더 얇은 것으로 할 수도 있다.7 (A)-(C) show the production steps of this embodiment. First, a 1000 nm thick amorphous silicon film 702 was deposited on a 10 cm × 10 cm Corning # 7059 glass substrate 701 by plasma CVD, and then a silicon oxide film 704 was used as a mask thereon. It was deposited to a thickness of 1200 mm 3. As the silicon oxide film 704, a silicon oxide film as thin as 500 GPa can be used without any problem, and the film thickness can be made denser and the film thickness can be made thinner.

다음에, 산화규소막(704)을 통상의 포토리소그래피 기술에 의해 원하는 바대로 패터닝한 후, 자외(UV)광을 조사하여 산소분위기에서 얇은 산화규소막(703)을 형성하였다. 더 구체적으로는, UV광을 5분간 조사하여 산화규소막(703)을 형성하였다. 산화규소막(703)은 20∼50 Å의 두께를 가지는 것으로 믿어진다. 그리하여, 도 7(A)에 나타낸 바와 같은 구조가 얻어졌다.Next, the silicon oxide film 704 was patterned as desired by a conventional photolithography technique, and then irradiated with ultraviolet (UV) light to form a thin silicon oxide film 703 in an oxygen atmosphere. More specifically, UV light was irradiated for 5 minutes to form the silicon oxide film 703. The silicon oxide film 703 is believed to have a thickness of 20 to 50 GPa. Thus, a structure as shown in Fig. 7A was obtained.

그 산화규소막은 이후에 도포되는 용액에 대한 습윤성을 향상시키기 위해 형성된다. 바람직한 습윤성이 산화규소 마스크의 친수성에 의해 때때로 확보되지만, 이것은 패턴 크기가 용액과 부합할 때만 일어나므로 드문 경우이다. 따라서, 양호한 습윤성을 보장하기 위해서는 산화규소막(703)을 사용하는 것이 안전하다.The silicon oxide film is formed to improve the wettability to the solution to be applied later. Desirable wettability is sometimes ensured by the hydrophilicity of the silicon oxide mask, but this is rare because the pattern size only occurs when it matches the solution. Therefore, in order to ensure good wettability, it is safe to use the silicon oxide film 703.

다음에, 100 중량ppm의 니켈을 함유하는 초산염 용액을 10 cm×10 cm 크기의 정사각형 기판상에 5 ml 적하(滴下)하였다. 스피너(707)를 50 rpm으로 10초간 작동시켜, 기판의 전체 표면상에 균일한 수막(水膜)(706)을 형성하였다. 기판을 5분간 유지한 후 스피너(707)를 2000 rpm으로 추가로 60초간 작동시켜 스핀 건조를 행하였다. 기판을 스피너상에 놓고 0∼150 rpm의 속도로 회전시킬 수도 있다. 이 공정을 도 7(B)에 나타내었다.Next, 5 ml of a acetate solution containing 100 ppm by weight of nickel was dropped onto a 10 cm × 10 cm square substrate. The spinner 707 was operated at 50 rpm for 10 seconds to form a uniform water film 706 on the entire surface of the substrate. After holding the substrate for 5 minutes, spinner 707 was operated at 2000 rpm for 60 seconds to perform spin drying. The substrate may be placed on a spinner and rotated at a speed of 0 to 150 rpm. This process is shown in Figure 7 (B).

그 다음, 얻어진 구조물을 450∼580℃로 1∼10분간 가열하여 비정질 규소막(702)의 표면에 매우 얇은 규화니켈막을 형성하였다. 이 공정에서, 710으로 나타낸 부분에서 뿐만 아니라 비정질 규소막(702)과 규화니켈막 사이의 상(相) 경계에 결정 규소가 형성되는 것으로 확인되었다. 다음, 비정질 규소막(702)의 표면을 5% 염산으로 에칭하여 규화니켈막을 제거하였다.Then, the obtained structure was heated at 450 to 580 ° C. for 1 to 10 minutes to form a very thin nickel silicide film on the surface of the amorphous silicon film 702. In this process, it was confirmed that crystalline silicon was formed not only at the portion indicated by 710 but also at the phase boundary between the amorphous silicon film 702 and the nickel silicide film. Next, the surface of the amorphous silicon film 702 was etched with 5% hydrochloric acid to remove the nickel silicide film.

그후, 질소분위기에서 550℃로 4시간 열처리하였다. 그리하여, 니켈이 도입된 영역(709)으로부터 니켈이 도입되지 않은 영역(711)으로 화살표 708로 나타낸 횡방향으로 결정화가 일어나게 된다. 물론, 니켈이 직접 도입된 영역(709)에서도 결정화가 일어난다.Thereafter, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. Thus, crystallization occurs in the transverse direction indicated by arrow 708 from the region 709 where nickel is introduced to the region 711 where nickel is not introduced. Of course, crystallization also occurs in the region 709 into which nickel is directly introduced.

도 7(C)에서, 결정화가 니켈이 직접 도입된 영역(709)에서 일어나고, 영역(711)에서 횡으로 진행하였다.In Fig. 7C, crystallization takes place in the region 709 into which nickel is directly introduced, and proceeds laterally in the region 711.

도입되는 니켈농도는 도포되는 용역중의 니켈농도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 본 실시예에서, 용액중의 니켈농도는 100 ppm으로 조정되었다. 그러나, 농도가 10 ppm으로 감소된 때라도 결정화가 일어난다는 것이 확인되었다. 10 ppm의 농도로 니켈을 함유하는 용액을 사용한 때라도 같은 방법으로 결정화가 일어난다. 이 경우, 도 7(C)에 나타낸 영역(711)에서의 니켈농도는 한자리 만큼 더 낮춰질 수 있다. 그러나, 너무 낮은 농도로 니켈을 함유하는 용액을 사용하면, 화살표 708로 나타낸 횡방향으로의 결정성장 거리가 단축되어, 바람직하지 않다.The nickel concentration introduced can be controlled by varying the nickel concentration in the service applied. In this example, the nickel concentration in the solution was adjusted to 100 ppm. However, it was confirmed that crystallization occurred even when the concentration was reduced to 10 ppm. Crystallization occurs in the same way even when a solution containing nickel at a concentration of 10 ppm is used. In this case, the nickel concentration in the region 711 shown in Fig. 7C can be lowered by one digit. However, using a solution containing nickel at too low a concentration shortens the crystal growth distance in the transverse direction indicated by arrow 708, which is not preferable.

이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막은 TFT의 활성층으로서 사용될 수 있다. 특히, 활성층을 형성하기 위하여 영역(711)을 사용하는 것은, 이 영역이 낮은 농도로 촉매원소를 함유하기 때문에 유용하다.The crystalline silicon film thus obtained can be used as the active layer of the TFT. In particular, using region 711 to form the active layer is useful because this region contains catalytic elements at low concentrations.

또한, 실시예 3에서와 같은 방법으로 레이저광 또는 강광을 조사하여 결정성 규소막의 결정성을 추가로 향상시키는 것이 효과적이다.In addition, it is effective to further enhance the crystallinity of the crystalline silicon film by irradiating laser light or strong light in the same manner as in Example 3.

본 실시예에서는, 촉매원소를 함유하는 용액으로서 초산염 용액이 사용되었다. 그러나, 다른 유용한 용액으로는, 각종 수용액 및 유기용매를 함유하는 용액이 있다. 촉매원소는 반드시 화합물로서 함유될 필요는 없고, 용액에 단순히 분산된 것일 수도 있다.In this example, an acetate solution was used as a solution containing a catalytic element. However, other useful solutions include solutions containing various aqueous solutions and organic solvents. The catalytic element does not necessarily need to be contained as a compound, but may be simply dispersed in a solution.

촉매원소를 위한 용매는 극성 용매, 즉, 물, 알코올, 산 및 암모니아수로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The solvent for the catalytic element may be selected from the group consisting of polar solvents, that is, water, alcohols, acids and aqueous ammonia.

니켈이 촉매원소로서 사용될 때, 니켈은 니켈화합물의 형태로 극성 용매에 혼입된다. 그 니켈화합물은 대표적으로, 취화니켈, 초산니켈, 수산니켈, 탄산니켈, 염화니켈, 옥화니켈, 질산니켈, 황산니켈, 개미산니켈, 니켈 아세틸아세토네이트, 니켈 4-시클로헥실부틸레이트, 산화니켈, 및 수산화니켈로 이루어진 군으로부터 선택된다.When nickel is used as the catalytic element, nickel is incorporated into the polar solvent in the form of a nickel compound. The nickel compounds are typically nickel embrittlement, nickel acetate, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel chloride, nickel oxide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, nickel 4-cyclohexyl butyrate, nickel oxide, And nickel hydroxide.

또한, 촉매원소를 위한 용매는 무극성 용매인 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 사염화탄소, 클로로포름 및 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 사용될 수도 있다.Further, the solvent for the catalytic element may be one selected from the group consisting of nonpolar solvents of benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform and ether.

이 경우, 니켈은 니켈 아세틸아세토네이트 및 니켈 2-에틸헥사네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 니켈화합물 형태로 용액에 함유된다.In this case, nickel is contained in the solution in the form of a nickel compound selected from the group consisting of nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanate.

촉매원소를 함유하는 용액에 계면활성제를 첨가하는 것도 효과적이다. 계면활성제는 산화규소막의 표면에 대한 용액의 밀착성을 증가시키고, 흡착성을 제어한다. 계면활성제는 피(被)도포면에 미리 도포될 수 있다. 촉매원소로서 니켈 단체가 사용되는 경우에는, 그 니켈 단체는 그의 용액을 얻기 위해 산에 미리 용해될 수 있다.It is also effective to add surfactants to solutions containing catalytic elements. The surfactant increases the adhesion of the solution to the surface of the silicon oxide film and controls the adsorption property. The surfactant may be applied in advance to the surface to be coated. When nickel alone is used as the catalytic element, the nickel alone can be dissolved in the acid beforehand to obtain its solution.

용액에 완전히 용해된 니켈 함유 용액을 사용하는 대신에, 에멀션, 즉, 금속니켈 분말 또는 니켈화합물의 분말이 균일하게 분산된 분산매를 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 촉매원소로서 니켈 이외의 물질을 이용하는 다른 경우에도 마찬가지이다.Instead of using a nickel-containing solution completely dissolved in the solution, a material containing an dispersion, that is, a metal nickel powder or a dispersion medium in which a powder of a nickel compound is uniformly dispersed may be used. The same applies to other cases in which a substance other than nickel is used as the catalyst element.

무극성 용매를 함유하는 용액, 즉, 니켈 2-에틸헥사네이트의 톨루엔 용액이 비정질 규소막의 표면에 직접 도포될 수 있다. 이 경우, 레지스트를 형성하는데 일반적으로 이용되는 밀착제와 같은 재료를 사용하는 것이 효과적이다. 그러나, 과량의 밀착제의 사용은 비정질 규소로의 촉매원소의 이동을 방해한다.A solution containing a nonpolar solvent, that is, a toluene solution of nickel 2-ethylhexanate can be applied directly to the surface of the amorphous silicon film. In this case, it is effective to use a material such as an adhesive generally used for forming a resist. However, the use of excess adhesive prevents the transfer of catalytic elements to amorphous silicon.

촉매원소는, 용액의 유형에 의존하지만, 니켈의 경우 대략 1∼200 중량ppm, 바람직하게는 1∼50 중량ppm의 양으로 용액에 혼입된다. 이 첨가량의 범위는 결정화된 막의 니켈농도 및 플루오르화 수소산에 대한 저항을 고려하여 결정된다.The catalytic element, depending on the type of solution, is incorporated into the solution in an amount of approximately 1 to 200 ppm by weight, preferably 1 to 50 ppm by weight for nickel. The range of this addition amount is determined in consideration of the nickel concentration of the crystallized film and the resistance to hydrofluoric acid.

[실시예 5]Example 5

본 실시예는, 코닝 7059 유리 기판상에 섬형상의 다수의 니켈막을 형성하고, 이것을 출발점으로 하여 비정질 규소막의 결정화를 행하고, 얻어진 결정성 규소막을 사용하여 TFT를 제작하는 방법에 관하여 설명한다. 섬형상의 니켈막을 형성하는 방법에는, 그 막을 비정질 규소막 위에 형성하는 것과 아래에 형성하는 2가지 방법이 있다. 도 9(A-1)은 비정질 규소막 아래에 니켈막을 형성하는 방법이고, 도 9(A-2)는 비정질 규소막 위에 니켈막을 형성하는 방법이다. 후자의 방법에서는, 비정질 규소막의 전체 표면상에 니켈을 퇴적한 후에 니켈막을 선택적으로 에칭하도록 되어 있으므로, 니켈과 비정질 규소가 소량이지만 반응하여, 전체 표면에 걸쳐 규화니켈을 형성한다. 이 규화물이 잔존하면, 본 발명에서 제공하려는 양호한 결정성의 규소막이 얻어지지 않기 때문에, 규화니켈을 염산 또는 플루오르화 수소산으로 충분히 제거할 필요가 있다. 그 때문에, 비정질 규소의 두께는 초기의 두께에 비하여 감소된다.This embodiment describes a method of forming a plurality of island-like nickel films on a Corning 7059 glass substrate, crystallizing the amorphous silicon film using this as a starting point, and manufacturing a TFT using the obtained crystalline silicon film. There are two methods for forming the island-like nickel film, and forming the film on the amorphous silicon film and below. 9A is a method of forming a nickel film under an amorphous silicon film, and FIG. 9A-2 is a method of forming a nickel film on an amorphous silicon film. In the latter method, since the nickel film is selectively etched after depositing nickel on the entire surface of the amorphous silicon film, the nickel and the amorphous silicon react in small amounts to form nickel silicide over the entire surface. If this silicide remains, since the good crystalline silicon film to be provided in the present invention cannot be obtained, it is necessary to sufficiently remove the nickel silicide with hydrochloric acid or hydrofluoric acid. Therefore, the thickness of amorphous silicon is reduced as compared with the initial thickness.

전자의 방법은 그러한 문제를 제기하지 않으나, 이 경우도 에칭에 의해 섬형상 부분 이외의 니켈막을 완전히 제거하는 것이 요구된다. 잔존 니켈의 영향을 억제하기 위해, 기판을 산소 플라즈마나 오존 등에 의해 처리하여, 섬형상 부분 이외의 니켈을 산화시킨다.The former method does not pose such a problem, but in this case as well, it is required to completely remove the nickel film other than the island portion by etching. In order to suppress the influence of remaining nickel, the substrate is treated with oxygen plasma, ozone, or the like to oxidize nickel other than the island-like portion.

어떠한 방법이든, 기판(코닝 7059)(101A)상에는 하지막으로서 두께 2000 Å의 산화규소막(101B)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하였다. 비정질 규소막(101)은 두께를 200∼3000 Å, 바람직하게는, 500∼1500 Å으로 하고, 플라즈마 CVD법 또는 감압 CVD법에 의해 성막되었다. 비정질 규소막을 350∼450℃에서 0.1∼2시간 어닐하여, 수소원자들을 배출하였다. 막중의 수소농도가 5 원자% 이하인 때, 결정화가 쉽게 이루어졌다.In any manner, a silicon oxide film 101B having a thickness of 2000 GPa was formed on the substrate (Corning 7059) 101A as a base film by plasma CVD. The amorphous silicon film 101 was formed to have a thickness of 200 to 3000 Pa, preferably 500 to 1500 Pa, by plasma CVD or reduced pressure CVD. The amorphous silicon film was annealed at 350 to 450 ° C. for 0.1 to 2 hours to discharge hydrogen atoms. When the hydrogen concentration in the film was 5 atomic% or less, crystallization was easily achieved.

도 9(A-1)의 경우에는, 비정질 규소막(101)을 형성하기 전에, 스퍼터법에 의해 니켈막을 50∼1000 Å, 바람직하게는, 100∼500 Å의 두께로 퇴적하고, 이것을 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 섬형상의 니켈막(102)을 형성하였다.In the case of Fig. 9A-1, before forming the amorphous silicon film 101, a nickel film is deposited to a thickness of 50 to 1000 GPa, preferably 100 to 500 GPa by a sputtering method, and this is photolithography. Patterning was performed to form an island-like nickel film 102.

