JP2002313811A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は結晶構造を有する半
導体膜を用いた半導体装置及びその作製方法に関し、よ
り具体的には薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す)
で代表される半導体装置及びその作製方法に関する。
尚、本明細書において半導体装置とは半導体特性を利用
して機能する装置全般を含むものとする。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor film having a crystal structure and a manufacturing method thereof, and more specifically, to a thin film transistor (hereinafter, referred to as TFT).
And a method for manufacturing the same.
Note that in this specification, a semiconductor device includes all devices that function using semiconductor characteristics.
【0002】[0002]
【従来の技術】TFTを用いて集積回路を形成するため
に、絶縁表面に結晶構造を有する半導体膜を形成する技
術は重要視されている。半導体膜はTFTの活性層(こ
こではチャネル形成領域やソース及びドレイン領域など
を含めて言う)を形成するために用いられ、その品質そ
のものが直接的にTFTの電気的特性を決める要素とな
るからである。2. Description of the Related Art In order to form an integrated circuit using a TFT, a technique of forming a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface is regarded as important. The semiconductor film is used to form an active layer of the TFT (including the channel forming region, the source and drain regions, and the like), and the quality itself is a factor directly determining the electrical characteristics of the TFT. It is.
【0003】結晶構造を有する半導体膜を形成するため
の方法は、一旦非晶質半導体膜を形成した後、レーザー
光を照射して結晶化させる方法や、電熱炉を用いて加熱
処理を行い結晶化させる方法が用いられている。しか
し、このような方法で作製される半導体膜は多数の結晶
粒から成り、その結晶方位は任意な方向に配向して制御
することが出来ないでいる。そのために、単結晶の半導
体と比較してキャリアの移動がスムーズに行われず、T
FTの電気的特性を制限する要因となっている。[0003] A method for forming a semiconductor film having a crystal structure includes a method in which an amorphous semiconductor film is once formed and then crystallized by irradiating a laser beam, or a heat treatment using an electric furnace is performed. Is used. However, a semiconductor film manufactured by such a method is composed of a large number of crystal grains, and the crystal orientation cannot be controlled by being oriented in an arbitrary direction. Therefore, carrier movement is not performed smoothly as compared with a single crystal semiconductor, and T
This is a factor that limits the electrical characteristics of the FT.
【0004】これに対し、特開平7−183540号公
報で開示される技術は、ニッケルなどの金属元素を添加
してシリコン半導体膜を結晶化させる技術であり、当該
金属元がいわば触媒となり結晶化を促進し、また、それ
に必要とする温度を低下させる効果があることが知られ
ている。さらに、そればかりでなく結晶方位の配向性を
高めることも可能となっている。触媒作用のある元素と
してはFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種で
あることが知られている。On the other hand, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-183540 is a technique for crystallizing a silicon semiconductor film by adding a metal element such as nickel. It is known that it has the effect of promoting heat and lowering the required temperature. In addition, it is possible to enhance the orientation of the crystal orientation. Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, I
It is known to be one or more selected from r, Pt, Cu, and Au.
【0005】しかし、触媒作用のある金属元素(ここで
は全てを含めて触媒元素と呼ぶ)を添加する故に、半導
体膜の膜中或いは膜表面には、当該金属元素が残存し、
TFTの電気的特性をばらつかせるなどの問題がある。
例えば、TFTのオフ電流が増加し、個々の素子間でば
らつくなどの問題がある。即ち、結晶化に対し触媒作用
のある金属元素は、一旦結晶質半導体膜が形成されてし
まえば、かえって不要な存在となっている。[0005] However, since a metal element having a catalytic action (herein, referred to as a catalyst element in all cases) is added, the metal element remains in the film of the semiconductor film or on the film surface.
There is a problem that the electrical characteristics of the TFT vary.
For example, there is a problem in that the off-state current of the TFT increases, and there is variation among individual elements. In other words, the metal element having a catalytic action on crystallization is unnecessary once the crystalline semiconductor film is formed.
【0006】燐を用いたゲッタリング技術は、結晶化の
為に添加した金属元素を500℃程度の加熱温度におい
ても、半導体膜の特定の領域から除去することを可能と
している。例えば、TFTのソース・ドレイン領域にリ
ンを添加して450〜700℃の熱処理を行うことで、
素子形成領域から結晶化の為に添加した金属元素を容易
に除去することが可能である。このような技術の一例
は、特許第3032801号に開示されている。[0006] The gettering technique using phosphorus makes it possible to remove a metal element added for crystallization from a specific region of a semiconductor film even at a heating temperature of about 500 ° C. For example, by adding phosphorus to the source / drain region of the TFT and performing a heat treatment at 450 to 700 ° C.
The metal element added for crystallization can be easily removed from the element formation region. One example of such a technique is disclosed in Japanese Patent No. 3032801.
【0007】ところで、ゲッタリング技術には、シリコ
ンウエハーに外部から歪み場や化学的作用を与えてゲッ
タリング効果をもたせるエクストリンシックゲッタリン
グや、ウエハー内部に生成された酸素が関与する格子欠
陥の歪み場を利用したイントリンシックゲッタリングが
知られている。エクストリンシックゲッタリングには、
シリコンウエハーの裏面(素子を形成する反対側の面)
に機械的損傷を与える方法や、多結晶シリコン膜を形成
する方法、及びリンを拡散する方法などが知られてい
る。また、イオン注入により形成された二次的格子欠陥
により歪み場を形成して行うゲッタリング技術も知られ
ている。これらの技術は、単結晶シリコン基板を用いた
大規模集積回路の製造技術として発展し、今日に至った
ものであり、シリコンのウエハーの使用を前提として経
験的な要素も含め開発されたものである。いずれにして
も、ゲッタリングは半導体中に含まれる金属不純物等
を、何らかのエネルギーで移動させ所定の領域(ゲッタ
リングサイト)に濃集させることで、素子形成領域(被
ゲッタリング領域)の金属不純物濃度を低減させるもの
である。The gettering technique includes an extrinsic gettering for giving a gettering effect by applying a strain field or a chemical action to a silicon wafer from the outside, and a strain of a lattice defect involving oxygen generated inside the wafer. Intrinsic gettering using a place is known. For extrinsic gettering,
Back side of silicon wafer (opposite side of device)
There are known a method of causing mechanical damage to the substrate, a method of forming a polycrystalline silicon film, and a method of diffusing phosphorus. There is also known a gettering technique in which a strain field is formed by secondary lattice defects formed by ion implantation. These technologies have been developed as large-scale integrated circuit manufacturing technologies using single-crystal silicon substrates, and have been developed to date, including the empirical elements on the premise of using silicon wafers. is there. In any case, the gettering is performed by moving metal impurities and the like contained in the semiconductor with some energy and concentrating them in a predetermined region (gettering site), so that the metal impurity in the element forming region (gettered region) can be obtained. This is to reduce the concentration.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】燐はドナーとしてn型
半導体領域を形成するために多くの半導体素子で使用さ
れ、ドーパントとして知られる元素である。従って、燐
を用いたゲッタリングはTFTの製造工程に比較的容易
に組み入れることが可能である。燐を用いたゲッタリン
グは、550℃にて4時間程度の加熱処理で、シリコン
の結晶化の為に半導体膜に導入した金属元素を除去する
ことを可能としている。しかし、そのために半導体膜に
添加しなければならない燐の濃度は1×1020/cm3以
上、好ましくは1×1021/cm3であり、ドーピングに要
する処理時間が増大してしまう問題点があった。さら
に、イオン注入法、或いはイオンドープ法(本明細書で
は注入するイオンの質量分離を行わない方法を指してい
う)による燐の添加は、半導体膜の非晶質化をもたら
し、高濃度の燐の添加はその後の再結晶化を困難にして
いた。Phosphorus is an element used in many semiconductor devices to form an n-type semiconductor region as a donor and known as a dopant. Therefore, gettering using phosphorus can be relatively easily incorporated into a TFT manufacturing process. The gettering using phosphorous makes it possible to remove a metal element introduced into a semiconductor film for crystallization of silicon by a heat treatment at 550 ° C. for about 4 hours. However, the concentration of phosphorus that must be added to the semiconductor film for this purpose is 1 × 10 20 / cm 3 or more, and preferably 1 × 10 21 / cm 3 , which increases the processing time required for doping. there were. Further, the addition of phosphorus by an ion implantation method or an ion doping method (refers to a method in which mass separation of implanted ions is not performed in this specification) causes a semiconductor film to become amorphous and a high concentration of phosphorus. The addition made subsequent recrystallization difficult.
【0009】本発明はこのような問題を解決するための
手段であり、半導体膜の結晶化に対して触媒作用のある
金属元素を用いて得られる半導体膜に残存する当該金属
元素を効果的に除去する技術を提供することを目的とす
る。The present invention is a means for solving such a problem, and effectively removes a metal element remaining in a semiconductor film obtained by using a metal element having a catalytic action on crystallization of the semiconductor film. The purpose is to provide a technique for removing.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は非晶質構造を有する半導体膜の結晶化に用
いた触媒元素を除去するために、希ガス元素を添加した
領域又は半導体膜を形成し、そこに触媒元素を移動さ
せ、ゲッタリングを完遂させることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for removing a catalytic element used for crystallization of a semiconductor film having an amorphous structure. It is characterized in that a semiconductor film is formed, a catalytic element is moved there, and gettering is completed.
【0011】具体的には、本発明の半導体装置の作製方
法は、絶縁表面を有する基板にシリコンを主成分とし非
晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する工程と、前
記第1の半導体膜にシリコンの結晶化を助長する触媒元
素を添加して、第1の加熱処理により結晶構造を有する
第1の半導体膜を形成する工程と、前記結晶構造を有す
る第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に第2の半導体膜を成膜する工程と、前
記第2の半導体膜に希ガス元素を前記成膜と同時又はそ
の後に添加して、第2の加熱処理によりゲッタリングを
行い前記触媒元素を前記第2の半導体膜に移動させる工
程と、前記第2の半導体膜を除去する工程と、前記バリ
ア層を除去する工程とを含んでいる。Specifically, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface; A step of adding a catalytic element for promoting crystallization of silicon to the semiconductor film to form a first semiconductor film having a crystal structure by a first heat treatment; and a step of forming a surface of the first semiconductor film having the crystal structure. Forming a barrier layer on the
A step of forming a second semiconductor film over the barrier layer, and adding a rare gas element to the second semiconductor film at the same time as or after the film formation, and performing gettering by a second heat treatment. The method includes a step of moving the catalyst element to the second semiconductor film, a step of removing the second semiconductor film, and a step of removing the barrier layer.
【0012】または、絶縁表面を有する基板にシリコン
を主成分とし非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成
する工程と、前記第1の半導体膜にシリコンの結晶化を
助長する触媒元素を添加して、第1の加熱処理により結
晶構造を有する第1の半導体膜を形成する工程と、前記
結晶構造を有する第1の半導体膜レーザー光を照射する
工程と、前記結晶構造を有する第1の半導体膜の表面に
バリア層を形成する工程と、前記バリア層上に第2の半
導体膜を成膜する工程と、前記第2の半導体膜に希ガス
元素を前記成膜と同時又はその後に添加して、第2の加
熱処理によりゲッタリングを行い前記触媒元素を前記第
2の半導体膜に移動させる工程と、前記第2の半導体膜
を除去する工程と、前記バリア層を除去する工程とを含
んでいる。Alternatively, a step of forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface, and adding a catalyst element for promoting crystallization of silicon to the first semiconductor film. Adding, forming a first semiconductor film having a crystal structure by a first heat treatment, irradiating a first semiconductor film laser beam having the crystal structure, and forming a first semiconductor film having the crystal structure. Forming a barrier layer on the surface of the semiconductor film, forming a second semiconductor film on the barrier layer, and forming a rare gas element on the second semiconductor film simultaneously with or after the film formation. Adding, performing gettering by a second heat treatment to move the catalytic element to the second semiconductor film, removing the second semiconductor film, and removing the barrier layer. Contains.
【0013】または、絶縁表面を有する基板にシリコン
を主成分とし非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成
する工程と、前記第1の半導体膜にシリコンの結晶化を
助長する触媒元素を添加して、第1の加熱処理により結
晶構造を有する第1の半導体膜を形成する工程と、前記
結晶構造を有する第1の半導体膜の表面にバリア層を形
成する工程と、前記バリア層上に第3の半導体膜を形成
する工程と、前記第2の半導体膜に希ガス元素を前記成
膜と同時又はその後に添加して、第2の加熱処理により
ゲッタリングを行い前記触媒元素を前記第2の半導体膜
に移動させる工程と、前記第2の半導体膜を除去する工
程と、前記バリア層を除去する工程と、前記結晶構造を
有する第1の半導体膜にレーザー光を照射する工程とを
含んでいる。[0013] Alternatively, a step of forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface, and adding a catalyst element for promoting crystallization of silicon to the first semiconductor film. Adding, forming a first semiconductor film having a crystalline structure by a first heat treatment, forming a barrier layer on a surface of the first semiconductor film having the crystalline structure, Forming a third semiconductor film at the same time, or adding a rare gas element to the second semiconductor film at the same time as or after the film formation, and performing gettering by a second heat treatment to remove the catalyst element from the second semiconductor film. Transferring to a second semiconductor film, removing the second semiconductor film, removing the barrier layer, and irradiating the first semiconductor film having the crystal structure with laser light. Contains.
【0014】または、絶縁表面を有する基板にシリコン
を主成分とし非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成
する工程と、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に
シリコンの結晶化を助長する触媒元素を添加する工程
と、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜の表面にバ
リア層を形成する工程と、前記バリア層上に第2の半導
体膜を形成する工程と、前記第2の半導体膜に希ガス元
素を前記成膜と同時又はその後に添加する工程と、加熱
処理により、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜を
結晶化させ結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する
と共に前記触媒元素を前記第2の半導体膜に移動させる
工程と、前記第2の半導体膜を除去する工程と、前記バ
リア層を除去する工程と、前記結晶構造を有する第1の
半導体膜にレーザー光を照射する工程とを含んでいる。Alternatively, a step of forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface, and crystallizing silicon on the first semiconductor film having the amorphous structure. Adding a catalyst element that promotes the following steps: a step of forming a barrier layer on the surface of the first semiconductor film having the amorphous structure; and a step of forming a second semiconductor film on the barrier layer. A step of adding a rare gas element to the second semiconductor film at the same time as or after the film formation, and a heat treatment for crystallizing the first semiconductor film having the amorphous structure to form a first semiconductor film having a crystalline structure. Forming the semiconductor film and moving the catalytic element to the second semiconductor film; removing the second semiconductor film; removing the barrier layer; Laser on 1 semiconductor film And a step of irradiating.
【0015】または、絶縁表面上にシリコンの結晶化を
助長する触媒元素を添加する工程と、前記絶縁表面を有
する基板にシリコンを主成分とし非晶質構造を有する第
1の半導体膜を形成する工程と、前記非晶質構造を有す
る第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜上に第2の半導
体膜を形成する工程と、前記第2の半導体膜に希ガス元
素を前記成膜と同時又はその後に添加する工程と、加熱
処理により、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜を
結晶化させ結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する
と共に前記触媒元素を前記第2の半導体膜に移動させる
工程と、前記第2の半導体膜を除去する工程と、前記バ
リア層を除去する工程と、前記結晶構造を有する第1の
半導体膜にレーザー光を照射する工程とを含んでいる。Alternatively, a step of adding a catalytic element for promoting crystallization of silicon to the insulating surface, and forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on the substrate having the insulating surface. Forming a barrier layer on a surface of the first semiconductor film having the amorphous structure;
Forming a second semiconductor film on the first semiconductor film having the amorphous structure, adding a rare gas element to the second semiconductor film simultaneously with or after the film formation, Crystallizing the first semiconductor film having the amorphous structure by processing to form a first semiconductor film having a crystalline structure, and moving the catalyst element to the second semiconductor film; 2) removing the semiconductor film, removing the barrier layer, and irradiating the first semiconductor film having the crystal structure with laser light.
【0016】前記バリア層はケミカルオキサイドの如き
オゾン水による酸化、或いはプラズマ処理により表面を
酸化、或いは酸素を含む雰囲気中で紫外線を照射してオ
ゾンを発生させ表面を酸化して形成すれば良い。また、
酸化シリコン膜などをスパッタリング法やプラズマCV
D法で形成しても良い。The barrier layer may be formed by oxidizing the surface with ozone water such as a chemical oxide, or oxidizing the surface by oxidizing the surface by plasma treatment or irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen to generate ozone. Also,
Sputtering of silicon oxide film etc. or plasma CV
It may be formed by the D method.