한편, 도 9(A-2)의 경우에는, 비정질 규소막(101)을 형성한 후에, 스퍼터법에 의해 니켈막을 50∼1000 Å, 바람직하게는, 100∼500 Å의 두께로 퇴적하고, 이것을 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 섬형상의 니켈막(102)을 형성하였다. 이 모양을 상방에서 본 도면을 도 8(A)에 나타낸다.On the other hand, in the case of Fig. 9A-2, after the amorphous silicon film 101 is formed, a nickel film is deposited to a thickness of 50 to 1000 GPa, preferably 100 to 500 GPa by the sputtering method. Patterning was performed by photolithography to form an island-like nickel film 102. The figure which looked at this pattern from the top is shown to FIG. 8 (A).

각각의 섬형상 니켈막은 일변이 2 μm인 정사각형이고, 그의 간격은 5∼50 μm, 예를 들어, 20 μm이다. 니켈 대신에 규화니켈을 사용하여도 같은 효과가 얻어질 수 있다. 니켈막을 형성할 때 기판을 100∼500℃, 바람직하게는, 180∼250℃로 가열함으로써, 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 이것은 하지의 산화규소막과 니켈막의 밀착성이 개선되고 산화규소와 니켈이 반응하여 규화니켈을 생성하기 때문이다. 산화규소 대신에, 질화규소, 탄화규소 또는 규소를 사용하여도 같은 효과가 얻어질 수 있다.Each island-like nickel film is a square with 2 μm on one side, and the interval thereof is 5 to 50 μm, for example, 20 μm. The same effect can be obtained by using nickel silicide instead of nickel. Good results can be obtained by heating the substrate to 100 to 500 ° C, preferably 180 to 250 ° C when forming the nickel film. This is because the adhesion between the underlying silicon oxide film and the nickel film is improved and the silicon oxide and nickel react to form nickel silicide. The same effect can be obtained by using silicon nitride, silicon carbide or silicon instead of silicon oxide.

그 다음, 이것을 질소분위기중에서 450∼650℃, 예를 들어, 550℃로 8시간 어닐하였다. 도 9(B)는 그 어닐에서의 중간상태를 나타낸다. 도 9(A-1) 및 (A-2)에서 양 끝쪽에 있는 섬형상 니켈막으로부터 니켈이 규화니켈(103A)로서 중앙부로 성장한다. 니켈이 통과한 부분(103)은 결정성 규소로 되어 있다. 마지막으로, 제 9(C) 도에 나타낸 바와 같이, 2개의 섬형상 니켈막으로부터 출발하여 성장하는 니켈 결정이 만나서, 중앙에 규화니켈(103A)을 남기고, 결정화가 종료된다.Then, it was annealed at 450 to 650 캜, for example, 550 캜 for 8 hours in a nitrogen atmosphere. Fig. 9B shows the intermediate state in the annealing. In Fig. 9 (A-1) and (A-2), nickel grows from the island-like nickel films at both ends to the central portion as nickel silicide 103A. The portion 103 where nickel has passed is made of crystalline silicon. Finally, as shown in FIG. 9 (C), nickel crystals starting from two island-like nickel films meet, leaving nickel 103A in the center, and crystallization is terminated.

도 8(B)는 이 상태의 기판을 상방에서 본 모양을 나타내는 것이다. 제 9(C) 도에 나타낸 규화니켈(103A)은 입계(104)를 형성한다. 어닐이 계속되면, 니켈원자들은 입계(104)를 따라 이동하여, 섬형상 니켈들의 중앙에 위치된 영역(105)에 모인다. 이 단계에서는, 초기의 섬형태는 유지되지 못한다.Fig. 8B shows the state of the substrate in this state as seen from above. Nickel silicide 103A shown in FIG. 9 (C) forms a grain boundary 104. As the annealing continues, the nickel atoms move along the grain boundary 104 and collect in the region 105 located in the center of the island nickel. At this stage, the initial island shape is not maintained.

이상의 공정으로 결정성 규소를 얻을 수 있다. 이때 생긴 규화니켈(103A)로부터 반도체막속으로 니켈원자들이 확산하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 니켈 막을 플루오르화 수소산 또는 염산으로 에칭할 필요가 있다. 플루오르화 수소산 또는 염산 어느 것도 규소막에는 영향을 주지 않는다. 에칭된 모양을 도 9(D)에 나타낸다. 입계기 있던 부분이 홈(104A)을 형성한다. 각각의 홈의 양측부에 TFT의 반도체영역 또는 활성층을 형성하는 것은 바람직하지 않다. TFT의 배치예를 제 8(C) 도에 나타내는데, 반도체영역(106)은 입계(104)와 교차하지 않도록 배치된다. 한편, 게이트 배선(107)은 입계(104)와 교차할 수도 있다.Crystalline silicon can be obtained by the above process. It is not preferable that the nickel atoms diffuse from the nickel silicide 103A produced at this time into the semiconductor film. Therefore, it is necessary to etch the nickel film with hydrofluoric acid or hydrochloric acid. Neither hydrofluoric acid nor hydrochloric acid affects the silicon film. The etched shape is shown in Fig. 9D. The part where the grain boundary existed forms the groove 104A. It is not preferable to form the semiconductor region or the active layer of the TFT on both sides of each groove. An example of the arrangement of the TFTs is shown in FIG. 8C, but the semiconductor region 106 is disposed so as not to intersect the grain boundary 104. On the other hand, the gate wiring 107 may cross the grain boundary 104.

이상의 공정으로 얻어진 결정성 규소를 사용하여 TFT를 제작하는 방법의 예를 도 10(A)∼(C)와 도 11(A)∼(C)에 나타낸다. 도 10(A)에서, 중앙부(X)는 홈(104A)이 있던 장소를 나타낸다. 이 중앙부(X)에는 TFT의 반도체영역이 교차하지 않도록 배치된다. 즉, 도 9(A-1)∼(D)의 공정으로 얻어진 결정성 규소막(103)을 패터닝하여, 섬형상의 반도체영역(111a, 111b)을 형성하였다. 그후, RF 플라즈마 CVD법, ECR 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해, 게이트 절연막으로 기능하는 산화규소막(112)을 형성하였다.Examples of a method for producing a TFT using the crystalline silicon obtained by the above steps are shown in Figs. 10A to 10C and 11A to 11C. In FIG. 10A, the center part X represents the place where the groove 104A was located. The central portion X is disposed so that the semiconductor regions of the TFTs do not cross each other. That is, the crystalline silicon film 103 obtained by the process of Figs. 9 (A-1) to (D) was patterned to form island-like semiconductor regions 111a and 111b. Then, the silicon oxide film 112 functioning as a gate insulating film was formed by RF plasma CVD method, ECR plasma CVD method, sputtering method, or the like.

그후, LPCVD법(감압 CVD법)에 의해, 인이 1×1020∼5×1020cm-3의 농도로 도프된 두께 3000∼6000 Å의 다결정 규소막을 형성하고, 이 막을 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 게이트 전극(113a, 113b)을 형성하였다.(도 10(A))Subsequently, a polycrystalline silicon film having a thickness of 3000 to 6000 mm 3 doped with phosphorus at a concentration of 1 × 10 20 to 5 × 10 20 cm -3 was formed by LPCVD (pressure reduction CVD method), and the film was patterned by photolithography. Thus, gate electrodes 113a and 113b were formed. (FIG. 10A)

그 다음, 플라즈마 도핑법에 의해 불순물을 주입하였다. 도핑 가스로서는, N형 반도체의 경우 포스핀(PH3)을 사용하고, P형 반도체의 경우에는 디보란(B2H6)을 사용하였다. 도면에는 N채널형 TFT를 나타낸다. 가속전압은, 포스핀 이온의 경우 80 kV, 디보란 이온의 경우는 65 kV로 하였다. 다음, 550℃에서 4시간 어닐하여 불순물을 활성화시켜, 불순물영역(114a∼114d)을 형성하였다. 활성화를 위해서는, 레이저 어닐 또는 플래시 램프 어닐과 같은 광 에너지를 사용하는 방법이 사용될 수도 있다.(도 10(B))Then, impurities were implanted by plasma doping. As the doping gas, phosphine (PH 3 ) was used in the case of an N-type semiconductor, and diborane (B 2 H 6 ) was used in the case of a P-type semiconductor. In the figure, an N-channel TFT is shown. The acceleration voltage was 80 kV for phosphine ions and 65 kV for diborane ions. Next, annealing was performed at 550 ° C for 4 hours to activate impurities to form impurity regions 114a to 114d. For activation, a method of using light energy such as laser annealing or flash lamp annealing may be used (Fig. 10 (B)).

마지막으로, 통상의 TFT 제작방법에서와 같은 방법으로 산화규소를 5000 Å의 두께로 퇴적하여, 층간절연물(115)을 형성한다. 이 층간절연물(115)에 콘택트 홀을 형성하여, 소스 및 드레인영역에 도전성 배선·전극(116a∼116d)을 형성하였다.(도 10(C))Finally, the silicon oxide is deposited to a thickness of 5000 kPa in the same manner as in the conventional TFT fabrication method to form the interlayer insulator 115. Contact holes were formed in the interlayer insulator 115, and conductive wirings and electrodes 116a to 116d were formed in the source and drain regions. (Fig. 10 (C)).

이상의 공정에 의해 TFT를 제작하였다. 도면에 나타낸 TFT는 N채널형이다. 얻어진 TFT의 전계효과 이동도는 N채널형에서는 40∼60 cm2/Vs이고, P채널형에서는 30∼50 cm2/Vs이었다.TFT was produced by the above process. The TFT shown in the figure is an N-channel type. The field effect mobility of the obtained TFT was 40 to 60 cm 2 / Vs in the N-channel type, and 30 to 50 cm 2 / Vs in the P-channel type.

도 11(A)∼(C)는 알루미늄 게이트를 가지는 TFT를 제작하는 경우를 나타낸다. 도 11(A)에서, 중앙부(X)는 홈(104A)(도 9(D))이 있던 장소를 표시한다. 이 중앙부(X)에는 TFT의 반도체영역이 교차하지 않도록 배치된다. 즉, 도 9(A-1)∼(D)의 공정들에 의해 얻어진 결정성 규소막(103)을 패터닝하여, 섬형상의 반도체영역(121a, 121b)을 형성하였다. 그후, RF 플라즈마 CVD법, ECR 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해, 게이트 절연막으로 기능하는 산화규소막(122)을 형성하였다. 플라즈마 CVD법이 사용되는 경우에는, 원료가스로서 TEOS(테트라에톡시실란) 및 산소를 사용하면 좋은 결과가 얻어졌다. 그 다음, 1%의 규소를 함유하는 알루미늄막(두께 5000 Å)을 스퍼터링법에 의해 형성하고, 이것을 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 게이트 배선·전극(123a, 123b)을 형성하였다.11A to 11C show a case of manufacturing a TFT having an aluminum gate. In FIG. 11A, the center part X indicates the place where the groove 104A (FIG. 9D) was located. The central portion X is disposed so that the semiconductor regions of the TFTs do not cross each other. That is, the crystalline silicon film 103 obtained by the processes of Figs. 9A to 9D is patterned to form island-like semiconductor regions 121a and 121b. Thereafter, a silicon oxide film 122 serving as a gate insulating film was formed by an RF plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, a sputtering method, or the like. When the plasma CVD method is used, good results were obtained by using TEOS (tetraethoxysilane) and oxygen as the source gas. Next, an aluminum film (thickness 5000 kPa) containing 1% silicon was formed by the sputtering method, and this was patterned by the photolithography method to form gate wirings and electrodes 123a and 123b.

그 다음, 기판을 3% 주석산의 에틸렌 글리콜 용액에 담그고, 백금을 음극으로 하고 알루미늄 배선을 양극으로 하여 이것에 전류를 통과시켜 양극산화를 행하였다. 전류는 최초에는 2 V/분으로 전압이 상승하도록 인가하고, 220 V에 도달한 때 전압을 일정하게 하고, 전류가 10 μA/m2이하로 된 때 전류를 정지시켰다. 그 결과, 두께 2000 Å의 양극산화물(124a, 124b)이 형성되었다.(도 11(A))Subsequently, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of 3% tartaric acid, and platinum was used as the cathode, and aluminum wiring was used as the anode to allow anodization by passing a current therethrough. The current was initially applied so that the voltage rose to 2 V / min, the voltage was kept constant when 220 V was reached, and the current was stopped when the current became 10 µA / m 2 or less. As a result, anode oxides 124a and 124b having a thickness of 2000 GPa were formed (FIG. 11A).

그후, 플라즈마 도핑법에 의해 불순물을 주입하였다. 도핑 가스로서는, N형 반도체의 경우 포스핀(PH3)을 사용하고, P형 반도체의 경우에는 디보란(B2H6)을 사용하였다. 도면에는 N채널형 TFT를 나타낸다. 가속전압은 포스핀 이온의 경우 80 kV, 디보란 이온의 경우는 65 kV로 하였다. 다음, 레이저 어닐에 의해 불순물을 활성화시켜, 불순물영역(125a∼125d)를 형성하였다. 이 목적을 위해, KrF 레이저(파장: 248 nm)를 사용하고, 250∼300 mJ/cm2의 에너지밀도의 레이저광을 1개소당 5 쇼트 조사하였다.(도 11(B))Thereafter, impurities were implanted by plasma doping. As the doping gas, phosphine (PH 3 ) was used in the case of an N-type semiconductor, and diborane (B 2 H 6 ) was used in the case of a P-type semiconductor. In the figure, an N-channel TFT is shown. The acceleration voltage was 80 kV for phosphine ions and 65 kV for diborane ions. Then, impurities were activated by laser annealing to form impurity regions 125a to 125d. For this purpose, KrF laser (wavelength: 248 nm) was used, and 5 shots of each laser beam having an energy density of 250 to 300 mJ / cm 2 were irradiated (Fig. 11 (B)).

마지막으로, 통상의 TFT 제작방법에서와 같은 방법으로, 산화규소를 5000 Å의 두께로 퇴적하여, 층간절연물(126)을 형성하였다. 이 층간절연물(126)에 콘택트 홀을 형성하여, 소스영역과 드레인영역에 도전성 배선·전극(127a∼127d)을 형성하였다.(도 11(C))Finally, in the same manner as in the conventional TFT fabrication method, silicon oxide was deposited to a thickness of 5000 kPa to form an interlayer insulator 126. Contact holes were formed in the interlayer insulator 126, and conductive wirings and electrodes 127a to 127d were formed in the source region and the drain region. (FIG. 11C).

얻어진 TFT의 전계효과 이동도는 N채널형에서는 60∼120 cm2/Vs이고, P채널형에서는 50∼90 cm2/Vs이었다. 또한, 이 TFT를 사용하여 제작한 시프트 레지스터는 17 V의 드레인 전압에서 6 MHz, 20 V의 드레인 전압에서는 11 MHz로 작동하는 것이 확인되었다.The field effect mobility of the obtained TFT was 60 to 120 cm 2 / Vs in the N-channel type and 50 to 90 cm 2 / Vs in the P-channel type. In addition, it was confirmed that the shift register fabricated using this TFT operates at 6 MHz at a drain voltage of 17 V and 11 MHz at a drain voltage of 20 V. FIG.

[실시예 6]Example 6

도 12(A)∼(C)는, 도 11(A)∼(C)에 나타낸 것과 같이 알루미늄 게이트를 가지는 TFT를 제작하는 경우를 나타낸다. 여기서는 비정질 규소를 활성층으로서 사용하였다. 도 12(A)에 나타낸 바와 같이, 기판(131)상에 하지막(132)으로서 산화규소막을 퇴적하고, 그 위에 두께 2000∼3000 Å의 비정질 규소막(133)을 형성하였다. 비정질 규소막에는 적당량의 P형 또는 N형 불순물이 첨가될 수도 있다. 그후, 상기에 언급된 바와 같이 섬형상의 니켈 또는 규화니켈 피막(134A, 134B)을 형성하고, 이 상태에서 550℃로 4시간 어닐하여 비정질 규소막을 결정화시켰다.12A to 12C show a case of manufacturing a TFT having an aluminum gate as shown in FIGS. 11A to 11C. Here, amorphous silicon was used as the active layer. As shown in Fig. 12A, a silicon oxide film was deposited as a base film 132 on the substrate 131, and an amorphous silicon film 133 having a thickness of 2000 to 3000 mm 3 was formed thereon. An appropriate amount of P-type or N-type impurities may be added to the amorphous silicon film. Thereafter, as mentioned above, the island-like nickel or nickel silicide films 134A and 134B were formed and annealed at 550 ° C. for 4 hours in this state to crystallize the amorphous silicon film.

다음에, 이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막을 도 12(B)에 나타낸 바와 같이 포토리소그래피법으로 패터닝하였다. 이때, 도면의 중앙부(섬형상의 니켈 또는 규화니켈 피막(134A, 134B) 사이의 중간부)의 규소막에는 니켈이 다량으로 함유되어 있기 때문에, 이 중앙부를 제거하도록 패터닝하여, 섬형상 규소영역(135A, 135B)을 형성하였다. 다음, 섬형상 규소영역(135A, 135B)상에 실질적으로 진성인 비정질 규소막(136)을 퇴적하였다.Next, the crystalline silicon film thus obtained was patterned by the photolithography method as shown in Fig. 12B. At this time, since the silicon film of the center part (intermediate part between island-like nickel or nickel silicide films 134A and 134B) of a figure contains a large amount of nickel, it patterned so that this center part may be removed and the island-shaped silicon area | region ( 135A, 135B). Next, a substantially intrinsic amorphous silicon film 136 was deposited on the island-like silicon regions 135A and 135B.

그후, 도 12(C)에 나타낸 바와 같이, 질화규소, 산화규소 등의 재료로 게이트 절연막(137)을 형성하고, 알루미늄으로 게이트 전극(138)을 형성하였다. 다음, 도 11(A)∼(C)에 나타낸 것과 동일한 방법으로 양극산화를 행하고, 이온 도핑법에 의해 불순물을 확산시켜 불순물영역(139A, 139B)을 형성하였다. 그후, 층간절연물(140)을 퇴적하였다. 이 층간절연물에 콘택트 홀을 형성하고, 소스 및 드레인영역에 금속전극(141A, 141B)을 형성하여, TFT를 완성하였다. 이 TFT는, 소스 및 드레인부분의 반도체영역이 활성층의 두께에 비하여 두껍고, 저항률이 작은 특징을 가진다. 그 결과, 소스 및 드레인영역의 저항이 감소하고, TFT의 특성이 향상된다. 또한, 콘택트의 형성도 용이하다.Thereafter, as shown in Fig. 12C, the gate insulating film 137 was formed of a material such as silicon nitride, silicon oxide, or the like, and the gate electrode 138 was formed of aluminum. Next, anodization was carried out in the same manner as shown in Figs. 11A to 11C, and impurities were diffused by ion doping to form impurity regions 139A and 139B. Thereafter, the interlayer insulator 140 was deposited. A contact hole was formed in this interlayer insulator, and metal electrodes 141A and 141B were formed in the source and drain regions to complete the TFT. This TFT has a feature that the semiconductor regions of the source and drain portions are thicker than the thickness of the active layer and have a low resistivity. As a result, the resistance of the source and drain regions is reduced, and the characteristics of the TFT are improved. It is also easy to form a contact.

[실시예 7]Example 7

도 13(A)∼(C)는 CMOS TFT를 제작하는 경우를 나타낸다. 도 13(A)에 나타낸 바와 같이, 기판(151)상에 하지막(152)으로서 산화규소막을 퇴적하고, 그 위에 두께 1000∼1500 Å의 비정질 규소막(153)을 형성하였다. 그 다음, 상기에 언급한 바와 같이 섬형상의 니켈 또는 규화니켈 피막(154)을 형성하고, 이 상태에서 550℃로 어닐하였다. 이 공정에 의해, 규화니켈영역(155)이 성장하여, 결정화가 진행하였다. 4시간의 어닐에 의해, 도 13(B)에 나타낸 바와 같이, 비정질 규소막이 결정성 규소로 변화하였다. 또한, 결정화의 진행에 따라 규화니켈영역(159A, 159B)이 양끝쪽으로 몰아내어졌다.13A to 13C show a case of manufacturing a CMOS TFT. As shown in FIG. 13A, a silicon oxide film was deposited as a base film 152 on the substrate 151, and an amorphous silicon film 153 having a thickness of 1000 to 1500 kPa was formed thereon. Then, as mentioned above, an island-like nickel or nickel silicide film 154 was formed and annealed at 550 ° C in this state. By this process, the nickel silicide region 155 grew, and crystallization advanced. After 4 hours of annealing, as shown in Fig. 13B, the amorphous silicon film was changed to crystalline silicon. In addition, as the crystallization progressed, nickel silicide regions 159A and 159B were driven to both ends.

그 다음, 이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막을 도 13(B)에 나타낸 바와 같이 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 섬형상 규소영역(156)을 형성하였다. 이때, 섬형상 규소영역의 양끝은 니켈의 농도가 높은 것에 주의해야 한다. 섬형상 규소영역을 형성한 후, 게이트 절연막(157)과 게이트 전극(158A, 158B)을 형성하였다.Then, the crystalline silicon film thus obtained was patterned by the photolithography method as shown in Fig. 13B to form island-like silicon regions 156. At this time, it should be noted that both ends of the island-like silicon region have a high concentration of nickel. After forming the island-shaped silicon region, the gate insulating film 157 and the gate electrodes 158A and 158B were formed.

그후, 도 13(C)에 나타낸 바와 같이, 이온 도핑법에 의해 불순물을 확산시켜, N형 불순물영역(160A)과 P형 불순물영역(160B)을 형성하였다. 이때, 예를 들어, N형 불순물로서는 인을 사용하고, 도핑 가스로서 포스핀(PH3)을 사용하여, 60∼110 kV의 가속전압으로 전체 표면에 도핑을 행하였다. 다음에, 포토레지스트로 N채널형 TFT의 영역을 덮고, 붕소와 같은 P형 불순물을 40∼80 kV의 가속전압으로 도핑하였다. 이때, 도핑 가스로서 디보란(B2H6)을 사용하였다.Thereafter, as shown in Fig. 13C, the impurities are diffused by the ion doping method to form the N-type impurity region 160A and the P-type impurity region 160B. At this time, for example, phosphorus was used as the N-type impurity, and phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas, and the entire surface was doped at an acceleration voltage of 60 to 110 kV. Next, the region of the N-channel TFT was covered with a photoresist and doped with a P-type impurity such as boron at an acceleration voltage of 40 to 80 kV. At this time, diborane (B 2 H 6 ) was used as the doping gas.

이온 도핑후, 도 11(A)∼(C)에 나타낸 것과 같은 방법으로 레이저광을 조사하여, 소스 및 드레인영역을 활성화시켰다. 그 다음, 층간절연물(161)을 퇴적하고, 그 층간절연물에 콘택트 홀을 형성하고, 소스 및 드레인에 금속전극(162A, 162B, 162C)을 형성하여, TFT를 완성하였다.After ion doping, laser light was irradiated in the same manner as shown in Figs. 11A to 11C to activate the source and drain regions. Then, the interlayer insulator 161 was deposited, contact holes were formed in the interlayer insulator, and metal electrodes 162A, 162B, and 162C were formed in the source and drain to complete the TFT.

[실시예 8]Example 8

본 실시예는, 550℃, 4시간의 가열에 의한 결정화 공정후에 결정성 규소막의 결정성을 더욱 개선시키기 위해 레이저광 조사공정을 행하는 것을 제외하고는 실시예 7의 공정과 유사하다.This example is similar to the process of Example 7 except that a laser light irradiation step is performed to further improve the crystallinity of the crystalline silicon film after the crystallization step by heating at 550 ° C. for 4 hours.

본 실시예에서 CMOS TFT를 제작하는 공정을 도 14(A)∼(D)에 나타낸다. 먼저, 도 14(A)에 나타낸 바와 같이, 스퍼터법에 의해 기판(151)상에 하지막(152)으로서 산화규소막을 2000 Å의 두께로 형성하고, 그 위에 플라즈마 CVD법에 의해 두께 1000∼1500 Å의 비정질 규소막(153)을 형성하였다. 그 다음, 섬형상의 니켈 또는 규화니켈 피막(154)을 형성하였다.14A to 14D show the steps of manufacturing a CMOS TFT in this embodiment. First, as shown in Fig. 14A, a silicon oxide film is formed on the substrate 151 by the sputtering method as a base film 152 with a thickness of 2000 GPa, and the thickness is 1000 to 1500 by the plasma CVD method. N amorphous silicon film 153 was formed. Next, an island-like nickel or nickel silicide film 154 was formed.

그 다음, 질소분위기중에서 550℃로 4시간 어닐하였다. 이 공정에 의해, 규화니켈영역(155)이 성장하였다. 즉, 결정화가 진행하였다. 이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막을 도 14(B)에 나타낸 바와 같이 포토리소그래피법으로 패터닝하여, 섬형상 규소영역(156)을 형성하였다.Then, it was annealed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. By this step, the nickel silicide region 155 grew. In other words, crystallization proceeded. The crystalline silicon film thus obtained was patterned by the photolithography method as shown in Fig. 14B to form island-shaped silicon regions 156.

그 다음, 248 nm의 파장과 20 nsec의 펄스폭을 가지는 KrF 엑시머 레이저광(170)을 조사하였다. 레이저광은 250 mJ/cm2의 에너지밀도로 1개소당 2 쇼트 조사되었다. 에너지밀도는 막 두께 및 기판 온도와 같은 여러가지 조건들을 고려하여 200∼400 mJ/cm2으로 설정될 수 있다. 파장 308 nm의 레이저광을 방출하는 XeCl 레이저 또는 파장 193 nm의 레이저광을 방출하는 ArF 레이저가 사용될 수도 있다.Next, KrF excimer laser light 170 having a wavelength of 248 nm and a pulse width of 20 nsec was irradiated. The laser beam was irradiated with 2 shots per place at an energy density of 250 mJ / cm 2 . The energy density may be set at 200 to 400 mJ / cm 2 in consideration of various conditions such as film thickness and substrate temperature. XeCl lasers emitting laser light of wavelength 308 nm or ArF lasers emitting laser light of wavelength 193 nm may be used.

또한, 레이저광 조사와 동일한 효과를 발생시킬 수 있는 다른 강광(强光)이 사용될 수도 있다. 특히, 적외광 조사를 이용하는 급속열어닐(RTA) 기술은 규소가 적외광을 선택적으로 흡수하도록 하여, 어닐이 효과적으로 행해질 수 있게 한다. 레이저광 조사는 패터닝 공정전에 행해질 수도 있다.In addition, other strong light may be used which can produce the same effect as laser light irradiation. In particular, rapid thermal annealing (RTA) techniques using infrared light irradiation allow silicon to selectively absorb infrared light, allowing annealing to be effected effectively. Laser light irradiation may be performed before the patterning process.

상기한 열어닐후, 규소막(153)에 결정화된 영역이 형성되었다. 그러나, 결정화되지 않은 영역(도시되지 않음)이 규소막(153)에 잔존할 수도 있다. 결정화된 영역의 결정성은 그후의 레이저 어닐 또는 RTA에 의해 더욱 향상되었다. 따라서, 이 영역은 박막트랜지스터의 활성영역으로서 적합하다. 한편, 결정화되지 않은 영역도 다결정 구조로 전환되었으나, 이 영역에 대한 라만 분광법에 의한 측정결과에서는, 앞서 결정화된 영역에 비하여 결정성이 비교적 불량한 것으로 나타났다. 또한, 투과형 전자현미경에 의한 관찰결과, 레이저 어닐 또는 RTA후의 결정화되지 않은 막에는 무수한 미소결정이 관찰되었으나, 앞서 결정화된 영역에서는 균일하게 배향된 비교적 큰 결정이 관찰되었다. 이것은, 결정화되지 않은 영역이 레이저 어닐 또는 RTA후에도 다수의 결정입계를 가지고 있어, 박막트랜지스터의 활성영역으로서 그다지 적당하지 않다는 것을 의미한다. 따라서, 레이저 어닐 또는 RTA 전 또는 후에, TFT의 활성영역이 될 섬형상 규소영역을 형성하기 위해 상기 결정화되지 않은 영역을 제거하는 것이 바람직하다.After opening, the crystallized region was formed in the silicon film 153. However, an uncrystallized region (not shown) may remain in the silicon film 153. The crystallinity of the crystallized region was further improved by subsequent laser annealing or RTA. Therefore, this region is suitable as an active region of the thin film transistor. On the other hand, the uncrystallized region was also converted into a polycrystalline structure, but the Raman spectroscopy measurement of this region showed relatively poor crystallinity compared to the previously crystallized region. In addition, as a result of observation by a transmission electron microscope, countless microcrystals were observed in the uncrystallized film after laser annealing or RTA, but relatively large crystals uniformly oriented in the previously crystallized region were observed. This means that the uncrystallized region has a large number of grain boundaries even after laser annealing or RTA, which is not very suitable as an active region of the thin film transistor. Therefore, it is preferable to remove the uncrystallized region before or after the laser annealing or RTA to form island silicon regions to be active regions of the TFT.

그 다음, 게이트 절연막(157)을 형성한 후, 규소를 주성분으로 하는 게이트 전극(158A, 158B)을 형성하였다. 그후, 도 14(C)에 나타낸 바와 같이, 이온 도핑법에 의해 불순물을 확산시켜, N형 불순물영역(160A)과 P형 불순물영역(160B)을 형성하였다. 이때, N형 불순물로서는, 예를 들어, 인을 사용하고, 도핑 가스로서 포스핀(PH3)을 사용하여, 60∼110 kV의 가속전압으로 전체 표면에 불순물 도핑을 행하였다. 그후, 포토레지스트로 N채널형 TFT의 영역을 덮고, 도핑 가스로서 디보란(B2H6)을 사용하여 40∼80 kV의 가속전압으로 붕소와 같은 P형 불순물을 도핑하였다.Then, after the gate insulating film 157 was formed, the gate electrodes 158A and 158B mainly containing silicon were formed. Thereafter, as shown in Fig. 14C, the impurities are diffused by the ion doping method to form the N-type impurity region 160A and the P-type impurity region 160B. At this time, as the N-type impurity, for example, phosphorus was used, and phosphine (PH 3 ) was used as the doping gas, and impurity doping was performed on the entire surface at an acceleration voltage of 60 to 110 kV. Thereafter, the region of the N-channel TFT was covered with a photoresist and doped with P-type impurities such as boron at an acceleration voltage of 40 to 80 kV using diborane (B 2 H 6 ) as the doping gas.

이온 도핑후, 레이저광(171)을 조사하여 소스 및 드레인영역을 활성화시켰다. 그 다음, 층간절연물(161)을 형성하고, 그 층간절연물에 콘택트 홀을 형성하여, 소스 및 드레인영역에 금속전극(162A, 162B, 162C)를 형성하여, TFT를 완성하였다.After ion doping, the laser light 171 was irradiated to activate the source and drain regions. Next, an interlayer insulator 161 was formed, contact holes were formed in the interlayer insulator, and metal electrodes 162A, 162B, and 162C were formed in the source and drain regions to complete the TFT.

본 실시예에서는, 결정화를 조장하도록 촉매원소를 도입하였다. 그리하여, 레이저광 조사를 사용한 어닐 공정과 함께, 저온, 단시간의 결정화 공정이 사용되었다. 결정화 공정은 550℃에서 4시간 정도 행해졌다. 이렇게 하여, 양호한 결정성을 가지는 규소막이 얻어질 수 있었고, 그러한 결정성 규소막을 사용하여 고성능의 TFT를 얻을 수 있었다.In this example, a catalytic element was introduced to promote crystallization. Thus, a low temperature, short time crystallization step was used together with the annealing step using laser light irradiation. The crystallization process was performed at 550 degreeC for about 4 hours. In this way, a silicon film having good crystallinity could be obtained, and a high performance TFT could be obtained using such a crystalline silicon film.

더 구체적으로는, 실시예 5에서 얻어진 N채널형 TFT는, 규소 게이트형(도 10)의 경우 40∼60 cm2/Vs의 전계효과 이동도를 가지고, 알루미늄 게이트형(도 11)의 경우 60∼120 cm2/Vs의 전계효과 이동도를 가졌으며, 스레시홀드 전압은 3∼8 V이었다. 그러나, 본 실시예에서 얻어진 N채널형 TFT의 이동도는 150∼200 cm2/Vs이고, 스레시홀드 전압은 0.5∼1.5 V이었다. 따라서, 이동도가 크게 개선되고, 스레시홀드 전압의 변동이 감소되었다.More specifically, the N-channel TFT obtained in Example 5 has a field effect mobility of 40 to 60 cm 2 / Vs for the silicon gate type (FIG. 10), and 60 for the aluminum gate type (FIG. 11). It had a field effect mobility of ˜120 cm 2 / Vs, and the threshold voltage was 3 to 8 V. However, the mobility of the N-channel TFT obtained in this embodiment was 150 to 200 cm 2 / Vs, and the threshold voltage was 0.5 to 1.5 V. Thus, mobility is greatly improved, and variation in threshold voltage is reduced.