【0017】ゲッタリングサイトを形成するために添加
する希ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeから選
ばれた一種または複数種を用いる。そして、これら希ガ
ス元素は、イオン注入法又はイオンドープ法で添加する
か、或いは前記第2の半導体膜を形成する時に同時に取
り込まれるようにする。As the rare gas element added to form the gettering site, one or more selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe are used. These rare gas elements are added by an ion implantation method or an ion doping method, or are incorporated at the same time as the formation of the second semiconductor film.
【0018】また、結晶化を行うための第1の加熱処理
は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノン
アークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウム
ランプ、高圧水銀ランプから選ばれた一種または複数種
からの輻射により行うLRTA法、又は窒素やアルゴン
などの不活性気体を加熱媒質として用いるGRTA法を
採用するか、又は電熱炉を用いたファーネスアニール法
を採用して行う。The first heat treatment for crystallization is performed by radiating one or more of a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, and a high-pressure mercury lamp. LRTA method, a GRTA method using an inert gas such as nitrogen or argon as a heating medium, or a furnace annealing method using an electric heating furnace.
【0019】また、ゲッタリングを行うための第1の加
熱処理は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キ
セノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナト
リウムランプ、高圧水銀ランプから選ばれた一種または
複数種からの輻射により行うLRTA法、又は窒素やア
ルゴンなどの不活性気体を加熱媒質として用いるGRT
A法を採用するか、又は電熱炉を用いたファーネスアニ
ール法を採用して行う。The first heat treatment for gettering is performed by radiation from one or more selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, and a high-pressure mercury lamp. LRTA method or GRT using an inert gas such as nitrogen or argon as a heating medium
The method A is employed, or the furnace annealing method using an electric heating furnace is employed.
【0020】このような作製方法により得られる本発明
の半導体装置は、絶縁表面上に結晶構造を有する半導体
膜を有し、前記半導体膜に含まれる酸素の濃度は5×1
018/cm3以下であり、前記半導体膜の内部又は表面近傍
において、希ガス元素が1×1013〜1×1020/cm3の
濃度で含まれている領域を有することを特徴としてい
る。The semiconductor device of the present invention obtained by such a manufacturing method has a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, and the concentration of oxygen contained in the semiconductor film is 5 × 1.
0 18 / cm 3 or less, characterized by having a region containing a rare gas element at a concentration of 1 × 10 13 to 1 × 10 20 / cm 3 in or near the surface of the semiconductor film. .
【0021】また、他の構成は、絶縁表面上に結晶構造
を有する半導体膜を有する半導体装置において、前記半
導体膜は細い棒状又は細い扁平棒状結晶であり、前記半
導体膜に含まれる酸素の濃度は5×1018/cm3以下であ
り、前記半導体膜の内部又は表面近傍において、希ガス
元素が1×1013〜1×1020/cm3の濃度で含まれてい
る領域を有することを特徴としている。Another structure is a semiconductor device having a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, wherein the semiconductor film is a thin rod-shaped crystal or a thin flat rod-shaped crystal, and the concentration of oxygen contained in the semiconductor film is 5 × 10 18 / cm 3 or less, characterized by having a region containing a rare gas element at a concentration of 1 × 10 13 to 1 × 10 20 / cm 3 inside or near the surface of the semiconductor film. And
【0022】また、他の構成は、絶縁表面上に結晶構造
を有する半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを
有する半導体装置において、前記半導体膜は、前記ゲー
ト電極と重なる領域において、酸素を5×1018/cm3以
下の濃度で含み、かつ、前記半導体膜の内部又は前記ゲ
ート絶縁膜との界面近傍において、希ガス元素が1×1
013〜1×1020/cm3の濃度で含まれている領域を有す
ることを特徴としている。In another structure, in a semiconductor device having a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, a gate insulating film, and a gate electrode, the semiconductor film has a structure in which oxygen overlaps with the gate electrode. At a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or less, and the rare gas element is 1 × 1 in the inside of the semiconductor film or in the vicinity of the interface with the gate insulating film.
It is characterized by having an area contained at a concentration of 0 13 to 1 × 10 20 / cm 3 .
【0023】また、他の構成は、絶縁表面上に結晶構造
を有する半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを
有する半導体装置において、前記半導体膜は、細い棒状
又は細い扁平棒状結晶であり、前記ゲート電極と重なる
領域において、酸素を5×1018/cm3以下の濃度で含
み、かつ、前記半導体膜の内部又は前記ゲート絶縁膜と
の界面近傍において、希ガス元素が1×1013〜1×1
020/cm3の濃度で含まれている領域を有することを特徴
としている。Another structure is a semiconductor device having a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, a gate insulating film, and a gate electrode, wherein the semiconductor film is a thin rod-shaped crystal or a thin flat rod-shaped crystal. In a region overlapping with the gate electrode, oxygen is contained at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or less, and a rare gas element is 1 × 10 13 inside the semiconductor film or near an interface with the gate insulating film. ~ 1 × 1
It is characterized by having an area contained at a concentration of 0 20 / cm 3 .
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】[実施の形態1]以下、図面を参照
して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発
明の一実施形態を説明する図であり、非晶質構造を有す
る半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を全面に添
加して結晶化した後、ゲッタリングを行う方法である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention. A method in which a metal element having a catalytic action is added to the entire surface of a semiconductor film having an amorphous structure, crystallized, and then gettering is performed. is there.
【0025】図1(A)において、基板100はその材
質に特段の限定はないが、好ましくはバリウムホウケイ
酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラス、或いは石英など
を用いることができる。基板100の表面には、ブロッ
キング層101として無機絶縁膜を10〜200nmの厚
さで形成する。好適なブロッキング層の一例は、プラズ
マCVD法で作製される酸化窒化シリコン膜であり、S
iH4、NH3、N2Oから作製される第1酸化窒化シリ
コン膜を50nmの厚さに形成し、SiH4とN2Oから作
製される第2酸化窒化シリコン膜を100nmの厚さに形
成したものを適用する。ブロッキング層101はガラス
基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導
体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を基
板とする場合には省略することも可能である。In FIG. 1A, the material of the substrate 100 is not particularly limited, but barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, quartz, or the like can be preferably used. An inorganic insulating film having a thickness of 10 to 200 nm is formed as a blocking layer 101 on the surface of the substrate 100. One example of a suitable blocking layer is a silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method.
A first silicon oxynitride film made of iH 4 , NH 3 and N 2 O is formed to a thickness of 50 nm, and a second silicon oxynitride film made of SiH 4 and N 2 O is formed to a thickness of 100 nm. Apply the formed one. The blocking layer 101 is provided so that the alkali metal contained in the glass substrate does not diffuse into the semiconductor film formed thereover. The blocking layer 101 can be omitted when quartz is used as the substrate.
【0026】ブロッキング層101の上に形成する非晶
質構造を有する半導体膜(第1の半導体膜)102は、
シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的に
は、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム
膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、
或いはスパッタリング法で10〜100nmの厚さに形成
する。良質な結晶を得るためには、非晶質構造を有する
半導体膜102に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度
を5×1018/cm3以下に低減させておくと良い。これら
の不純物は非晶質半導体の結晶化を妨害する要因とな
り、また結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密
度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料
ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理(電
界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高
真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。A semiconductor film (first semiconductor film) 102 having an amorphous structure formed on the blocking layer 101 is
A semiconductor material containing silicon as a main component is used. Typically, an amorphous silicon film or an amorphous silicon germanium film is applied, and a plasma CVD method, a low-pressure CVD method,
Alternatively, it is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a sputtering method. In order to obtain high-quality crystals, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the semiconductor film 102 having an amorphous structure is preferably reduced to 5 × 10 18 / cm 3 or less. These impurities are factors that hinder the crystallization of the amorphous semiconductor and increase the density of trapping centers and recombination centers even after crystallization. For this purpose, it is desirable to use not only a high-purity material gas but also an ultra-high vacuum-compatible CVD apparatus provided with a mirror surface treatment (electric polishing treatment) in the reaction chamber and an oil-free vacuum exhaust system.