지금까지는 이들 특징이 비정질 규소막의 레이저 결정화에 의해서만 얻어질 수 있었다. 종래기술의 레이저 결정화에 있어서는, 얻어진 규소막의 특성이 광범위하게 차이가 있었다. 또한, 결정화에 400℃보다 높은 온도가 필요하였고, 350 mJ/cm2를 초과하는 높은 에너지밀도의 레이저광의 조사가 필요하였다. 따라서 대량생산에 많은 문제가 있었다. 본 실시예에서는, 낮은 기판온도와 낮은 에너지밀도로도 충분하다. 따라서, 아무 어려움 없이 대량생산이 행해질 수 있다. 또한, 특성 편차는, 통상의 열어닐을 사용하는 고상 결정성장법이 사용될 때의 편차에 필적한다. 따라서, 얻어진 TFT는 특성이 균일하다.Until now, these features could only be obtained by laser crystallization of an amorphous silicon film. In the laser crystallization of the prior art, the characteristics of the obtained silicon film varied widely. In addition, crystallization required a temperature higher than 400 ° C., and irradiation of a laser beam of high energy density exceeding 350 mJ / cm 2 was required. Therefore, there were many problems in mass production. In this embodiment, low substrate temperature and low energy density are sufficient. Therefore, mass production can be performed without any difficulty. In addition, the characteristic variation is comparable to the variation when the solid crystal growth method using ordinary openil is used. Therefore, the obtained TFT has a uniform characteristic.

본 발명에서, 니켈농도가 낮으면, 규소막이 충분히 결정화되지 않고, TFT의 특성이 좋지 않다. 그러나, 본 실시예에서는, 규소막의 결정성이 충분히 높지 않을지라도, 레이저광 조사에 의해 결정성이 보충될 수 있으므로, 니켈농도가 낮아도, TFT의 특성이 저하하지 않는다. 따라서, 장치의 활성층영역의 니켈농도가 더욱 낮아질 수 있어, 장치의 전기적 안정성과 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.In the present invention, when the nickel concentration is low, the silicon film is not sufficiently crystallized and the characteristics of the TFT are not good. However, in this embodiment, even though the crystallinity of the silicon film is not sufficiently high, crystallinity can be supplemented by laser light irradiation, so that even if the nickel concentration is low, the characteristics of the TFT do not decrease. Therefore, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further lowered, so that the electrical stability and reliability of the device can be further improved.

[실시예 9]Example 9

본 실시예에서는, 비정질 규소의 결정화를 조장하는 촉매원소가 첨가된 용액을 비정질 규소막에 도포하는 것에 의해, 촉매원소를 비정질 규소막에 도입한다.In this embodiment, the catalyst element is introduced into the amorphous silicon film by applying a solution containing a catalyst element that promotes crystallization of amorphous silicon to the amorphous silicon film.

또한, 본 실시예에서는, 촉매원소가 선택적으로 도입된다. 촉매원소가 도입된 영역으로부터 촉매원소가 도입되지 않은 영역으로 결정이 성장한다. 그리하여, 촉매원소가 저농도로 도프된 결정성 규소막이 얻어진다.In addition, in this embodiment, a catalytic element is selectively introduced. Crystals grow from the region where the catalytic element is introduced to the region where the catalytic element is not introduced. Thus, a crystalline silicon film doped with a low concentration of the catalytic element is obtained.

도 15(A)∼(D)는 본 실시예의 제작공정을 나타낸다. 도 9(A-1)∼(D)에서의 것과 동일한 부분이 동일한 부호로 나타내어졌다.15A to 15D show the fabrication process of this embodiment. The same parts as in Figs. 9 (A-1) to (D) are denoted by the same reference numerals.

먼저, 스퍼터법에 의해 10 cm×10 cm 크기의 유리기판(코닝 7059)(101A)상에 하지막(101B)으로서 산화규소막을 2000 Å의 두께로 형성하고, 그 위에 플라즈마 CVD법에 의해 두께 1000 Å의 비정질 규소막(101)을 형성하였다.First, a silicon oxide film as a base film 101B was formed on the glass substrate (Coring 7059) 101A of 10 cm x 10 cm size by the sputtering method to a thickness of 2000 GPa, and the thickness was 1000 by plasma CVD. An amorphous silicon film 101 was formed.

그후, 두께 2000 Å의 산화규소막(180)을 형성하였다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 산화규소막(180)의 두께가 500 Å일 때라도, 아무런 문제가 생기기 않는 것으로 나타났다. 그 막이 조밀한 경우에는, 막 두께를 더욱 감소시킬 수 있는 것으로 고려된다.Thereafter, a silicon oxide film 180 having a thickness of 2000 GPa was formed. According to the experiments of the present inventors, even when the thickness of the silicon oxide film 180 is 500 kPa, no problem occurs. If the film is dense, it is considered that the film thickness can be further reduced.

산화규소막(180)을 통상의 포토리소그래피법에 의해 소망의 패턴으로 패터닝하고, 산소분위기에서 자외광을 5분간 조사하여, 비정질 규소막(101)의 노출된 표면에 얇은 산화규소막(182)을 형성하였다. 이 산화규소막(182)의 두께는 대략 20∼50 Å인 것으로 생각된다.The silicon oxide film 180 is patterned in a desired pattern by a conventional photolithography method and irradiated with ultraviolet light for 5 minutes in an oxygen atmosphere, and the thin silicon oxide film 182 is exposed on the exposed surface of the amorphous silicon film 101. Formed. The thickness of the silicon oxide film 182 is considered to be approximately 20 to 50 GPa.

이 산화규소막은 후의 공정에서 도포되는 용액의 습윤성을 향상시키기 위한 것이다. 이 상태에서, 10 cm×10 cm의 기판상에 초산염 용액을 5 ml 적하(滴下)하였다. 이 초산염 용액은 100 중량ppm의 니켈을 함유하도록 만들어졌다. 이때, 스피너(184)를 50 rpm의 속도로 회전시켜, 기판의 전체 표면위에 균일한 수막(183)을 형성하였다. 이 상태를 5분간 유지한 후, 스피너(184)를 2000 rpm으로 60초간 회전시켜, 스핀 건조를 행하였다. 스피너를 0∼150 rpm으로 회전시켜 수막을 스피너상에 유지시킬 수도 있다.(도 15(A))This silicon oxide film is for improving the wettability of the solution applied in a later step. In this state, 5 ml of the acetate solution was dripped on the 10 cm x 10 cm board | substrate. This acetate solution was made to contain 100 ppm by weight of nickel. At this time, the spinner 184 was rotated at a speed of 50 rpm to form a uniform water film 183 on the entire surface of the substrate. After maintaining this state for 5 minutes, the spinner 184 was rotated at 2000 rpm for 60 seconds, and spin drying was performed. The water film can also be held on the spinner by rotating the spinner at 0 to 150 rpm (Fig. 15 (A)).

상기한 공정에 의해, 영역(185)에 니켈이 도입된 다음, 300℃∼500℃로 열처리하여, 영역(185)의 표면상에 규화니켈을 형성하였다. 그후, 마스크로서 기능하는 산화규소막(180)을 제거하고, 질소분위기중에서 550℃로 4시간 가열하였다. 이렇게 하여, 비정질 규소막(101)이 결정화되었다. 이때, 니켈이 도입된 영역(185)으로부터 니켈이 도입되지 않은 영역으로 횡방향으로, 즉, 기판에 평행하게 결정이 성장하였다. 물론, 니켈이 직접 도입된 영역에서도 결정화가 일어났다.By the above process, nickel was introduced into the region 185 and then heat treated at 300 ° C to 500 ° C to form nickel silicide on the surface of the region 185. Then, the silicon oxide film 180 which functions as a mask was removed, and it heated at 550 degreeC for 4 hours in nitrogen atmosphere. In this way, the amorphous silicon film 101 was crystallized. At this time, crystals grew laterally, that is, parallel to the substrate, from the region 185 into which nickel was introduced, to the region where nickel was not introduced. Of course, crystallization also occurred in the region where nickel was directly introduced.

다음에, 열처리를 행하여, 영역(185)의 표면에 규화니켈막을 형성하고, 산화규소막(180)을 제거하였다. 또는, 산화규소막(180)을 제거하지 않고 550℃로 4시간 가열하여, 결정화를 행할 수도 있다. 이 경우, 규화니켈막을 형성하는 공정이 필요하지 않다. 산화규소막(180)은 결정화 공정후에 제거될 수 있다.Next, a heat treatment was performed to form a nickel silicide film on the surface of the region 185 to remove the silicon oxide film 180. Alternatively, crystallization may be performed by heating at 550 ° C. for 4 hours without removing the silicon oxide film 180. In this case, a process for forming a nickel silicide film is not necessary. The silicon oxide film 180 may be removed after the crystallization process.

도 15(B)는 결정화가 진행중인 상태를 나타낸다. 즉, 가장자리에 도입된 니켈이 규화니켈로서 중앙부쪽으로 성장하여 간다. 니켈이 통과한 부분(103)은 결정성 규소로 되어 있다. 결정화가 계속 진행하면, 니켈이 도입된 영역(185)을 출발점으로 하여 결정성장하는 두 부분이 만나서, 도 15(C)에 나타낸 바와 같이, 그들 사이에 규화니켈영역(103A)을 남긴다. 그리하여, 결정화과정이 끝난다.15B shows a state in which crystallization is in progress. That is, nickel introduced at the edge grows toward the center as nickel silicide. The portion 103 where nickel has passed is made of crystalline silicon. If crystallization continues, the two parts of crystal growth meet with the region 185 into which nickel is introduced as a starting point, leaving a nickel silicide region 103A therebetween as shown in Fig. 15C. Thus, the crystallization process ends.

상기한 공정에 의해 결정성 규소가 얻어질 수 있었다. 형성된 규화니켈영역(103A)로부터 반도체막으로 니켈이 확산하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 규화니켈영역(103A)을 플루오르화 수소산이나 염산에 의해 에칭하였다. 이 상태를 도 15(D)에 나타내었다. 입계가 있던 부분이 홈(104A)을 형성하였다.Crystalline silicon could be obtained by the above process. It is undesirable to diffuse nickel from the formed nickel silicide region 103A into the semiconductor film. Therefore, the nickel silicide region 103A was etched with hydrofluoric acid or hydrochloric acid. This state is shown in FIG. 15 (D). The part where the grain boundary existed formed the groove 104A.

도 15(C)에서, 결정화가 영역(185)으로부터 영역(186)을 통해 횡방향으로 진행하였다. 영역(186)중의 니켈농도를 도 16에 나타내었다. 이 도면은 결정화 공정을 거친 결정성 규소막의 영역(186)의 두께 방향으로의 니켈의 분포를 나타낸다. 그 분포는 SIMS(이차이온질량분석)법에 의해 측정되었다. 니켈이 직접 도입된 영역(185)에서의 니켈농도는 도 16에 나타내어진 농도보다 적어도 한 자리수 만큼 높은 것이 확인되었다. 이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막을 사용하여, 실시예 5에서와 같은 방법으로 TFT를 제작하였다.In FIG. 15C, crystallization progressed transversely from region 185 through region 186. The nickel concentration in the region 186 is shown in FIG. 16. This figure shows the distribution of nickel in the thickness direction of the region 186 of the crystalline silicon film which has undergone the crystallization process. The distribution was measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry). It was confirmed that the nickel concentration in the region 185 into which nickel was directly introduced is at least one order higher than the concentration shown in FIG. Using the crystalline silicon film thus obtained, a TFT was produced in the same manner as in Example 5.

이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막에 레이저광이나 레이저광과 동등한 강광을 조사하여, 실시예 8에서와 같은 방법으로 결정성을 더욱 효과적으로 향상시켰다. 실시예 8에서는, 규소막중의 니켈농도가 비교적 높아, 레이저광 조사에 의해 니켈이 규소막의 바깥에 퇴적되었다. 0.1∼10 μm 정도의 크기를 가지는 니켈의 입자가 규소막내에 형성되었다. 그 결과, 막의 모오폴로지(morphology)가 나빠졌다. 그러나, 본 실시예에서는, 니켈의 농도가 실시예 5 및 6에서 얻어진 것보다 매우 낮게 될 수 있으므로, 규화니켈이 퇴적되지 않았고, 또한, 막이 레이저광 조사에 의해 거칠어지는 일이 없었다.The crystalline silicon film thus obtained was irradiated with a laser beam or a strong light equivalent to the laser beam, and the crystallinity was more effectively improved in the same manner as in Example 8. In Example 8, the nickel concentration in the silicon film was relatively high, and nickel was deposited on the outside of the silicon film by laser light irradiation. Nickel particles having a size of about 0.1 to 10 탆 were formed in the silicon film. As a result, the morphology of the membranes deteriorated. However, in this embodiment, since the concentration of nickel may be much lower than that obtained in Examples 5 and 6, nickel silicide was not deposited and the film was not roughened by laser light irradiation.

도 16에 나타낸 니켈농도는 용액중의 니켈농도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 본 실시예에서는, 용액중의 니켈농도를 100 ppm으로 설정하였다. 그 농도를 10 ppm으로 하여도, 결정화가 가능하다는 것이 확인되었다. 이 경우, 제 15(C 도에 나타낸 영역(186)중의 니켈농도(도 16)가 한 자리수 만큼 더욱 감소될 수 있다. 그러나, 용액의 니켈농도가 감소되면, 횡방향 결정성장 거리가 짧아진다.The nickel concentration shown in FIG. 16 can be controlled by controlling the nickel concentration in the solution. In this example, the nickel concentration in the solution was set to 100 ppm. It was confirmed that crystallization was possible even when the concentration was 10 ppm. In this case, the nickel concentration (FIG. 16) in the region 186 shown in Fig. 15C can be further reduced by one order, but when the nickel concentration of the solution is reduced, the lateral crystal growth distance becomes short.

상기한 바와 같이 결정화된 규소막은 TFT의 활성층으로서 직접 사용될 수 있다. 특히, 영역(186)을 사용하여 TFT의 활성층을 형성하는 것은 촉매원소의 농도가 낮다는 점에서 매우 유용하다.The silicon film crystallized as described above can be used directly as the active layer of the TFT. In particular, forming the active layer of the TFT using the region 186 is very useful in that the concentration of the catalyst element is low.

본 실시예에서는, 촉매원소를 함유하는 용액으로서 초산염 용액이 사용되었다. 이 용액은 각종 수용액, 유기용매 등으로부터 선택될 수 있다. 촉매원소의 형태는 화합물에 한정되지 않는다. 촉매원소는 용액에 단순히 분산되어도 좋다.In this example, an acetate solution was used as a solution containing a catalytic element. This solution can be selected from various aqueous solutions, organic solvents, and the like. The form of the catalytic element is not limited to the compound. The catalytic element may simply be dispersed in the solution.

니켈이 촉매로서 사용되고, 물, 알코올, 산 또는 암모니아와 같은 극성 용매에 함유되는 경우, 니켈은 니켈화합물로서 도입된다. 그 니켈화합물의 대표적인 예로서는, 취화니켈, 초산니켈, 수산니켈, 탄산니켈, 염화니켈, 옥화니켈, 질산니켈, 황산니켈, 개미산니켈, 니켈 아세틸아세토네이트, 4-시클로헥실 낙산니켈, 산화니켈, 수산화니켈을 들 수 있다.When nickel is used as a catalyst and contained in a polar solvent such as water, alcohol, acid or ammonia, nickel is introduced as a nickel compound. Representative examples of the nickel compound include nickel embrittlement, nickel acetate, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel chloride, nickel oxide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, 4-cyclohexyl butyrate nickel, nickel oxide and hydroxide Nickel may be mentioned.

용매는, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 사염화탄소, 클로로포름으로부터 선택될 수도 있다.The solvent may be selected from, for example, benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform.

이 경우, 니켈은 니켈화합물의 형태로 도입된다. 그 니켈화합물의 대표적인 예로서는, 니켈 아세틸아세토네이트 및 2-에틸헥산산 니켈이 있다.In this case, nickel is introduced in the form of a nickel compound. Representative examples of the nickel compound include nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanoate.