【0027】その後、非晶質構造を有する半導体膜10
2の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素
を添加する。半導体膜の結晶化を促進する触媒作用のあ
る金属元素としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コ
バルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(R
h)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリ
ジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(A
u)などであり、これらから選ばれた一種または複数種
を用いることができる。代表的にはニッケルを用い、重
量換算で1〜100ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル
塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層103を形成す
る。この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、非
晶質構造を有する半導体膜102の表面処理として、オ
ゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜を
フッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な
表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極
薄い酸化膜を形成しておく。シリコンなど半導体膜の表
面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成してお
くことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布すること
ができる。Thereafter, the semiconductor film 10 having an amorphous structure
To the surface of 2, a metal element having a catalytic action to promote crystallization is added. Metal elements having a catalytic action to promote crystallization of a semiconductor film include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), and rhodium (R).
h), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), copper (Cu), gold (A
u) and the like, and one or more selected from them can be used. Typically, nickel is used, and a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm by weight of nickel is applied by a spinner to form the catalyst-containing layer 103. In this case, in order to improve the familiarity of the solution, as a surface treatment of the semiconductor film 102 having an amorphous structure, an extremely thin oxide film is formed using an aqueous solution containing ozone, and the oxide film is formed using hydrofluoric acid and aqueous hydrogen peroxide. After forming a clean surface by etching with a mixed solution of the above, an ultrathin oxide film is formed by treating again with an ozone-containing aqueous solution. Since the surface of a semiconductor film such as silicon is hydrophobic in nature, a nickel acetate solution can be uniformly applied by forming an oxide film in this manner.
【0028】勿論、触媒含有層103はこのような方法
に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処
理などにより形成しても良い。また、触媒含有層103
は非晶質構造を有する半導体膜102を形成する前、即
ちブロッキング層101上に形成しておいても良い。Of course, the catalyst-containing layer 103 is not limited to such a method, and may be formed by a sputtering method, an evaporation method, a plasma treatment, or the like. Further, the catalyst containing layer 103
May be formed before forming the semiconductor film 102 having an amorphous structure, that is, on the blocking layer 101.
【0029】非晶質構造を有する半導体膜102と触媒
含有層103とを接触した状態を保持したまま結晶化の
ための加熱処理を行う。加熱処理の方法としては、電熱
炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、
メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボ
ンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどを用いた瞬間熱アニール(Rapid Thermal Anneal
ing)法(LRTA法)を採用する。または、ガス加熱
方式の瞬間熱アニール法(GRTA法)を採用する。生
産性を考慮すると、LRTA法又はGRTA法を採用す
ることが好ましいと考えられる。A heat treatment for crystallization is performed while the semiconductor film 102 having an amorphous structure and the catalyst-containing layer 103 are kept in contact with each other. Examples of the heat treatment method include a furnace annealing method using an electric heating furnace, a halogen lamp,
Rapid thermal annealing using a metal halide lamp, xenon arc lamp, carbon arc lamp, high pressure sodium lamp, high pressure mercury lamp, etc.
ing) method (LRTA method). Alternatively, a gas heating type rapid thermal annealing method (GRTA method) is employed. Considering productivity, it is considered preferable to employ the LRTA method or the GRTA method.
【0030】LRTA法で行う場合には、加熱用のラン
プ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯さ
せ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。
ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜
が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは650〜
750℃程度にまで加熱されるようにする。このような
高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱される
のみであり、基板100はそれ自身が歪んで変形するこ
とはない。こうして、非晶質構造を有する半導体膜を結
晶化させ、図1(B)に示す結晶構造を有する半導体膜
(第1の半導体膜)104を得ることができるが、この
ような処理で結晶化できるのは触媒含有層を設けること
によりはじめて達成できるものである。When the LRTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and the lighting is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times.
Although the light emission intensity of the lamp light source is arbitrary, the semiconductor film instantaneously has a temperature of 600 to 1000 ° C., preferably 650 to 1000 ° C.
Heat to about 750 ° C. Even at such a high temperature, the semiconductor film is only heated instantaneously, and the substrate 100 itself is not distorted and deformed. In this manner, the semiconductor film having an amorphous structure is crystallized, so that a semiconductor film (first semiconductor film) 104 having a crystal structure illustrated in FIG. 1B can be obtained. This can be achieved only by providing a catalyst-containing layer.
【0031】その他の方法としてファーネスアニール法
を用いる場合には、加熱処理に先立ち、500℃にて1
時間程度の加熱処理を行い、非晶質構造を有する半導体
膜102が含有する水素を放出させておく。そして、電
熱炉を用いて窒素雰囲気中にて550〜600℃、好ま
しくは580℃で4時間の加熱処理を行い結晶化を行
う。こうして、図1(B)に示す結晶構造を有する半導
体膜(第1の半導体膜)104を形成する。In the case where the furnace annealing method is used as another method, one hour at 500 ° C. prior to the heat treatment.
Heat treatment is performed for about time to release hydrogen contained in the semiconductor film 102 having an amorphous structure. Then, crystallization is performed by performing a heat treatment at 550 to 600 ° C., preferably 580 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere using an electric furnace. Thus, a semiconductor film (first semiconductor film) 104 having a crystal structure illustrated in FIG. 1B is formed.
【0032】さらに結晶化率(膜の全体積又は面積当た
りに占める結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残され
る欠陥を補修するためには、図1(C)で示すように結
晶構造を有する半導体膜104に対して連続発振または
パルス発振のレーザー光を照射することも有効である。
レーザーには波長400nm以下のエキシマレーザー光
や、固体レーザーであるYAGレーザー、YVO4レー
ザー、YAlO3レーザーまたはYLFレーザーの第2
高調波、第3高調波を用いる。連続発振レーザー光は、
上述の固体レーザーの第2高調波、第3高調波を線状又
は楕円状に集光し照射する。In order to further increase the crystallization rate (the ratio of the crystal component to the total volume or area of the film) and to repair the defects remaining in the crystal grains, the crystal structure is increased as shown in FIG. Irradiating continuous oscillation or pulse oscillation laser light to the semiconductor film 104 having the
The excimer laser light or less than the wavelength 400nm for laser, YAG laser is a solid laser, YVO 4 laser, YAlO 3 laser or YLF second laser
Harmonics and third harmonics are used. The continuous wave laser light is
The second and third harmonics of the above-described solid-state laser are condensed and irradiated in a linear or elliptical shape.
【0033】連続発振型のYVO4レーザーを用いる場
合には、波長変換素子により第2高調波に変換し、10
Wのエネルギービームを1〜100cm/secの速度で走査
して結晶化させる。When a continuous wave YVO 4 laser is used, it is converted to a second harmonic by a wavelength conversion element and
Crystallization is performed by scanning with an energy beam of W at a speed of 1 to 100 cm / sec.
【0034】パルス発振のエキシマレーザーを用いる場
合には、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルス
レーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて100
〜400mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラッ
プ率をもって結晶構造を有する半導体膜104に対する
レーザー処理を行っても良い。In the case of using a pulse oscillation excimer laser, a pulse laser beam having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, and the laser beam is irradiated by an optical system for 100 times.
Laser processing may be performed on the semiconductor film 104 having a crystal structure with a concentration of about 400 mJ / cm 2 and an overlap ratio of 90 to 95%.
【0035】このようにして得られる結晶構造を有する
半導体膜(第1の半導体膜)105には、触媒元素(こ
こではニッケル)が残存している。それは膜中において
一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、
1×1019/cm3を越える濃度で残存している。勿論、こ
のような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成
することが可能であるが、以降に示す方法でゲッタリン
グにより当該元素を除去する。In the semiconductor film (first semiconductor film) 105 having a crystal structure obtained in this way, a catalytic element (here, nickel) remains. It is not evenly distributed in the film, but as an average concentration,
It remains at a concentration exceeding 1 × 10 19 / cm 3 . Of course, even in such a state, various semiconductor elements including the TFT can be formed. However, the element is removed by gettering by a method described below.
【0036】まず、図1(D)に示すように結晶構造を
有する半導体膜105の表面に薄いバリア層106を形
成する。バリア層の厚さは特に限定されないが、簡便に
はオゾン水で処理することにより形成されるケミカルオ
キサイドで代用しても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸な
どと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様
にケミカルオキサイドを形成することができる。他の方
法としては、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含
有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸
化処理を行っても良い。また、クリーンオーブンを用
い、200〜350℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成
しバリア層としても良い。或いは、プラズマCVD法や
スパッタリング法、蒸着法などで1〜5nm程度の酸化膜
を堆積してバリア層としても良い。First, as shown in FIG. 1D, a thin barrier layer 106 is formed on the surface of a semiconductor film 105 having a crystal structure. The thickness of the barrier layer is not particularly limited, but may be simply replaced with a chemical oxide formed by treatment with ozone water. Alternatively, chemical oxides can be formed similarly by treating with an aqueous solution in which a hydrogen peroxide solution is mixed with sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or the like. As another method, the plasma treatment in an oxidizing atmosphere or the oxidation treatment by generating ozone by ultraviolet irradiation in an oxygen-containing atmosphere may be performed. Further, a barrier layer may be formed by heating to about 200 to 350 ° C. using a clean oven to form a thin oxide film. Alternatively, an oxide film of about 1 to 5 nm may be deposited as a barrier layer by a plasma CVD method, a sputtering method, an evaporation method, or the like.
【0037】その上にプラズマCVD法や高周波スパッ
タリング法で半導体膜(第2の半導体膜)107を25
〜250nmの厚さで形成する。代表的には非晶質シリコ
ン膜を選択する。この半導体膜107は後に除去するの
で、結晶構造を有する半導体膜105とエッチングの選
択比を高くするため、密度の低い膜としておくことが望
ましい。例えば、非晶質シリコン膜をプラズマCVD法
で形成する場合には、基板温度を100〜200℃程度
として、膜中に水素を25〜40原子%含ませておく。
スパッタリング法を採用する場合も同様であり、基板温
度を200℃以下としてアルゴンと水素の混合ガスでス
パッタすることにより水素を多量に膜中に含ませること
ができる。また、スパッタリング法やプラズマCVD法
で成膜時に希ガス元素を添加させておくと、膜中に希ガ
ス元素を同時に取り込ませることができる。こうして取
り込まれる希ガス元素をもっても、ゲッタリングサイト
を形成することができる。A semiconductor film (second semiconductor film) 107 is formed thereon by plasma CVD or high-frequency sputtering.
It is formed with a thickness of about 250 nm. Typically, an amorphous silicon film is selected. Since the semiconductor film 107 is removed later, it is preferable that the film be low in density in order to increase the etching selectivity with respect to the semiconductor film 105 having a crystal structure. For example, when an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method, the substrate temperature is set to about 100 to 200 ° C., and 25 to 40 atomic% of hydrogen is contained in the film.
The same applies to the case where the sputtering method is employed. A large amount of hydrogen can be contained in a film by sputtering at a substrate temperature of 200 ° C. or lower with a mixed gas of argon and hydrogen. When a rare gas element is added at the time of film formation by a sputtering method or a plasma CVD method, the rare gas element can be incorporated into the film at the same time. A gettering site can be formed with the rare gas element thus taken in.
【0038】その後、イオンドープ法又はイオン注入法
により、半導体膜107に希ガス元素が1×1020〜
2.5×1022/cm3の濃度で含まれるように添加する。
加速電圧は任意なものとするが、希ガス元素であるため
注入される希ガスのイオンが半導体膜107とバリア層
106を通り抜け、一部が結晶構造を有する半導体膜1
05にまで達しても構わない。希ガス元素は半導体膜中
でそれ自体は不活性であるため、半導体膜105の表面
近傍において1×1013〜1×1020/cm3程度の濃度で
含まれている領域があっても、素子特性にさほど影響は
ない。Thereafter, the rare gas element is added to the semiconductor film 107 in an amount of 1 × 10 20 or less by ion doping or ion implantation.
It is added so as to be contained at a concentration of 2.5 × 10 22 / cm 3 .
Although the acceleration voltage is arbitrary, the ions of the rare gas to be implanted pass through the semiconductor film 107 and the barrier layer 106 because it is a rare gas element, and a part of the semiconductor film 1 has a crystalline structure.
You can reach 05. Since the rare gas element itself is inert in the semiconductor film, even if there is a region near the surface of the semiconductor film 105 at a concentration of about 1 × 10 13 to 1 × 10 20 / cm 3 , There is no significant effect on device characteristics.
【0039】希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネ
オン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(K
r)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種
を用いる。本発明はゲッタリングサイトを形成するため
にこれら希ガス元素をイオンソースとして用い、イオン
ドープ法或いはイオン注入法で半導体膜に注入すること
に特徴を有している。これら希ガス元素のイオンを注入
する意味は二つある。一つは注入によりダングリングボ
ンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の
一つは半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで
歪みを与えることである。不活性気体のイオンを注入は
この両者を同時に満たすことができるが、特に後者はア
ルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(X
e)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時
に顕著に得られる。Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (K)
r) or one or more selected from xenon (Xe). The present invention is characterized in that these rare gas elements are used as an ion source to form a gettering site and are implanted into a semiconductor film by an ion doping method or an ion implantation method. There are two meanings to implant ions of these rare gas elements. One is to form a dangling bond by implantation to give a strain to the semiconductor film, and the other is to give a strain by implanting the ion between lattices of the semiconductor film. Injection of an inert gas ion can satisfy both of them simultaneously, but in particular, the latter is argon (Ar), krypton (Kr), xenon (X
This is remarkably obtained when an element having a larger atomic radius than silicon, such as e), is used.
【0040】ゲッタリングを確実に成し遂げるにはその
後加熱処理をすることが必要となる。加熱処理はファー
ネスアニール法やLRTA法又はGRTA法で行う。フ
ァーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて
450〜600℃で0.5〜12時間の加熱処理を行
う。また、LRTA法を用いる場合には、加熱用のラン
プ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯さ
せ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。
ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜
が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜
750℃程度にまで加熱されるようにする。In order to surely achieve the gettering, it is necessary to perform a heat treatment thereafter. The heat treatment is performed by a furnace annealing method, an LRTA method, or a GRTA method. In the case of performing the furnace annealing method, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 600 ° C. for 0.5 to 12 hours. When the LRTA method is used, a lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times.
Although the light emission intensity of the lamp light source is arbitrary, the semiconductor film is instantaneously at 600 to 1000 ° C., preferably 700 to 1000 ° C.
Heat to about 750 ° C.
【0041】ゲッタリングは、被ゲッタリング領域(捕
獲サイト)にある触媒元素が熱エネルギーにより放出さ
れ、拡散によりゲッタリングサイトに移動する。従っ
て、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温である
ほど短時間でゲッタリングが進むことになる。図1
(E)において矢印で示すように、触媒元素が移動する
方向は半導体膜の厚さ程度の距離であり、ゲッタリング
は比較的短時間で完遂する。処理温度の上限は基板の耐
熱性や、半導体膜107に含まれる希ガス元素が熱的に
離脱しない温度を考慮する必要があり、ガラス基板を用
いる場合には、ファーネスアニール法で行う場合には7
00℃以下、LRTA法又はGRTA法で行う場合には
800℃以下とすべきである。勿論、石英基板を用いる
場合には、瞬間的に1000℃まで加熱することもでき
る。In the gettering, the catalytic element in the region to be gettered (capture site) is released by thermal energy and moves to the gettering site by diffusion. Therefore, gettering depends on the processing temperature, and the higher the temperature, the faster the gettering proceeds. FIG.
As shown by the arrow in (E), the direction in which the catalytic element moves is a distance of about the thickness of the semiconductor film, and the gettering is completed in a relatively short time. The upper limit of the processing temperature needs to consider the heat resistance of the substrate and the temperature at which the rare gas element contained in the semiconductor film 107 is not thermally released. When a glass substrate is used, when the furnace annealing is used, 7
The temperature should be lower than or equal to 00 ° C., and lower than or equal to 800 ° C. when performing the LRTA or GRTA method. Of course, when a quartz substrate is used, it can be instantaneously heated to 1000 ° C.