또한, 촉매원소를 함유하는 용액에 계면활성제를 첨가하는 것이 유리하다. 이것은 피도포면에 대한 밀착성을 향상시키고 흡착성을 제어한다. 이 계면활성제는 피도포면에 미리 도포될 수 있다. 니켈 단체가 촉매원소로서 사용되는 경우, 니켈 단체를 산에 용해시켜 용액을 만드는 것이 필요하다.It is also advantageous to add a surfactant to the solution containing the catalytic element. This improves the adhesion to the surface to be coated and controls the adsorption property. This surfactant may be applied in advance to the surface to be coated. When nickel alone is used as the catalytic element, it is necessary to dissolve the nickel alone in an acid to make a solution.

상기한 예에서, 니켈이나 촉매원소가 완전히 용해된 용액이 사용되었으나, 니켈을 완전히 용해시키는 것이 항상 필요한 것은 아니다. 이 경우, 니켈 단체나 니켈화합물의 분말이 균일하게 분산된 매체를 포함하는 에멀션과 같은 재료가 사용될 수 있다. 또한, 산화물막을 형성하는데 사용되는 용액이 이용될 수도 있다. 도쿄 오카 코교 가부시키가이샤에서 제조된 OCD(Ohka diffusion source)가 용액으로서 사용될 수 있다. 이 OCD 용액이 사용되는 경우, 그 용액을 피도포면에 도포한 다음, 약 200℃에서 소성한다. 그리하여, 산화규소막이 쉽게 형성될 수 있다. 또한, 의도대로 불순물을 첨가할 수 있기 때문에, 어떤 불순물도 사용될 수 있다.In the above example, a solution in which nickel or a catalytic element is completely dissolved is used, but it is not always necessary to completely dissolve nickel. In this case, a material such as an emulsion containing a medium in which nickel alone or a powder of nickel compound is uniformly dispersed may be used. Also, a solution used to form an oxide film may be used. Ohka diffusion source (OCD) manufactured by Tokyo Okagyo Co., Ltd. can be used as a solution. When this OCD solution is used, the solution is applied to the surface to be coated and then fired at about 200 ° C. Thus, the silicon oxide film can be easily formed. In addition, any impurities may be used since the impurities may be added as intended.

이 원리는 니켈 이외의 다른 물질이 촉매원소로서 사용되는 경우에도 적용된다. 2-에틸헥산산 니켈의 톨루엔 용액과 같은 무극성 용매가 사용되는 경우, 이것은 비정질 규소막의 표면에 직접 도포될 수 있다. 이 경우, 레지스트 도포에 사용되는 밀착제와 같은 재료를 미리 도포하는 것이 유리하다. 그러나, 도포량이 너무 많으면, 비정질 규소막에의 촉매원소의 도입이 방해된다.This principle also applies when materials other than nickel are used as catalyst elements. When a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate is used, it can be applied directly to the surface of the amorphous silicon film. In this case, it is advantageous to apply in advance a material such as an adhesive used for applying the resist. However, if the coating amount is too large, introduction of the catalyst element into the amorphous silicon film is prevented.

용액에 함유된 촉매원소의 양은 용액의 종류에 의존한다. 대략, 니켈 중량 대 용액 중량의 비는 200 대 1 ppm, 바람직하게는, 50 대 1 ppm인데, 이 범위는 결정화 완료후의 막중의 니켈농도 및 플루오르화 수소산에 대한 저항성을 고려하여 결정된다.The amount of catalytic element contained in the solution depends on the type of solution. Approximately, the ratio of nickel weight to solution weight is 200 to 1 ppm, preferably 50 to 1 ppm, and this range is determined in consideration of the nickel concentration in the film after the completion of crystallization and resistance to hydrofluoric acid.

본 실시예에서는, 촉매원소를 함유하는 용액이 비정질 규소막의 상면에 도포되었으나, 비정질 규소막의 형성전에, 촉매원소를 함유하는 용액을 하지막에 도포할 수도 있다.In this embodiment, the solution containing the catalyst element was applied to the upper surface of the amorphous silicon film. However, the solution containing the catalyst element may be applied to the underlying film before the amorphous silicon film is formed.

[실시예 10]Example 10

코닝 7059 유리 기판상에 니켈막을 형성하고, 니켈막을 촉매로 하여 비정질 규소막을 결정화시켜, 결정성 규소막을 얻는 방법을 도 17(A)∼(C)에 의거하여 설명한다. 기판(201)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(202)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 스퍼터링법에 의해 두께 1000 Å 이하, 예를 들어, 50 Å의 니켈막(203)을 퇴적하였다. 두께가 100 Å 이하인 니켈막은 막이라기 보다는 입자 또는 다수의 입자들이 합체된 클러스터로 설명되는 형태이다. 니켈막의 성막시에는 기판을 100∼500℃, 바람직하게는, 180∼250℃로 가열하면, 양호한 결과가 얻어진다. 이것은 하지 산화규소막과 니켈막과의 밀착성이 향상되기 때문이다. 니켈 대신에, 규화니켈이 사용될 수도 있다.(도 17(A))A method of obtaining a crystalline silicon film by forming a nickel film on a Corning 7059 glass substrate, crystallizing an amorphous silicon film using the nickel film as a catalyst, and a crystalline silicon film will be described with reference to FIGS. 17A to 17C. A base silicon oxide film 202 having a thickness of 2000 GPa is formed on the substrate 201 by the plasma CVD method, and a nickel film 203 having a thickness of 1000 GPa or less, for example, 50 GPa, is formed thereon by the sputtering method. Deposited. Nickel film having a thickness of 100 GPa or less is a form described by particles or clusters in which a plurality of particles are coalesced rather than a film. When the nickel film is formed, when the substrate is heated to 100 to 500 ° C, preferably 180 to 250 ° C, good results are obtained. This is because the adhesion between the underlying silicon oxide film and the nickel film is improved. Instead of nickel, nickel silicide may be used (Fig. 17 (A)).

그후, 플라즈마 CVD법에 의해 두께 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 비정질 규소막(204)을 퇴적하고, 질소분위기중에서 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 수소 퍼징(purging)을 행하였다.(도 17(B))Thereafter, an amorphous silicon film 204 having a thickness of 500 to 3000 mV, for example, 1500 mV, is deposited by plasma CVD method, and hydrogen purging is performed at 430 ° C for 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hour in a nitrogen atmosphere. purging) (FIG. 17 (B)).

다음에, 이것을 어닐로(爐)에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 8시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 17(C)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막(입자, 클러스터)으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(205)이 비정질 영역(204A)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.Next, this was annealed in an anneal furnace at 450 to 580 ° C, for example, 550 ° C for 8 hours in a nitrogen atmosphere. 17C shows that in the intermediate state of annealing, crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film (particles and clusters), and the crystalline silicon region 205 is expanded into the amorphous region 204A. It looks thin.

결정화 완료후, 온도를 400∼600℃, 예를 들어, 550℃로 유지하고, 트리클로로에틸렌(C2HCl3)을 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 10%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.1∼2시간, 예를 들어, 1시간 어닐을 행하였다. 이렇게 하여 염화처리된 것을 2차이온질량분석법(SIMS)에 의해 분석했을 때, 규소막중의 니켈농도는 0.01 원자%이었다. 상기 염화처리를 하지 않은 것에서의 니켈농도는 5 원자%이었다.After crystallization is completed, the temperature is maintained at 400 to 600 ° C., for example 550 ° C., and trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) is diluted to 1 to 10%, for example 10%, with hydrogen or oxygen, It was introduced into an anneal and annealed for 0.1 to 2 hours, for example 1 hour. When the chlorinated material was analyzed in this way by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the nickel concentration in the silicon film was 0.01 atomic%. Nickel concentration in the unchlorinated process was 5 atomic%.

[실시예 11]Example 11

본 실시예를 도 18(A) 및 (B)에 나타낸다. 코닝 7059 유리 기판(201)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(202)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 두께 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 비정질 규소막(204)을 플라즈마 CVD법에 의해 퇴적하고, 질소분위기중에서 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 수소 퍼징이 행하였다.This example is shown in Figs. 18A and 18B. A base silicon oxide film 202 having a thickness of 2000 GPa was formed on the Corning 7059 glass substrate 201 by plasma CVD, and thereafter, an amorphous silicon film 204 having a thickness of 500 to 3000 GPa, for example, 1500 GPa, was formed thereon. Was deposited by plasma CVD, and hydrogen purging was carried out at 430 ° C. for 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours in a nitrogen atmosphere.

그후, 스퍼터링법에 의해 두께 1000 Å 이하, 예를 들어, 80 Å의 니켈막(203)을 퇴적하였다. 두께가 100 Å 이하인 니켈막은 막이라기보다는 입자 또는 다수의 입자가 합체된 클러스터로 설명되는 형태이다. 니켈막의 성막시에는, 기판을 100∼500℃, 바람직하게는, 180∼250℃로 가열하면 양호한 결과가 얻어진다. 이것은 하지 산화규소막과 니켈막과의 밀착성이 향상되기 때문이다. 니켈 대신에, 규화니켈이 사용될 수도 있다.(도 18(A))Thereafter, a nickel film 203 having a thickness of 1000 GPa or less, for example, 80 GPa, was deposited by the sputtering method. Nickel films having a thickness of 100 GPa or less have a form described by particles or clusters in which a plurality of particles are coalesced rather than a film. When the nickel film is formed, favorable results are obtained by heating the substrate to 100 to 500 ° C, preferably 180 to 250 ° C. This is because the adhesion between the underlying silicon oxide film and the nickel film is improved. Instead of nickel, nickel silicide may be used (Fig. 18 (A)).

다음에, 이것을 어닐로에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 18(B)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막(입자, 클러스터)으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(205)이 비정질 영역(204A)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.This was then annealed in an nitrogen atmosphere at 450-580 ° C., for example at 550 ° C. for 4 hours. 18 (B) shows that in the intermediate state of annealing, crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film (particles and clusters), and the crystalline silicon region 205 expands into the amorphous region 204A. It looks thin.

결정화 완료후, 온도를 400∼600℃, 예를 들어, 580℃로 유지하고, 트리클로로 에틸렌(C2HCl3)을 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 5%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 어닐을 행하였다.After crystallization is complete, the temperature is maintained at 400-600 ° C., for example 580 ° C., and trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) is diluted 1-10%, for example 5%, with hydrogen or oxygen, It was introduced into an anneal and annealed for 0.1 to 2 hours, for example 0.5 hours.

[실시예 12]Example 12

본 실시예를 도 19(A)∼(E)에 나타낸다. 코닝 7059 유리 기판(231)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(232)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 두께 1000 Å 이하, 예를 들어, 80 Å의 니켈막(233)을 스퍼터링법에 의해 퇴적하였다.(도 19(A))This embodiment is shown in Figs. 19A to 19E. A 2000 nm thick silicon oxide film 232 was formed on the Corning 7059 glass substrate 231 by plasma CVD, and thereafter, a nickel film 233 having a thickness of 1000 GPa or less, for example, 80 GPa was sputtered thereon. It was deposited by law (Fig. 19 (A)).

그 다음, 전체 표면에 포토레지스트를 도포하고, 공지의 포토리소그래피법을 사용하여, 레지스트 패턴(234)을 형성하였다.(도 19(B))Then, photoresist was applied to the entire surface, and a resist pattern 234 was formed using a known photolithography method (Fig. 19 (B)).

다음에, 이것을 적당한 에천트(etchant), 예를 들어, 5∼30% 염산용액에 담가서, 니켈막의 노출부분을 제거하였다. 규화니켈을 사용한 경우에도, 동일한 방법으로 막을 제거할 수 있다.(도 19(C))This was then immersed in a suitable etchant, for example 5-30% hydrochloric acid solution, to remove the exposed portion of the nickel film. Even when nickel silicide is used, the film can be removed in the same manner (FIG. 19 (C)).

그후, 포토레지스트를 공지의 방법으로 제거하고, 니켈막 패턴(235)을 형성하였다.(도 19(D))Thereafter, the photoresist was removed by a known method to form a nickel film pattern 235. (Fig. 19 (D))

그후, 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 규소막을 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 두께로 퇴적하고, 질소분위기중에서 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 수소 퍼징을 행하였다. 다음에, 이것을 어닐로에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 19(E)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막 패턴으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(236)이 비정질 영역(237)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.Thereafter, an amorphous silicon film was deposited to a thickness of 500 to 3000 Pa, for example, 1500 Pa, by plasma CVD, and hydrogen purging was performed at 430 ° C for 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours in a nitrogen atmosphere. This was then annealed in an nitrogen atmosphere at 450-580 ° C., for example at 550 ° C. for 4 hours. FIG. 19E shows a state in which crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film pattern in the intermediate state of the annealing, and the crystalline silicon region 236 enlarges into the amorphous region 237. .

결정화 완료후, 온도를 400∼600℃, 예를 들어, 580℃로 유지하고, 염화수소(HCl)를 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 10%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 어닐을 행하였다. 이렇게 하여 염화처리된 것을 2차이온질량분석법(SIMS)에 의해 분석했을 때, 규소막중의 니켈농도는 5∼10 ppm이었다. 상기 염화처리를 행하지 않은 것에서의 니켈농도는 1 원자%이었다.After crystallization is complete, the temperature is maintained at 400-600 ° C., for example 580 ° C., and hydrogen chloride (HCl) is diluted to 1-10%, for example 10%, with hydrogen or oxygen and introduced into the annealing system. For 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours. When the chlorinated material was analyzed in this way by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the nickel concentration in the silicon film was 5-10 ppm. Nickel concentration in the absence of the chlorination treatment was 1 atomic%.

[실시예 13]Example 13

본 실시예를 도 20(A)∼(E)에 나타낸다. 코닝 7059 유리 기판(241)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(242)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하고, 그 위에 두께 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 비정질 규소막(243)을 플라즈마 CVD법에 의해 퇴적한 다음, 스퍼터링법에 의해 두께 1000 Å 이하, 예를 들어, 80 Å의 니켈막(244)을 형성하였다.(도 20(A))This embodiment is shown in Figs. 20A to 20E. An underlying silicon oxide film 242 having a thickness of 2000 GPa was formed on the Corning 7059 glass substrate 241 by a plasma CVD method, and an amorphous silicon film 243 having a thickness of 500 to 3000 GPa, for example, 1500 GPa, was formed thereon. Was deposited by the plasma CVD method, and then a nickel film 244 having a thickness of 1000 GPa or less, for example, 80 GPa, was formed by the sputtering method (FIG. 20 (A)).

다음에, 전체 표면에 포토레지스트를 도포하고, 공지의 포토리소그래피법을 사용하여, 레지스트 패턴(245)을 형성하였다.(도 20(B))Next, a photoresist was applied to the entire surface, and a resist pattern 245 was formed using a known photolithography method (Fig. 20 (B)).

그리고 이것을 적당한 에천트, 예를 들어, 5∼30% 염산용액에 담가서, 니켈막의 노출부분을 제거하였다.(도 20(C))This was then immersed in a suitable etchant, for example, 5-30% hydrochloric acid solution to remove the exposed portion of the nickel film. (Fig. 20 (C)).

그 다음, 포토레지스트를 공지의 방법으로 제거하고, 니켈막 패턴(246)을 형성하였다.(도 20(D))Then, the photoresist was removed by a known method to form a nickel film pattern 246. (Fig. 20 (D))

그후, 질소분위기중에서 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 수소 퍼징을 행하였다. 그 다음, 이것을 어닐로에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 20(E)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막 패턴으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(247)이 비정질 영역(248)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.Thereafter, hydrogen purging was carried out at 430 ° C for 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours in a nitrogen atmosphere. This was then annealed in a nitrogen atmosphere at 450-580 ° C., for example 550 ° C., for 4 hours in an anneal furnace. FIG. 20E shows a state in which crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film pattern in the intermediate state of the annealing, and the crystalline silicon region 247 expands into the amorphous region 248. .

결정화 완료후, 온도를 400∼600℃, 예를 들어, 580℃로 유지하고, 트리클로로에틸렌(C2HCl3)을 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 5%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 어닐을 행하였다. 이렇게 하여 염화처리된 것을 2차이온질량분석법(SIMS)으로 분석했을 때, 규소막중의 니켈농도는 5∼10 ppm이었다. 상기 염화처리를 행하지 않은 것에서의 니켈농도는 0.1∼1 원자%이었다.After crystallization is complete, the temperature is maintained at 400-600 ° C., for example 580 ° C., and trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) is diluted 1-10%, for example 5%, with hydrogen or oxygen, It was introduced into an anneal and annealed for 0.1 to 2 hours, for example 0.5 hours. When the chlorinated material was analyzed in this way by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the nickel concentration in the silicon film was 5-10 ppm. The nickel concentration in the thing which did not perform the said chlorination process was 0.1-1 atomic%.

[실시예 14]Example 14

본 실시예를 도 21(A)∼(D)에 나타낸다. 코닝 7059 유리 기판(251)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(252)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 다음, 전체 표면에 포토레지스트를 도포하고, 공지의 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트 패턴(253)을 형성하였다.(도 21(A))This embodiment is shown in Figs. 21A to 21D. A 2000 nm thick silicon oxide film 252 was formed on the Corning 7059 glass substrate 251 by plasma CVD, and then a photoresist was applied to the entire surface, and a resist pattern ( 253) (FIG. 21 (A)).

그후, 스퍼터링법에 의해 두께 80 Å의 니켈막(254)을 퇴적하였다.(도 21(B))Thereafter, a nickel film 254 having a thickness of 80 kPa was deposited by sputtering. (Fig. 21 (B))

그 다음, 포토레지스트를 공지의 방법으로 제거하고, 포토레지스트 위에 부착하여 있는 니켈막도 동시에 제거하여, 니켈막 패턴(255)을 형성하였다.(도 21(C))Then, the photoresist was removed by a known method, and the nickel film deposited on the photoresist was also removed at the same time to form a nickel film pattern 255. (Fig. 21 (C))

그후, 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 규소막을 1000 Å의 두께로 퇴적하였다. 수소 퍼징은 행하지 않았다. 다음에, 이것을 어닐로에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 21(E)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막 패턴으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(256)이 비정질 영역(257)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.Thereafter, an amorphous silicon film was deposited to a thickness of 1000 GPa by plasma CVD. Hydrogen purging was not performed. This was then annealed in an nitrogen atmosphere at 450-580 ° C., for example at 550 ° C. for 4 hours. FIG. 21E shows a state in which the crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film pattern in the intermediate state of the annealing, and the crystalline silicon region 256 expands into the amorphous region 257. .

결정화 완료후, 온도를 550℃로 유지하고, 트리클로로에틸렌(C2HCl3)을 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 5%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.5시간 어닐을 행하였다.After crystallization is complete, the temperature is maintained at 550 ° C., and trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) is diluted 1-10%, for example 5%, with hydrogen or oxygen, introduced into the anneal, and annealed for 0.5 hours. Was performed.

[실시예 15]Example 15

본 실시예를 도 22(A)∼(D)에 나타낸다. 코닝 7059 유리 기판(261)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(262)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 후, 그 위에 두께 500 Å의 비정질 규소막(263)을 플라즈마 CVD법에 의해 퇴적하였다. 수소 퍼징은 행하지 않았다. 그 다음, 전체 표면에 포토레지스트를 도포하고, 공지의 포토리소그래피법으로 레지스트 패턴(264)을 형성하였다.(도 22(A))This embodiment is shown in Figs. 22 (A) to (D). A 2000 nm thick underlying silicon oxide film 262 was formed on a Corning 7059 glass substrate 261 by plasma CVD, and thereafter a 500 nm thick amorphous silicon film 263 was deposited thereon by plasma CVD. . Hydrogen purging was not performed. Then, photoresist was applied to the entire surface, and a resist pattern 264 was formed by a known photolithography method (Fig. 22 (A)).

그 다음, 전자 비임 증착법에 의해 니켈막(265)을 약 100 Å의 두께로 형성하였다.(도 22(B))Then, a nickel film 265 was formed to a thickness of about 100 GPa by the electron beam deposition method (Fig. 22 (B)).

그 다음, 포토레지스트를 공지의 방법으로 제거하고, 레지스트 위에 부착하여 있는 니켈막도 동시에 제거하여, 니켈막 패턴(266)을 형성하였다.(도 22(C))Then, the photoresist was removed by a known method, and the nickel film deposited on the resist was also removed at the same time to form a nickel film pattern 266. (Fig. 22 (C))

다음에, 이것을 어닐로에서 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 22(D)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막 패턴으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(267)이 비정질 영역(268)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.Next, it was annealed at 550 ° C. in an annealer for 4 hours in a nitrogen atmosphere. FIG. 22D shows a state in which the crystallization proceeds as nickel diffuses from the previously formed nickel film pattern in the intermediate state of the annealing, and the crystalline silicon region 267 expands into the amorphous region 268. .

결정화가 완료된 후에, 온도를 500℃로 유지하고, 염화수소(HCl)를 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 1%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.5 시간 어닐을 행하였다.After crystallization was completed, the temperature was maintained at 500 ° C., and hydrogen chloride (HCl) was diluted to 1 to 10%, for example, 1% with hydrogen or oxygen, introduced into an anneal, and annealed for 0.5 hours.

[실시예 16]Example 16

본 실시예는, 비정질 규소막의 결정화를 조장하는 촉매원소를 비정질 규소막에 도입하고, 가열에 의해 결정화를 행하는 공정과, 그 공정후에, 레이저광의 조사에 의해 결정성을 더욱 향상시키는 공정에 의해, 양호한 결정성을 가지는 결정성 규소막을 얻는 예이다.In this embodiment, a catalyst element that promotes crystallization of an amorphous silicon film is introduced into an amorphous silicon film, and crystallization is performed by heating, and after the step, a step of further improving crystallinity by irradiation with a laser beam, It is an example of obtaining the crystalline silicon film which has favorable crystallinity.

본 실시예의 제작공정을 도 23(A)∼(C)에 의거하여 설명한다. 먼저, 기판(201)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(202)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 다음, 그 위에 스퍼터링법에 의해 두께 1000 Å 이하, 예를 들어, 두께 50 Å의 니켈막(203)을 퇴적하였다. 두께가 100 Å 이하인 니켈막은 막이라기보다는 입자 또는 다수의 입자가 합체된 클러스터로 설명되는 형태이다. 니켈막의 성막시에는, 기판을 100∼500℃, 바람직하게는, 180∼250℃로 가열했을 때, 양호한 결과가 얻어졌다. 이것은 하지 산화규소막과 니켈막과의 밀착성이 향상되기 때문이다. 니켈 대신에, 규화니켈이 사용될 수도 있다.(도 23(A))The manufacturing process of this embodiment is demonstrated based on FIG. 23 (A)-(C). First, a base silicon oxide film 202 having a thickness of 2000 GPa is formed on the substrate 201 by plasma CVD, and thereafter, a nickel film having a thickness of 1000 GPa or less, for example, 50 GPa, by sputtering thereon. (203) was deposited. Nickel films having a thickness of 100 GPa or less have a form described by particles or clusters in which a plurality of particles are coalesced rather than a film. At the time of film-forming of a nickel film, when a board | substrate was heated at 100-500 degreeC, Preferably it is 180-250 degreeC, favorable result was obtained. This is because the adhesion between the underlying silicon oxide film and the nickel film is improved. Instead of nickel, nickel silicide may be used (Fig. 23 (A)).

그후, 플라즈마 CVD법에 의해 두께 500∼3000 Å, 예를 들어, 1500 Å의 비정질 규소막(204)을 퇴적하고, 질소분위기중에서 430℃로 0.1∼2시간, 예를 들어, 0.5시간 수소 퍼징을 행하였다.(도 23(B))Thereafter, an amorphous silicon film 204 having a thickness of 500 to 3000 mm 3, for example 1500 mm 3, is deposited by plasma CVD, and hydrogen purging is carried out at 430 ° C. for 0.1 to 2 hours, for example, 0.5 hours in a nitrogen atmosphere. (FIG. 23 (B)).

다음에, 이것을 어닐로에서 450∼580℃, 예를 들어, 550℃로 8시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 도 23(C)는, 어닐의 중간상태에서, 앞서 형성된 니켈막(입자, 클러스터)으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(205)이 비정질 영역(204A)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.This was then annealed in an anneal furnace at 450-580 ° C., for example 550 ° C., for 8 hours in a nitrogen atmosphere. 23C shows that in the intermediate state of annealing, crystallization progresses as nickel diffuses from the previously formed nickel film (particles and clusters), and the crystalline silicon region 205 is expanded into the amorphous region 204A. It looks thin.

열어닐을 완료한 후, 레이저광(271)의 조사에 의한 어닐을 행하였다. 레이저광으로서는, KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm, 펄스폭 20 nsec)을 사용하였다. 레이저광을 250 mJ/cm2의 에너지밀도로 1개소당 2 쇼트 조사하였다. 레이저광 조사시에 기판을 300℃로 가열하였다. 이것은 레이저광 조사의 효과를 증가시킨다.After completion of the open anneal, annealing by irradiation of the laser light 271 was performed. As the laser light, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was used. The laser beam was irradiated with 2 shots per place at an energy density of 250 mJ / cm 2 . The substrate was heated to 300 ° C. at the time of laser light irradiation. This increases the effect of laser light irradiation.

레이저광으로서는, XeCl 엑시머 레이저(파장 308 nm) 또는 ArF 엑시머 레이저(파장 193 nm) 등이 사용될 수도 있다. 또는, 레이저광과 동등한 강광을 사용할 수도 있다. 특히, 적외광을 단시간 조사하는 RTA(급속열어닐)은 단시간에 규소막을 선택적으로 가열할 수 있다는 장점을 가진다.As the laser light, an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), or the like may be used. Alternatively, strong light equivalent to laser light may be used. In particular, RTA (Rapid Heat Annealing) for irradiating infrared light for a short time has an advantage that the silicon film can be selectively heated in a short time.

레이저광 조사에 의한 어닐의 완료후에, 온도를 400∼600℃, 예를 들어, 550℃를 유지하고, 트리클로로에틸렌(C2HCl3)을 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 10%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.1∼2시간, 예를 들어, 1시간 어닐을 행하였다. 이렇게 하여, 결정성 규소막을 얻을 수 있었다.After completion of the annealing by laser light irradiation, the temperature is maintained at 400 to 600 ° C., for example, 550 ° C., and trichloroethylene (C 2 HCl 3 ) is 1 to 10%, for example, with hydrogen or oxygen. Dilution was carried out at 10%, introduced into an anneal, and annealed for 0.1 to 2 hours, for example, 1 hour. In this way, a crystalline silicon film was obtained.

이렇게 하여 염화처리된 것을 2차이온질량분석법(SIMS)에 의해 분석하였을 때, 규소막중의 니켈농도는 1×1018cm-3이었다. 상기 염화처리를 하지 않은 것에서의 니켈농도는 1×1019cm-3이었다.When the chlorinated product was analyzed in this way by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the nickel concentration in the silicon film was 1 × 10 18 cm -3 . Nickel concentration in the absence of the chlorination was 1 × 10 19 cm −3 .

상기한 방식으로 양호한 결정성을 갖는 규소막을 얻을 수 있다. 이 처리를 행한 결과, 열어닐에 의해 결정화된 영역(205)은 양호한 결정성의 규소막이 되었다. 한편, 레이저광 조사의 결과, 결정화되지 않은 영역(204A)에서도 다결정 막이 얻어지고, 막질의 변화가 관찰되었지만, 이 영역에서의 결정성은 양호하지 않다는 것이 라만 분광법에 의해 밝혀졌다. 또한, 투과형 전자현미경으로 관찰한 결과, 아직 결정화되지 않은 상태에서 레이저광을 조사하여 결정화시킨 영역(204A)에는 무수히 작은 결정이 형성된 반면에, 이미 결정화된 후에 레이저광을 조사한 영역(205)에서는, 동일한 방향으로 정렬된 비교적 큰 결정들이 관찰되었다.In the above manner, a silicon film having good crystallinity can be obtained. As a result of this treatment, the region 205 crystallized by open annealed became a favorable crystalline silicon film. On the other hand, as a result of laser light irradiation, a polycrystalline film was obtained even in the uncrystallized region 204A, and a change in film quality was observed, but it was found by Raman spectroscopy that the crystallinity in this region was not good. In addition, as a result of observing with a transmission electron microscope, a myriad of small crystals were formed in the region 204A irradiated with laser light in the state that has not yet crystallized, whereas in the region 205 irradiated with laser light after crystallization, Relatively large crystals aligned in the same direction were observed.

이렇게 하여 얻어진 결정성 규소막을 섬형상으로 형성하고 TFT를 제작한 때, 성능의 현저한 향상이 관찰되었다. 즉, 상기한 실시예 1에 따라 결정화된 규소막을 사용하여 제작된 N채널형 TFT에서는, 전계효과 이동도가 40∼60 cm2/Vs이고, 스레시홀드 전압이 3∼8 V인 반면에, 정확히 동일한 방법으로 제작되었지만 본 실시예에 의해 얻어진 규소막을 사용하여 제작된 N채널형 TFT에서는, 이동도가 150∼200 cm2/Vs이고, 스레시홀드 전압이 0.5∼1.5 V이었다. 이동도는 크게 개선되고, 스레시홀드 전압의 편차가 감소되었다.When the crystalline silicon film thus obtained was formed in an island shape and a TFT was produced, a marked improvement in performance was observed. That is, in the N-channel TFT fabricated using the silicon film crystallized in accordance with Example 1, the field effect mobility is 40 to 60 cm 2 / Vs, while the threshold voltage is 3 to 8 V, In the N-channel TFT fabricated using the silicon film obtained according to the present embodiment although manufactured in exactly the same manner, the mobility was 150 to 200 cm 2 / Vs and the threshold voltage was 0.5 to 1.5 V. FIG. Mobility is greatly improved and variation in threshold voltage is reduced.

종래에는, 레이저 결정화만으로 비정질 규소막을 결정화시켜, 이러한 종류의 성능을 얻을 수 있었지만, 종래의 레이저 결정화에서는, 얻어진 규소막의 특성에 넓은 편차가 있었고, 400℃ 이상의 온도와 350 mJ/cm2이상의 높은 에너지밀도의 레이저광의 조사가 결정화에 필요하였기 때문에 대량생산이 불량한 문제가 있었다. 이 점에 관하여, 본 실시예에서는, 기판온도 및 에너지밀도가 상기 값들보다 낮은 값에서도 만족스럽기 때문에, 대량생산에 관하여 어떠한 문제도 없었다. 또한, 특성의 편차가 종래의 열어닐에 의한 고상 결정성장에서의 것과 대략 동일하기 때문에, 얻어진 TFT도 균일한 특성을 가졌다.Conventionally, this type of performance has been obtained by crystallizing an amorphous silicon film only by laser crystallization. In conventional laser crystallization, there was a wide variation in the characteristics of the silicon film obtained, and the temperature of 400 ° C or higher and high energy of 350 mJ / cm 2 or higher. Since the irradiation of the laser light of density was necessary for crystallization, there was a problem that mass production was poor. In this regard, in this embodiment, since the substrate temperature and the energy density are satisfactory even at values lower than the above values, there is no problem regarding mass production. In addition, since the variation in the characteristics was approximately the same as that in the solid crystal growth by conventional open annealing, the obtained TFT also had uniform characteristics.

본 발명에서, 니켈농도가 너무 낮으면, 규소막의 결정화가 만족스럽지 못하고, 얻어진 TFT의 특성이 양호하지 않다. 그러나, 본 실시예에서는, 규소막의 결정성이 만족스럽지 못할지라도, 그후의 레이저광 조사에 의해 결정성이 보충될 수 있기 때문에, 니켈농도가 낮을지라도, TFT의 특성의 저하가 없었다. 그 결과, 장치의 활성층 영역에서의 니켈농도를 더욱 감소시킬 수 있고, 장치의 전기적 안정성 및 신뢰성이 아주 좋은 구조가 채택될 수 있다.In the present invention, when the nickel concentration is too low, the crystallization of the silicon film is not satisfactory, and the characteristics of the TFT obtained are not good. However, in this embodiment, even if the crystallinity of the silicon film is not satisfactory, the crystallinity can be supplemented by subsequent laser light irradiation, so that even if the nickel concentration is low, there is no deterioration in the characteristics of the TFT. As a result, the nickel concentration in the active layer region of the device can be further reduced, and a structure with very good electrical stability and reliability of the device can be adopted.

[실시예 17]Example 17

본 실시예는 촉매원소로서 기능하는 니켈이 액상으로 도입되는 예에 관한 것이다. 본 실시예를 도 24(A)∼(C)에 의거하여 아래에 설명한다.This embodiment relates to an example in which nickel, which functions as a catalyst element, is introduced into a liquid phase. This embodiment is described below based on Figs. 24A to 24C.