【0042】尚、この加熱処理によっても1×1020/c
m3以上の濃度で希ガス元素を含む半導体膜107は結晶
化することはない。これは、希ガス元素が上記処理温度
の範囲においても再放出されず膜中に残存して、半導体
膜の結晶化を阻害するためであると考えられる。It should be noted that even with this heat treatment, 1 × 10 20 / c
The semiconductor film 107 containing a rare gas element at a concentration of m 3 or more does not crystallize. This is considered to be because the rare gas element is not re-emitted even in the above-mentioned processing temperature range and remains in the film to inhibit crystallization of the semiconductor film.
【0043】その後、非晶質半導体107を選択的にエ
ッチングして除去する。エッチングの方法としては、C
lF3によるプラズマを用いないドライエッチング、或
いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロ
オキサイド(化学式 (CH3)4NOH)を含む水溶液
などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うこと
ができる。この時バリア層106はエッチングストッパ
ーとして機能する。また、バリア層106はその後フッ
酸により除去すれば良い。Thereafter, the amorphous semiconductor 107 is selectively etched and removed. As an etching method, C
Dry etching without plasma using IF 3 or wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH 3 ) 4 NOH) can be performed. At this time, the barrier layer 106 functions as an etching stopper. After that, the barrier layer 106 may be removed with hydrofluoric acid.
【0044】こうして図1(F)に示すように触媒元素
の濃度が1×1017/cm3以下にまで減じられた結晶構造
を有する半導体膜108を得ることができる。こうして
形成された結晶構造を有する半導体膜108は、触媒元
素の作用により細い棒状又は細い扁平棒状結晶として形
成され、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方
向性をもって成長している。このような結晶構造を有す
る半導体膜108はTFTの活性層のみでなく、フォト
センサや太陽電池の光電変換層にも適用することができ
る。また、SOI(Silicon on Insulator)構造の半導体
層に対するゲッタリング処理に適用することもできる。In this manner, as shown in FIG. 1F, a semiconductor film 108 having a crystal structure in which the concentration of the catalytic element is reduced to 1 × 10 17 / cm 3 or less can be obtained. The semiconductor film 108 having the crystal structure thus formed is formed as a thin rod-shaped crystal or a thin flat rod-shaped crystal by the action of a catalytic element, and each crystal grows in a specific direction when viewed macroscopically. The semiconductor film 108 having such a crystal structure can be applied to not only an active layer of a TFT but also a photoelectric conversion layer of a photosensor or a solar cell. Further, the present invention can be applied to a gettering process for a semiconductor layer having an SOI (Silicon on Insulator) structure.
【0045】[実施の形態2]図11は本発明の一実施形
態を説明する図であり、加熱処理により結晶構造を有す
る半導体膜を形成した後、ゲッタリングを行い、さらに
レーザー光など強光の照射により結晶性を向上させる方
法について説明する。尚、図11では実施の形態1にお
いて説明に用いた図1と共通する符号を用いて説明す
る。[Embodiment 2] FIG. 11 is a view for explaining an embodiment of the present invention. After a semiconductor film having a crystal structure is formed by heat treatment, gettering is performed, and further, intense light such as laser light is applied. A method for improving the crystallinity by the irradiation of the light will be described. In FIG. 11, the description will be made using the same reference numerals as those in FIG. 1 used in the description of the first embodiment.
【0046】図11(A)及び図11(B)は実施の形
態1と同様の工程であり、基板100上にブロッキング
層101、非晶質構造を有する半導体膜102、触媒元
素を含有する層103を形成した後、加熱処理により結
晶構造を有する半導体膜104を形成する。FIGS. 11A and 11B show a process similar to that of the first embodiment, in which a blocking layer 101, a semiconductor film 102 having an amorphous structure, and a layer containing a catalyst element are formed on a substrate 100. After the formation of the semiconductor film 103, a semiconductor film 104 having a crystal structure is formed by heat treatment.
【0047】その後、図11(C)に示すように、結晶
構造を有する半導体膜(第1の半導体膜)104の表面
にバリア層106を形成し、さらに半導体膜107を形
成する。半導体膜107には希ガス元素をイオン注入法
又はイオンドープ法で1×1020〜2.5×1022/cm3
の濃度で含まれるように添加する。Thereafter, as shown in FIG. 11C, a barrier layer 106 is formed on the surface of the semiconductor film (first semiconductor film) 104 having a crystal structure, and further a semiconductor film 107 is formed. A rare gas element is ion-implanted or ion-doped into the semiconductor film 107 at 1 × 10 20 to 2.5 × 10 22 / cm 3.
To be contained at a concentration of
【0048】そして、図11(D)に示すように加熱処
理をファーネスアニール法やLRTA法又はGRTA法
で行う。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰
囲気中にて450〜600℃で0.5〜12時間の加熱
処理を行う。また、LRTA法を用いる場合には、加熱
用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒
点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り
返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半
導体膜が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは7
00〜750℃程度にまで加熱されるようにする。ま
た、連続発振またはパルス発振のYAGレーザー、YL
Fレーザー、YVO4レーザーの第2高調波(波長53
2nm)を照射してもゲッタリングを行うことができる。
ゲッタリングは、捕獲サイトにある触媒元素が熱エネル
ギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに
移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、
より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことに
なる。図11(D)において矢印で示すように、触媒元
素が移動する方向は半導体膜の厚さ程度の距離であり、
ゲッタリングは比較的短時間で完遂する。Then, as shown in FIG. 11D, heat treatment is performed by furnace annealing, LRTA, or GRTA. In the case of performing the furnace annealing method, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 600 ° C. for 0.5 to 12 hours. When the LRTA method is used, a lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The light emission intensity of the lamp light source is arbitrary.
Heat to about 00 to 750 ° C. In addition, a continuous oscillation or pulse oscillation YAG laser, YL
Second harmonic of F laser and YVO 4 laser (wavelength 53
(2 nm), gettering can be performed.
In gettering, the catalytic element at the capture site is released by thermal energy and moves to the gettering site by diffusion. Therefore, gettering depends on the processing temperature,
The higher the temperature, the faster gettering proceeds. As shown by the arrow in FIG. 11D, the direction in which the catalyst element moves is a distance about the thickness of the semiconductor film,
Gettering is completed in a relatively short time.
【0049】尚、この加熱処理によっても、1×1020
/cm3以上の濃度で希ガス元素を含む半導体膜(第2の半
導体膜)107は結晶化することはない。これは、希ガ
ス元素が上記処理温度の範囲においても再放出されず膜
中に残存して、半導体膜の結晶化を阻害するためである
と考えられる。It should be noted that even with this heat treatment, 1 × 10 20
The semiconductor film (second semiconductor film) 107 containing a rare gas element at a concentration of / cm 3 or more does not crystallize. This is considered to be because the rare gas element is not re-emitted even in the above-mentioned processing temperature range and remains in the film to inhibit crystallization of the semiconductor film.
【0050】その後、半導体膜107を選択的にエッチ
ングして除去する。エッチングの方法としては、ClF
3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いは
ヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキ
サイド(化学式 (CH3)4NOH)を含む水溶液など
アルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことがで
きる。この時バリア層106はエッチングストッパーと
して機能する。また、バリア層106はその後フッ酸に
より除去すれば良い。After that, the semiconductor film 107 is selectively etched and removed. As an etching method, ClF
3 can be performed by dry etching without using plasma, or wet etching with an alkali solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH 3 ) 4 NOH). At this time, the barrier layer 106 functions as an etching stopper. After that, the barrier layer 106 may be removed with hydrofluoric acid.
【0051】さらに結晶化率(膜の全体積における結晶
成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修す
るためには、図11(E)で示すように結晶構造を有す
る半導体膜104に対してレーザー光を照射することも
有効である。レーザーには波長400nm以下のエキシマ
レーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調
波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数10〜1
000Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー
光を光学系にて100〜400mJ/cm2に集光し、90〜
95%のオーバーラップ率をもって照射し、結晶構造を
有する半導体膜111を形成する。In order to further increase the crystallization ratio (the ratio of crystal components in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains, a semiconductor film having a crystal structure as shown in FIG. It is also effective to irradiate 104 with laser light. An excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less, or a second or third harmonic of a YAG laser is used as the laser. In any case, the repetition frequency is 10 to 1
Using a pulse laser light of about 000 Hz, the laser light is focused to 100 to 400 mJ / cm 2 by an optical system,
Irradiation is performed at an overlap rate of 95% to form a semiconductor film 111 having a crystal structure.
【0052】[実施の形態3]図14は本発明の一実施形
態を説明する図であり、非晶質構造を有する半導体膜の
全面に触媒作用のある金属元素を全面に添加し結晶化す
ると共にゲッタリングを同時に行う方法である。[Embodiment 3] FIG. 14 is a view for explaining an embodiment of the present invention, in which a metal element having a catalytic action is added to the entire surface of a semiconductor film having an amorphous structure and crystallized. And gettering at the same time.
【0053】まず、図14(A)に示すように、ブロッ
キング層301上に触媒元素含有層302を形成する。
これは、触媒元素を含む水溶液またはアルコール液をス
ピナーで塗布しても良いし、スパッタリング法、蒸着
法、プラズマ処理などにより形成しても良い。First, as shown in FIG. 14A, a catalytic element containing layer 302 is formed on a blocking layer 301.
This may be formed by applying an aqueous solution or an alcohol solution containing a catalytic element by a spinner, or may be formed by a sputtering method, an evaporation method, a plasma treatment, or the like.
【0054】その後、図14(B)に示すように非晶質
構造を有する半導体膜(第1の半導体膜)303を、プ
ラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタリング
法で10〜100nmの厚さに形成する。さらにバリア層
304を形成する。これらの形成方法は実施の形態1と
同様にする。Thereafter, as shown in FIG. 14B, a semiconductor film (first semiconductor film) 303 having an amorphous structure is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. Formed. Further, a barrier layer 304 is formed. These forming methods are the same as in the first embodiment.
【0055】図14(C)で示すように、その上にプラ
ズマCVD法やスパッタリング法で半導体膜(第2の半
導体膜)305を25〜250nmの厚さで形成する。代
表的には非晶質シリコン膜を選択する。この半導体膜3
05は、やはり後に除去するので、密度の低い膜として
おくことが望ましい。As shown in FIG. 14C, a semiconductor film (second semiconductor film) 305 is formed thereon with a thickness of 25 to 250 nm by a plasma CVD method or a sputtering method. Typically, an amorphous silicon film is selected. This semiconductor film 3
Since 05 is also removed later, it is desirable to form a film having a low density.
【0056】その後、イオンドープ法又はイオン注入法
により、半導体膜305に希ガス元素が1×1020〜
2.5×1022/cm3の濃度で含まれるように添加する。
加速電圧は任意なものとするが、希ガス元素であるため
注入される希ガスのイオンが半導体膜305とバリア層
304を通り抜け、一部が非晶質構造を有する半導体膜
303にまで達しても構わない。希ガス元素は半導体膜
中でそれ自体は不活性であるため、当該半導体膜303
の表面近傍において1×1018〜1×1020/cm3程度の
濃度で含まれている領域があっても、素子特性にさほど
影響はない。Thereafter, the rare gas element is added to the semiconductor film 305 in an amount of 1 × 10 20-
It is added so as to be contained at a concentration of 2.5 × 10 22 / cm 3 .
Although the acceleration voltage is arbitrary, the ions of the rare gas to be implanted pass through the semiconductor film 305 and the barrier layer 304 because of the rare gas element, and reach a part of the semiconductor film 303 having an amorphous structure. No problem. Since the rare gas element itself is inert in the semiconductor film, the semiconductor film 303
Even when a region in the vicinity of the surface of the contained at a concentration of about 1 × 10 18 ~1 × 10 20 / cm 3, not significantly affect device characteristics.
【0057】そして、図14(D)に示すように加熱処
理を行う。加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるフ
ァーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークラン
プ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用い
たLRTA法で行う。又は、窒素、アルゴンなどを加熱
媒質として用いるGRTA法で行う。Then, a heat treatment is performed as shown in FIG. The heat treatment is performed by a furnace annealing method using an electric heating furnace or an LRTA method using a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, a high-pressure mercury lamp, or the like. Alternatively, the heat treatment is performed by a GRTA method using nitrogen, argon, or the like as a heating medium.
【0058】LRTA法で行う場合には、加熱用のラン
プ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯さ
せ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。
ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜
が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは650〜
750℃程度にまで加熱されるようにする。このような
高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱される
のみであり、基板100はそれ自身が歪んで変形するこ
とはない。また、ファーネスアニール法を用いる場合に
は、加熱処理に先立ち、500℃にて1時間程度の加熱
処理を行い、非晶質構造を有する半導体膜303が含有
する水素を放出させておく。そして、電熱炉を用いて窒
素雰囲気中にて550〜600℃、好ましくは580℃
で4時間の加熱処理を行い結晶化を行う。When the LRTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and the lighting is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times.
The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously at 600 to 1000 ° C., preferably 650 to 1000 ° C.
Heat to about 750 ° C. Even at such a high temperature, the semiconductor film is only heated instantaneously, and the substrate 100 itself is not distorted and deformed. In the case of using the furnace annealing method, heat treatment is performed at 500 ° C. for about 1 hour before the heat treatment to release hydrogen contained in the semiconductor film 303 having an amorphous structure. Then, using an electric furnace, in a nitrogen atmosphere at 550 to 600 ° C, preferably 580 ° C.
For 4 hours for crystallization.
【0059】この加熱処理により、触媒元素が非晶質構
造を有する半導体膜303に染みだし、結晶化させなが
ら半導体膜305に向かって(図14(D)の矢印30
7の方向)拡散する。これにより1回の加熱処理で結晶
化とゲッタリングが同時に行われる。By this heat treatment, the catalyst element seeps into the semiconductor film 303 having an amorphous structure, and is crystallized toward the semiconductor film 305 (arrow 30 in FIG. 14D).
7 direction) diffuse. Thereby, crystallization and gettering are performed simultaneously by one heat treatment.
【0060】その後、半導体膜305を選択的にエッチ
ングして除去する。エッチングの方法としては、ClF
3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いは
ヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキ
サイド(化学式 (CH3)4NOH)を含む水溶液など
アルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことがで
きる。この時バリア層304はエッチングストッパーと
して機能する。また、バリア層304はその後フッ酸に
より除去すれば良い。After that, the semiconductor film 305 is selectively etched and removed. As an etching method, ClF
3 can be performed by dry etching without using plasma, or wet etching with an alkali solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH 3 ) 4 NOH). At this time, the barrier layer 304 functions as an etching stopper. The barrier layer 304 may be removed with hydrofluoric acid thereafter.
【0061】図14(E)に示すように触媒元素の濃度
が1×1017/cm3以下にまで減じられた結晶構造を有す
る半導体膜(第1の半導体膜)306を得ることができ
る。この結晶構造を有する半導体膜306の結晶性を高
めるためには、実施の形態1と同様にレーザー光を照射
しても良い。As shown in FIG. 14E, a semiconductor film (first semiconductor film) 306 having a crystal structure in which the concentration of the catalytic element has been reduced to 1 × 10 17 / cm 3 or less can be obtained. In order to increase the crystallinity of the semiconductor film 306 having this crystal structure, laser light irradiation may be performed as in Embodiment 1.
【0062】こうして形成される結晶構造を有する半導
体膜306は、触媒元素の作用により細い棒状又は細い
扁平棒状結晶として形成され、その各々の結晶は巨視的
に見ればある特定の方向性をもって成長している。この
ような結晶構造を有する半導体膜306はTFTの活性
層のみでなく、フォトセンサや太陽電池の光電変換層に
も適用することができる。The semiconductor film 306 having a crystal structure thus formed is formed as a thin rod-shaped or thin flat rod-shaped crystal by the action of a catalytic element. ing. The semiconductor film 306 having such a crystal structure can be applied to not only an active layer of a TFT but also a photoelectric conversion layer of a photosensor or a solar cell.