먼저, 10 cm×10 cm 크기의 코닝 7059 유리 기판(281)상에 두께 2000 Å의 하지 산화규소막(286)을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 후, 그 위에 비정질 규소막(283)을 플라즈마 CVD법에 의해 500 Å의 두께로 퇴적하였다. 그 다음, 전체 표면에 두께 1500 Å의 산화규소막을 형성하고, 공지의 포토리소그래피법을 사용하여 마스크 패턴(284)을 형성하였다. 산화규소막으로 된 이 마스크 패턴(284)은 니켈을 선택적으로 도입하기 위한 것이다. 마스크 패턴으로서는, 산화규소 대신에, 레지스트를 사용할 수도 있다.First, a base silicon oxide film 286 having a thickness of 2000 상 에 was formed by plasma CVD on a Corning 7059 glass substrate 281 having a size of 10 cm x 10 cm, and then an amorphous silicon film 283 was formed thereon by plasma CVD. It deposited by the thickness of 500 mm by the method. Then, a silicon oxide film having a thickness of 1500 kPa was formed on the entire surface, and a mask pattern 284 was formed using a known photolithography method. This mask pattern 284 made of a silicon oxide film is for selectively introducing nickel. As the mask pattern, a resist may be used instead of silicon oxide.

다음에, 산소분위기에서 자외광을 조사함으로써 얇은 산화규소막(282)을 형성하였다. 이 산화규소막(282)은 산소분위기에서 UV광을 5분간 조사함으로써 만들어졌다. 이 산화규소막(282)의 두께는 대략 20∼50 Å인 것으로 생각된다. 이 산화규소막은 후의 공정에서 도포되는 용액의 습윤성을 향상시키기 위하여 형성된다. 이 상태에서, 100 ppm(중량환산)을 첨가하여 만들어진 초산염 용액 5 ml(10 cm×10 cm의 기판인 경우)를 시료에 적하하였다. 스피너(280)를 50 rpm으로 10초간 회전시켜 스핀 코팅을 행하여, 기판의 전체 표면에 균일한 수막(285)을 형성하였다. 그 다음, 이 상태를 5분간 유지한 후, 스피너(280)를 2000 rpm으로 60초간 회전시켜 스핀 건조를 행하였다. 스피너를 0∼150 rpm으로 회전시켜 상기 막을 스피너상에 유지시킬 수도 있다.Next, ultraviolet light was irradiated in an oxygen atmosphere to form a thin silicon oxide film 282. This silicon oxide film 282 was made by irradiating UV light for 5 minutes in an oxygen atmosphere. The thickness of the silicon oxide film 282 is considered to be approximately 20 to 50 GPa. This silicon oxide film is formed in order to improve the wettability of the solution applied in a later step. In this state, 5 ml of a acetate solution (in the case of a 10 cm × 10 cm substrate) prepared by adding 100 ppm (by weight) was added dropwise to the sample. Spinner 280 was rotated at 50 rpm for 10 seconds to perform spin coating to form a uniform water film 285 on the entire surface of the substrate. Then, this state was maintained for 5 minutes, and the spinner 280 was rotated at 2000 rpm for 60 seconds to perform spin drying. The membrane may be held on the spinner by rotating the spinner at 0-150 rpm.

그렇게 하여, 도 24(B)에 나타낸 상태가 얻어진다. 이 상태는, 촉매원소 니켈이 아주 얇은 산화물막(신화규소막)(282)을 통하여 비정질 규소막(283)과 접촉하여 있는 상태이다.Thus, the state shown in Fig. 24B is obtained. In this state, the catalytic element nickel is in contact with the amorphous silicon film 283 through a very thin oxide film (silicon nitride film) 282.

다음에, 이것을 어닐로에서 550℃로 4시간 질소분위기중에서 어닐하였다. 이때, 니켈이 산화물막(282)을 통하여 비정질 규소막으로 확산하고, 결정화가 진행한다.Next, it was annealed at 550 ° C. in an annealer for 4 hours in a nitrogen atmosphere. At this time, nickel diffuses through the oxide film 282 to the amorphous silicon film, and crystallization proceeds.

도 24(C)는, 이 어닐의 중간상태에서, 산화물막(282)으로부터 니켈이 확산하는 것과 함께 결정화가 진행하여, 결정성 규소영역(287)이 비정질 영역(288)중으로 확대하여 가는 모양을 나타낸다.FIG. 24C shows a state in which crystallization proceeds with diffusion of nickel from the oxide film 282 in the intermediate state of the annealing, and the crystalline silicon region 287 expands into the amorphous region 288. Indicates.

결정화 완료후, 온도를 500℃로 유지하고, 염화수소(HCl)를 수소 또는 산소로 1∼10%, 예를 들어, 1%로 희석하여, 어닐로에 도입하고, 0.5시간 어닐을 행하였다.After crystallization was completed, the temperature was maintained at 500 ° C, and hydrogen chloride (HCl) was diluted to 1 to 10%, for example, 1% with hydrogen or oxygen, introduced into an anneal, and annealed for 0.5 hours.

이렇게 하여, 결정질 규소막을 얻을 수 있었다. 도 25는, 결정화 공정이 완료된 결정성 규소막에서의 니켈농도의 SIMS 측정결과를 나타낸다. 니켈농도가 측정되는 영역은 마스크로서 기능하는 산화규소막(284)에 의해 보호되고, 니켈이 직접 도입되지 않은 영역이다.In this way, a crystalline silicon film was obtained. Fig. 25 shows SIMS measurement results of nickel concentration in the crystalline silicon film after the crystallization step is completed. The region where the nickel concentration is measured is protected by the silicon oxide film 284 functioning as a mask, and the region where nickel is not directly introduced.

또한, 니켈이 직접 도입된 영역, 즉, 산화물막(282)을 통하여 니켈이 확산한 영역에서의 니켈농도는 도 25에 나타낸 농도분포보다 한 자리수 더 높다는 것이 확인되었다. 실시예 16과 같이 레이저광 또는 동등한 강광을 조사함으로써 얻어진 규소막의 결정성을 더욱 향상시키는 것이 효과적이다.It was also confirmed that the nickel concentration in the region where nickel was directly introduced, that is, in the region where nickel was diffused through the oxide film 282, was higher by one order than the concentration distribution shown in FIG. As in Example 16, it is effective to further improve the crystallinity of the silicon film obtained by irradiating laser light or equivalent strong light.

용액중의 니켈농도를 제어함으로써 도 25에 나타내어진 니켈농도를 제어하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 용액중의 니켈농도가 100 ppm으로 설정되었지만, 이 농도가 10 ppm으로 설정되어도, 결정화가 여전히 가능하다는 것이 밝혀졌다. 이 경우, 도 25에 도시된 니켈농도는 한 자리수 만큼 더 감소될 수 있다. 그러나, 용액중의 니켈농도가 낮게 되면, 결정성장 거리가 짧아지는 문제가 있다.By controlling the nickel concentration in the solution, it is possible to control the nickel concentration shown in FIG. Although the nickel concentration in the solution was set to 100 ppm in this example, it was found that crystallization was still possible even if this concentration was set to 10 ppm. In this case, the nickel concentration shown in FIG. 25 can be further reduced by one order. However, when the nickel concentration in the solution is low, there is a problem that the crystal growth distance is shortened.

상기한 방식으로 결정화된 결정성 규소막은 TFT의 활성층에 그대로 사용될 수 있다. 특히. 니켈이 도입된 영역으로부터 기판에 평행한 방향으로 결정성장이 일어난 영역을 사용하여 TFT의 활성층을 형성하는 것은, 그곳의 촉매원소 농도가 낮다는 점에서 매우 유리하다.The crystalline silicon film crystallized in the above manner can be used as it is for the active layer of the TFT. Especially. It is very advantageous to form the active layer of the TFT using a region where crystal growth has occurred in a direction parallel to the substrate from a region where nickel is introduced, in that the catalyst element concentration there is low.

본 실시예에서는, 촉매원소를 함유하는 용액으로서 초산염 용액을 사용하였으나, 수용액 또는 유기용매 용액 등을 사용할 수도 있다. 여기서는, 촉매원소가 화합물로서 함유되지 않고, 단순히 분산에 의해 함유될 수도 있다.In this embodiment, the acetate solution was used as the solution containing the catalytic element, but an aqueous solution or an organic solvent solution or the like can also be used. Here, the catalytic element is not contained as a compound, but may be simply contained by dispersion.

촉매원소를 함유하도록 만들어진 용매로서는, 극성 용매인 물, 알코올, 산, 암모니아중 어느 것이라도 사용될 수 있다.As the solvent made to contain the catalytic element, any of polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia can be used.

니켈이 촉매로서 사용되고, 니켈이 극성 용매에 함유되는 경우, 니켈은 니켈화합물의 형태로 도입된다. 이 니켈화합물로서는, 예를 들어, 취화니켈, 초산니켈, 수산니켈, 탄산니켈, 염화니켈, 옥화니켈, 질산니켈, 황산니켈, 개미산니켈, 니켈아세틸아세토네이트, 4-시클로핵실 낙산니켈, 산화니켈 및 수산화니켈로부터 선택된 니켈화합물이 사용될 수 있다.When nickel is used as the catalyst and nickel is contained in the polar solvent, nickel is introduced in the form of a nickel compound. As this nickel compound, for example, nickel embrittlement, nickel acetate, nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel chloride, nickel oxide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel formate, nickel acetylacetonate, 4-cyclonuclear lactate nickel, and nickel oxide And nickel compounds selected from nickel hydroxide can be used.

또한, 용매로서, 무극성 용매인 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 사염화탄소, 클로로포름, 에테르중 어느 것이라도 사용될 수도 있다.As the solvent, any of apolar solvents such as benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform and ether may be used.

이 경우, 니켈이 니켈화합물로서 도입되고, 이 니켈화합물로서는, 예를 들어, 니켈 아세틸아세토네이트 및 2-에틸헥산산 니켈로부터 선택된 니켈화합물이 사용될 수 있다.In this case, nickel is introduced as the nickel compound, and for example, a nickel compound selected from nickel acetylacetonate and nickel 2-ethylhexanoate can be used.

촉매원소를 함유하는 용액에 계면활성제를 첨가하는 것이 유리하다. 이것은, 계면활성제가 피도포면과의 밀착성을 증가시키고 흡착성을 제어하기 때문이다. 이 계면활성제는 피도포면에 미리 도포될 수 있다. 니켈 단체가 촉매원소로서 사용되는 경우에는, 니켈을 먼저 산에 용해시켜 용액으로 만드는 것이 필요하다.It is advantageous to add a surfactant to the solution containing the catalytic element. This is because the surfactant increases the adhesion to the surface to be coated and controls the adsorption property. This surfactant may be applied in advance to the surface to be coated. When nickel alone is used as the catalytic element, it is necessary to first dissolve nickel in an acid to make it a solution.

상기한 것은 촉매원소 니켈을 완전히 용해시켜 만들어진 용액을 사용하는 예이지만, 니켈 단체 또는 니켈화합물로 된 분말을 분산매에 균일하게 분산시킨 에멀션과 같은 재료가, 니켈을 완전히 용해시키는 것 대신에 사용될 수도 있다. 또는, 산화물막을 형성하기 위한 용액이 사용될 수도 있다. 이런 종류의 용액으로서는, 도쿄 오카 코교 가부시키가이샤에서 제조한 OCD가 사용될 수 있다. 이 OCD를 비정질 규소막에 도포하고 약 200℃로 소성함으로써, 산화규소막이 간단히 형성될 수 있다. 그리하여, 촉매원소가 산화규소막으로부터 비정질 규소막으로 확산하게 될 수 있다. 니켈 이외의 물질이 촉매원소로서 사용되는 경우에도 마찬가지이다.The above is an example of using a solution made by completely dissolving the catalyst element nickel, but a material such as an emulsion in which a single nickel or powder of a nickel compound is uniformly dispersed in a dispersion medium may be used instead of completely dissolving nickel. . Alternatively, a solution for forming an oxide film may be used. As this kind of solution, OCD manufactured by Tokyo Oka Kogyo Co., Ltd. can be used. By applying this OCD to an amorphous silicon film and firing at about 200 ° C, a silicon oxide film can be simply formed. Thus, the catalytic element can be diffused from the silicon oxide film into the amorphous silicon film. The same applies when a material other than nickel is used as the catalyst element.

또한, 용액으로서 2-에틸핵산산 니켈의 톨루엔 용액과 같은 무극성 용매를 사용함으로써, 비정질 규소막의 표면에 용액을 직접 도포하는 것도 가능하다. 이 경우, 레지스트 도포에 사용되는 밀착제와 같은 재료가 미리 도포되는 것이 유리하다. 그러나, 도포량이 너무 많으면, 비정질 규소막에의 촉매원소의 첨가가 방해되어, 역효과를 가질 수 있기 때문에, 주의가 필요하다.It is also possible to apply the solution directly to the surface of the amorphous silicon film by using a nonpolar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylnucleate as the solution. In this case, it is advantageous to apply a material such as an adhesive agent used for resist application in advance. However, if the coating amount is too large, the addition of the catalyst element to the amorphous silicon film may be hindered and adversely affect, so care should be taken.

용액에 함유되는 촉매원소의 양은 용액의 유형에 따라 좌우되지만, 일반적으로, 용액에 대한 니켈의 양은 1∼200 ppm, 바람직하게는, 1∼50 ppm(중량환산)인 것이 바람직하다. 이것은 결정화 완료후의 막중의 니켈농도 및 플루오르화 수소산에 대한 저항성을 고려하여 결정된다.The amount of catalyst element contained in the solution depends on the type of solution, but in general, the amount of nickel in the solution is preferably 1 to 200 ppm, preferably 1 to 50 ppm (by weight). This is determined in consideration of the nickel concentration in the film after completion of crystallization and resistance to hydrofluoric acid.

[실시예 18]Example 18

본 실시예는, 본 발명에 따라 TFT를 제작하는데 있어, 결정화된 영역, TFT의 활성층(채널영역), 콘택트 홀 및 촉매원소가 첨가된 영역 사이의 위치관계의 예에 관한 것이다. 액티브 매트릭스의 화소부를 아래에 설명한다.This embodiment relates to an example of the positional relationship between a crystallized region, an active layer (channel region), a contact hole and a region to which a catalyst element is added in manufacturing a TFT according to the present invention. The pixel portion of the active matrix is described below.

본 실시예의 TFT의 제작공정을 도 26(A)∼(F)에 나타낸다. 먼저, 도 26(A)에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링법에 의해 기판(91)상에 산화규소 하지막(92)을 2000 Å의 두께로 퇴적한 다음, 그 위에 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 규소막(93)을 300∼1500 Å, 예를 들어, 800 Å의 두께로 퇴적하였다. 그 다음, 200∼2000 Å, 예를 들어, 300 Å의 산화규소막(94)을 형성하고, 천공하여 구멍(96a, 96b)을 형성하였다. 그리하여, 산화규소막(94)은 마스크로 패터닝되었다. 그 다음, 아주 얇은 니켈막 또는 니켈화합물막(95)을 실시예 9에서와 같이 스퍼터링법 또는 스핀 코팅법에 의해 전체 표면상에 형성하였다.26A to 26F show manufacturing steps of the TFT of this embodiment. First, as shown in Fig. 26A, a silicon oxide underlayer 92 is deposited on the substrate 91 by a sputtering method to a thickness of 2000 GPa, and thereafter, an amorphous silicon film ( 93) was deposited to a thickness of 300-1500 mm 3, for example 800 mm 3. Then, a silicon oxide film 94 of 200 to 2000 GPa, for example, 300 GPa was formed and punched to form holes 96a and 96b. Thus, the silicon oxide film 94 was patterned with a mask. Then, a very thin nickel film or nickel compound film 95 was formed on the entire surface by the sputtering method or the spin coating method as in Example 9.

다음에, 질소분위기에서 550℃로 4시간 어닐을 행하였다. 이 공정에 의해, 구멍(96a, 96b) 바로 아래에 위치한 규소막(93)의 부분(97a, 97b)이 규화물로 변화하고, 그 부분으로부터 규소영역(98a, 98b)이 결정화된다. 끝부분(99a, 99b)은 높은 니켈농도를 가진다.(도 26(B))Next, annealing was performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. By this process, the portions 97a and 97b of the silicon film 93 located directly below the holes 96a and 96b are changed into silicides, and the silicon regions 98a and 98b are crystallized from the portions. The tips 99a and 99b have a high nickel concentration (Fig. 26 (B)).

충분한 결정화후에, 구멍(96a, 96b)으로부터 진행하는 결정화는 그 구멍들 사이의 중간점에서 서로 충돌하여 그 중간점에서 정지한다. 높은 니켈농도를 갖는 영역(99c)이 그 중간점에 남게 된다. 이 상태에서, 실시예 8에서와 같이 엑시머 레이저 등에 의해 광어닐을 추가로 행할 수 있다.(도 26(C))After sufficient crystallization, the crystallization proceeding from the holes 96a and 96b collide with each other at the midpoint between the holes and stop at that midpoint. A region 99c having a high nickel concentration remains at its midpoint. In this state, photoannealing can be further performed by an excimer laser or the like as in Example 8. (Fig. 26 (C))

다음에, 이렇게 하여 얻어진 결정질 규소막을 패터닝하여, 섬형상의 규소영역(400)을 형성하였다. 높은 니켈농도의 영역(97a, 99c)의 일부가 규소영역(400)에 남게 된다. 그후, 플라즈마 CVD법에 의해 두께 700∼2000 Å, 예를 들어, 1200 Å의 산화규소 게이트 절연막(401)을 형성하였다.(도 26(D))Next, the crystalline silicon film thus obtained was patterned to form an island-shaped silicon region 400. Some of the regions of high nickel concentration 97a and 99c remain in the silicon region 400. Thereafter, a silicon oxide gate insulating film 401 having a thickness of 700 to 2000 GPa, for example, 1200 GPa was formed by the plasma CVD method (Fig. 26 (D)).

그후, 실시예 5에서와 동일한 수단으로 알루미늄 게이트전극(402)을 형성하고, 게이트전극 둘레에 두께 1000∼5000 Å의 양극산화물(403)을 형성하였다. 그 다음, 이온 도핑법에 의해 불순물을 확산시킴으로써, N형 불순물영역(404, 405)을 형성하였다. 게이트전극은, 도 26(E)에 나타낸 바와 같이, 높은 니켈농도의 영역(97a, 99c)이 게이트전극 바로 아래에 위치된 부분(채널영역)으로부터 벗어나 있도록 위치되어야 한다.Thereafter, an aluminum gate electrode 402 was formed by the same means as in Example 5, and an anode oxide 403 having a thickness of 1000 to 5000 GPa was formed around the gate electrode. Then, the impurities are diffused by ion doping, thereby forming the N-type impurity regions 404 and 405. As shown in Fig. 26E, the gate electrode should be positioned so that the regions of high nickel concentration 97a, 99c deviate from the portion (channel region) located immediately below the gate electrode.

도핑후, 레이저광 조사에 의해 소스 및 드레인영역을 활성화시켯다. 그 다음, 층간절연물(406)을 퇴적하고, 스퍼터링법에 의해 두께 500∼1500 Å, 예를 들어, 800 Å의 투명도전막을 형성하고, 이것을 에칭에 의해 패터닝하여, 화소전극(407)을 형성하였다. 그 다음, 층간절연물(406)에 콘택트 홀을 형성하고, 소스 및 드레인에 금속전극(408, 409)을 형성하여, TFT를 완성하였다. 부호 410a, 410b는 상기한 구멍(96a, 96b)이 존재하였던 위치를 나타낸다.(도 26(F))After doping, the source and drain regions were activated by laser light irradiation. Then, the interlayer insulator 406 was deposited, and a transparent conductive film having a thickness of 500 to 1500 kV, for example, 800 kPa was formed by the sputtering method, and then patterned by etching to form the pixel electrode 407. . Then, contact holes were formed in the interlayer insulator 406, and metal electrodes 408 and 409 were formed in the source and drain to complete the TFT. Reference numerals 410a and 410b denote positions where the holes 96a and 96b existed (Fig. 26 (F)).

높은 니켈농도의 영역(97a, 99c)으로부터 떨어져 콘택트 홀을 형성하는 것이 바람직하다. 이것은, 콘택트 홀이 니켈 첨가를 위한 구멍(96a, 96b)과 겹치지 않도록 콘택트 홀을 설계함으로써 실현될 수 있다. 그렇지 않으면, 높은 니켈농도의 영역들이 니켈을 함유하지 않은 규소막에 비하여 플루오르화 수소산을 함유한 용액에 의해 용이하게 에칭되기 때문에, 콘택트 홀의 형성시 규소막의 오버에칭에 의해 결함 콘택트가 용이하게 형성된다. 도면에서, 왼쪽의 콘택트가 높은 니켈농도의 영역(97a)과 부분적으로 겹친다. 전극의 적어도 일부가 니켈이 첨가되는 영역 이외의 영역과 접하여 있는 것이 바람직하다.It is desirable to form contact holes away from regions of high nickel concentration 97a, 99c. This can be realized by designing the contact holes so that the contact holes do not overlap with the holes 96a and 96b for nickel addition. Otherwise, since high nickel concentration regions are easily etched by a solution containing hydrofluoric acid as compared to a silicon film containing no nickel, a defect contact is easily formed by overetching the silicon film when forming a contact hole. . In the figure, the contact on the left partially overlaps the region 97a of high nickel concentration. It is preferable that at least part of the electrode is in contact with a region other than the region where nickel is added.

상기한 바와 같이, 본 발명은 비정질 규소의 결정화의 저온화 및 단시간화를 조장한다는 의미에서 획기적인 것이고, 또한, 그것을 달성하기 위한 설비, 장치 및 기술은 아주 일반적이고, 대량생산에 아주 적합하기 때문에, 산업에 끼치는 본 발명의 잇점은 대단하다.As described above, the present invention is groundbreaking in the sense of encouraging the lowering and shortening of the crystallization of amorphous silicon, and furthermore, since the equipment, apparatus and technology for achieving it are very general and well suited for mass production, The advantages of the invention on industry are enormous.

예를 들어, 종래의 고상성장법에서는, 적어도 24시간의 어닐이 필요하였기 때문에, 1매당의 기판처리시간을 2분으로 하면, 15개의 어닐로가 필요하였지만, 본 발명에서는, 어닐에 필요한 시간이 4시간 이내로 단축될 수 있기 때문에, 어닐로의 수를 1/6 이하로 삭감할 수 있다. 이것에 의한 생산성의 향상 및 설비투자액의 삭감은 기판처리 비용의 저하를 초래하고, 따라서, TFT 가격의 저하를 초래하여, 새로운 TFT의 수요를 창출한다. 이와 같이, 본 발명은 공업상 유익한 발명이다.For example, in the conventional solid phase growth method, since annealing of at least 24 hours was required, when the substrate processing time per sheet is 2 minutes, 15 annealings were required, but in the present invention, the time required for annealing is Since it can be shortened within 4 hours, the number of annealing can be reduced to 1/6 or less. The improvement of productivity and the reduction of facility investment by this result in the reduction of the substrate processing cost, and hence the decrease in the TFT price, thereby creating the demand for the new TFT. Thus, this invention is industrially advantageous invention.

Claims (25)

규소를 포함하고, 규소의 결정화를 조장할 수 있는 촉매물질을 함유하며, 결정성을 가지는 비(非)단결정 반도체막과,A non-single crystal semiconductor film containing silicon, containing a catalytic material capable of promoting crystallization of silicon, and having crystallinity, 상기 반도체막에 인접하여 있는 게이트 절연막, 및A gate insulating film adjacent to the semiconductor film, and 상기 게이트 절연막에 인접하여 있는 게이트 전극을 포함하고;A gate electrode adjacent to the gate insulating film; 상기 촉매물질의 농도가 1×1019원자/cm3이하인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.Thin film transistor, characterized in that the concentration of the catalyst material is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매물질의 농도가 1×1015원자/cm3이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 1, wherein the concentration of the catalytic material is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체막이 1×1015원자/cm3∼5 원자%의 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor film contains 1x10 15 atoms / cm 3 to 5 atomic% hydrogen. 규소를 포함하고, 규소의 결정화를 조장할 수 있는 촉매물질을 함유하는 다결정 반도체막과,A polycrystalline semiconductor film containing silicon and containing a catalyst material capable of promoting crystallization of silicon; 상기 반도체막에 인접하여 있는 게이트 절연막, 및A gate insulating film adjacent to the semiconductor film, and 상기 게이트 절연막에 인접하여 있는 게이트 전극을 포함하고;A gate electrode adjacent to the gate insulating film; 상기 촉매물질의 농도가 1×1019원자/cm3이하인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.Thin film transistor, characterized in that the concentration of the catalyst material is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. 제 4 항에 있어서, 상기 촉매물질의 농도가 1×1015원자/cm3이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 4, wherein the concentration of the catalytic material is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more. 제 4 항에 있어서, 상기 반도체막이 1×1015원자/cm3∼5 원자%의 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 4, wherein the semiconductor film contains 1x10 15 atoms / cm 3 to 5 atomic% hydrogen. 규소를 포함하고, 5 원자% 이하의 농도로 수소가 도프되어 있으며, 비정질 규소의 결정화를 조장할 수 있는 촉매를 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하는 결정성 반도체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체.It includes a crystalline semiconductor film containing silicon, doped with hydrogen at a concentration of 5 atomic% or less, and containing a catalyst capable of promoting crystallization of amorphous silicon at a concentration of 1x10 19 atoms / cm 3 or less. A semiconductor characterized by the above-mentioned. 제 7 항에 있어서, 상기 촉매의 농도가 1×1015원자/cm3이상인 것을 특징으로 하는 반도체.The method of claim 7, wherein the semiconductor, characterized in that the concentration of the catalyst less than 1 × 10 15 atoms / cm 3. 제 7 항에 있어서, 상기 촉매의 농도가 1×1015원자/cm3인 것을 특징으로 하는 반도체.8. A semiconductor according to claim 7, wherein the concentration of the catalyst is 1 x 10 15 atoms / cm 3 . 제 7 항에 있어서, 상기 반도체가 각각 1×1019원자/cm3이하의 탄소, 산소 및 질소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체.8. A semiconductor according to claim 7, wherein the semiconductor contains carbon, oxygen and nitrogen of 1x10 19 atoms / cm 3 or less, respectively. 제 7 항에 있어서, 상기 반도체막의 결정화가 라만 산란분광법에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 반도체.8. The semiconductor according to claim 7, wherein crystallization of said semiconductor film is confirmed by Raman scattering spectroscopy. 제 7 항에 있어서, 상기 반도체가 절연표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체.8. A semiconductor according to claim 7, wherein said semiconductor is formed on an insulating surface. 절연표면상에 형성되고, 촉매금속이 도프되어 있고, 규소를 포함하며, 결정성을 가지는 비(非)단결정 반도체막과,A non-single crystal semiconductor film formed on an insulating surface, doped with a catalytic metal, containing silicon, and having crystallinity; 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 반도체막에 인접하여 있는 게이트 전극을 포함하고;A gate electrode adjacent to the semiconductor film with a gate insulating film interposed therebetween; 상기 금속이 상기 반도체막의 결정화를 위해 상기 반도체막에 도입된 다음, 1×1019원자/cm3이하의 농도로 되도록 제거되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.And the metal is introduced into the semiconductor film for crystallization of the semiconductor film, and then removed to a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. 제 13 항에 있어서, 상기 금속의 제거가, 염소원자를 함유하는 분위기에서 상기 반도체막을 어닐함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 13, wherein the metal is removed by annealing the semiconductor film in an atmosphere containing chlorine atoms. 제 13 항에 있어서, 상기 금속의 제거가, 상기 금속의 도입에 의해 형성된 금속규화물을 플루오르화 수소산 또는 염산에 용해시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 13, wherein the metal is removed by dissolving a metal silicide formed by introduction of the metal in hydrofluoric acid or hydrochloric acid. 규소를 포함하고, 규소의 결정화를 조장할 수 있는 촉매금속을 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하는 결정성 반도체막과,A crystalline semiconductor film containing silicon and containing a catalyst metal capable of promoting crystallization of silicon at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 상기 반도체막에 인접하여 있는 게이트 절연막, 및A gate insulating film adjacent to the semiconductor film, and 상기 게이트 절연막에 인접하여 있는 게이트 전극을 포함하고;A gate electrode adjacent to the gate insulating film; 상기 결정성 반도체막이, 규소를 포함하는 비정질 반도체막을 절연표면상에 퇴적하는 공정과, 상기 비정질 반도체막에 상기 촉매금속을 함유하는 물질을 제공하는 공정과, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키는 공정, 및 결정화된 반도체막의 표면을 불소 또는 염소를 포함하는 게터링제로 처리함으로써 상기 촉매금속의 농도를 감소시키는 공정을 포함하는 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The crystalline semiconductor film depositing an amorphous semiconductor film containing silicon on an insulating surface, providing a material containing the catalyst metal to the amorphous semiconductor film, crystallizing the amorphous semiconductor film, and crystallization And a process for reducing the concentration of the catalyst metal by treating the surface of the semiconductor film with a gettering agent containing fluorine or chlorine. 제 16 항에 있어서, 상기 게터링제가 플루오르화 수소산 또는 염산인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor according to claim 16, wherein the gettering agent is hydrofluoric acid or hydrochloric acid. 규소를 포함하고, 규소의 결정화를 조장할 수 있는 촉매금속을 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하는 결정성 반도체막과,A crystalline semiconductor film containing silicon and containing a catalyst metal capable of promoting crystallization of silicon at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 상기 반도체막에 인접하여 있는 게이트 절연막, 및A gate insulating film adjacent to the semiconductor film, and 상기 게이트 절연막에 인접하여 있는 게이트 전극을 포함하고;A gate electrode adjacent to the gate insulating film; 상기 결정성 반도체막이, 규소를 포함하는 비정질 반도체막을 절연표면상에 퇴적하는 공정과, 상기 비정질 반도체막의 선택된 부분에 상기 촉매금속을 함유하는 물질을 제공하는 공정과, 상기 비정질 반도체막을 가열하여, 상기 비정질 반도체막이 상기 절연표면에 대하여 수평방향으로 결정화되게 하는 공정, 및 결정화된 반도체막의 표면을 불소 또는 염소를 포함하는 게터링제로 처리함으로써 상기 촉매금속의 농도를 감소시키는 공정을 포함하는 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The crystalline semiconductor film depositing an amorphous semiconductor film containing silicon on an insulating surface, providing a material containing the catalyst metal in a selected portion of the amorphous semiconductor film, and heating the amorphous semiconductor film, Forming an amorphous semiconductor film in a horizontal direction with respect to the insulating surface, and reducing the concentration of the catalyst metal by treating the surface of the crystallized semiconductor film with a gettering agent containing fluorine or chlorine. Thin film transistor, characterized in that the. 제 18 항에 있어서, 상기 게터링제가 플루오르화 수소산 또는 염산인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.19. The thin film transistor according to claim 18, wherein the gettering agent is hydrofluoric acid or hydrochloric acid. 제 18 항에 있어서, 상기 결정성 반도체막이 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.19. The thin film transistor according to claim 18, wherein the crystalline semiconductor film contains hydrogen. 수소를 포함하고, 반도체막의 결정화를 조장할 수 있는 촉매물질을 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하며, 규소를 포함하는 결정성 반도체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치.A semiconductor device comprising a crystalline semiconductor film containing hydrogen and containing a catalytic material capable of promoting crystallization of the semiconductor film at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less and containing silicon. 제 21 항에 있어서, 상기 결정성 반도체막의 전자 이동도가 150∼200 cm2/Vs인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device according to claim 21, wherein the electron mobility of said crystalline semiconductor film is 150 to 200 cm 2 / Vs. 제 21 항에 있어서, 상기 촉매물질이, 니켈, 철, 코발트, 백금 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치.22. A semiconductor device according to claim 21, wherein said catalyst material comprises a metal selected from the group consisting of nickel, iron, cobalt, platinum and palladium. 수소를 포함하고, 반도체막의 결정화를 조장할 수 있는 촉매물질을 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하며, 규소를 포함하는 결정성 반도체막을 포함하고; 상기 결정성 반도체막이 40∼60 cm2/Vs의 전자 이동도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.A crystalline semiconductor film containing hydrogen, containing a catalytic material capable of promoting crystallization of the semiconductor film at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, and containing silicon; And the crystalline semiconductor film has an electron mobility of 40 to 60 cm 2 / Vs. 수소를 포함하고, 반도체막의 결정화를 조장할 수 있는 촉매물질을 1×1019원자/cm3이하의 농도로 함유하며, 규소를 포함하는 결정성 반도체막을 포함하고; 상기 결정성 반도체막이 30∼50 cm2/Vs의 홀(hole) 이동도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.A crystalline semiconductor film containing hydrogen, containing a catalytic material capable of promoting crystallization of the semiconductor film at a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, and containing silicon; And the crystalline semiconductor film has a hole mobility of 30 to 50 cm 2 / Vs.
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