【0063】[実施の形態4]実施の形態1又は2におい
て、基板101にブロッキング層、非晶質構造を有する
半導体膜102を形成した後、図2に示すように、非晶
質構造を有する半導体膜102の表面に薄いバリア層1
09を形成し、イオンドープ法またはイオン注入法によ
り1×1016〜1×1018/cm3程度のアクセプタ又はド
ナーを添加しても良い。これは、非晶質構造を有する半
導体膜102が結晶化した後の半導体膜の価電子制御を
目的としたものであり、例えば、TFTのしきい値電圧
を制御する場合に適用することができる。[Embodiment 4] In Embodiment 1 or 2, after a blocking layer and a semiconductor film 102 having an amorphous structure are formed on a substrate 101, as shown in FIG. Thin barrier layer 1 on the surface of semiconductor film 102
09, and an acceptor or donor of about 1 × 10 16 to 1 × 10 18 / cm 3 may be added by an ion doping method or an ion implantation method. This is for the purpose of controlling the valence electrons of the semiconductor film after the semiconductor film 102 having an amorphous structure is crystallized, and can be applied, for example, when controlling the threshold voltage of a TFT. .
【0064】その後は実施に形態1又は2と同様にして
結晶構造を有する半導体膜を形成すれば良い。或いは、
実施の形態3と同様にして図14(B)以降の工程を行
い、結晶構造を有する半導体膜を形成すれば良い。Thereafter, a semiconductor film having a crystal structure may be formed in the same manner as in Embodiment Mode 1 or 2. Or,
The steps after FIG. 14B may be performed in the same manner as in Embodiment Mode 3 to form a semiconductor film having a crystal structure.
【0065】[実施の形態5]実施の形態1乃至3におい
て、図3に示すように結晶構造を有する半導体膜を形成
した後に、イオンドープ法またはイオン注入法により1
×1016〜1×10 18/cm3程度のアクセプタ又はドナー
を添加しても良い。これは、結晶構造を有する半導体膜
の価電子制御を目的としたものであり、実施の形態4と
同様に、TFTのしきい値電圧を制御する場合に適用す
ることができる。[Embodiment 5] In Embodiments 1 to 3,
To form a semiconductor film having a crystal structure as shown in FIG.
After that, 1 is formed by ion doping or ion implantation.
× 1016~ 1 × 10 18/cmThreeDegree of acceptor or donor
May be added. This is a semiconductor film with a crystalline structure
The purpose of the present invention is to control the valence electrons of
Similarly, it is applied when controlling the threshold voltage of a TFT.
Can be
【0066】ここで添加された一導電型の不純物元素
は、400〜600℃に加熱処理により活性化し、アク
セプタ又はドナーとして機能させることができる。The one conductivity type impurity element added here is activated by heat treatment at 400 to 600 ° C., and can function as an acceptor or a donor.
【0067】[0067]
【実施例】[実施例1]本発明を用いて同一基板上に画素
部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャ
ネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製す
る方法の一例について図4乃至図8と図10を用いて説
明する。[Embodiment 1] An example of a method for simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion on the same substrate by using the present invention. Will be described with reference to FIGS. 4 to 8 and FIG.
【0068】図4(A)において、基板201はガラス
基板、石英基板、セラミック基板などを用いることがで
きる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス
基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。ガ
ラス基板を用いる場合には、厚さが0.5〜1.1mmの
ものが採用されるが、軽量化を目的とすると厚さは薄く
する必要がある。また、さらに軽量化を図るには比重が
2.37g/ccと小さいものを採用することが望ましい。In FIG. 4A, a substrate 201 can be a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate on which an insulating film is formed may be used. When a glass substrate is used, one having a thickness of 0.5 to 1.1 mm is adopted, but it is necessary to reduce the thickness for the purpose of weight reduction. In order to further reduce the weight, it is desirable to use a material having a specific gravity as small as 2.37 g / cc.
【0069】そして、図4(A)に示すように基板20
1上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜(SiOxNy)等の絶縁膜から成るブロッキ
ング層202を形成する。代表的な一例はブロッキング
層202として2層構造から成り、SiH4、NH3、及
びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリ
コン膜202aを50〜100nm、SiH4、及びN2O
を反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜2
02bを100〜150nmの厚さに積層形成する構造が
採用される。Then, as shown in FIG.
A blocking layer 202 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is formed on 1. A typical example has a two-layer structure as the blocking layer 202. The first silicon oxynitride film 202a formed by using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as a reaction gas has a thickness of 50 to 100 nm, SiH 4 , and N 2. 2 O
Silicon oxynitride film 2 formed by using as a reaction gas
02b having a thickness of 100 to 150 nm.
【0070】活性層とする半導体膜は、実施の形態1乃
至5のいずれかにより作製される結晶構造を有する半導
体膜を用い、それを島状に分割して半導体膜203〜2
06を形成する。この半導体膜の厚さは20〜100n
m、好ましくは30〜60nmとする。As a semiconductor film used as an active layer, a semiconductor film having a crystal structure manufactured according to any one of Embodiment Modes 1 to 5 is used.
06 is formed. The thickness of this semiconductor film is 20 to 100 n
m, preferably 30 to 60 nm.
【0071】次いで、島状に分離された半導体層203
〜206を覆うゲート絶縁膜207を形成する。ゲート
絶縁膜207は、プラズマCVD法やスパッタリング法
で形成し、その厚さを40〜150nmとしてシリコンを
含む絶縁膜で形成する。勿論、このゲート絶縁膜は、シ
リコンを含む絶縁膜を単層或いは積層構造として用いる
ことができる。酸化シリコン膜を用いる場合には、プラ
ズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho Silicat
e)とO2を混合し、反応圧力40Pa、基板温度300
〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度
0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができ
る。このようにして作製される酸化シリコン膜は、形成
後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜と
して良好な特性を得ることができる。Next, the semiconductor layer 203 separated into islands is formed.
The gate insulating film 207 covering the layers 206 to 206 is formed. The gate insulating film 207 is formed by a plasma CVD method or a sputtering method, and has a thickness of 40 to 150 nm and is formed of an insulating film containing silicon. Of course, as the gate insulating film, an insulating film containing silicon can be used as a single layer or a stacked structure. When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Ortho Silicon
e) and O 2 were mixed, the reaction pressure was 40 Pa, and the substrate temperature was 300.
It can be formed by discharging at a high-frequency (13.56 MHz) power density of 0.5 to 0.8 W / cm 2 . The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. after formation.
【0072】ゲート絶縁膜207上には膜厚20〜10
0nmの第1の導電膜として窒化タンタル(TaN)20
8と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜としてタン
グステン(W)209とを積層形成する。ゲート電極を
形成するための導電性材料としてはTa、W、Ti、M
o、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主
成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。ま
た、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコ
ン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、第1
の導電膜をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜
をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル
(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組
み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で
形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとして
もよい。On the gate insulating film 207, a film thickness of 20 to 10
Tantalum nitride (TaN) 20 as a first conductive film of 0 nm
8 and tungsten (W) 209 as a second conductive film having a thickness of 100 to 400 nm. Ta, W, Ti, M are used as conductive materials for forming the gate electrode.
It is formed of an element selected from o, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Also, the first
Is formed of a tantalum (Ta) film, the second conductive film is a W film, the first conductive film is formed of a tantalum nitride (TaN) film, and the second conductive film is formed of an Al film. Alternatively, the first conductive film may be formed of a tantalum nitride (TaN) film and the second conductive film may be formed of a Cu film.
【0073】次に、図4(B)に示すように光露光工程
によりレジストからなるマスク210を形成し、ゲート
電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を
行う。エッチングにはICP(Inductively Coupled Pl
asma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いると良
い。用いるエッチング用ガスに限定はないが、WやTa
NのエッチングにはCF4とCl2とO2とを用いること
が適している。それぞれのガス流量比を25/25/10
(SCCM)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500W
のRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生
成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも
150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的
に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチ
ング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端
部をテーパー形状とする。Next, as shown in FIG. 4B, a mask 210 made of resist is formed by a light exposure process, and a first etching process for forming a gate electrode and a wiring is performed. ICP (Inductively Coupled Pl)
(asma: inductively coupled plasma) An etching method is preferably used. The etching gas used is not limited, but may be W or Ta.
It is suitable to use CF 4 , Cl 2 and O 2 for N etching. Each gas flow ratio is 25/25/10
(SCCM) and 500W to coil type electrode at 1Pa pressure
RF (13.56 MHz) power is applied to generate plasma to perform etching. A 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage) and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under the first etching conditions to make the end of the first conductive layer tapered.
【0074】この後、第2のエッチング条件に変え、エ
ッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガ
ス流量比を30/30(SCCM)とし、1Paの圧力でコイル
型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入
してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行
う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.
56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電
圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチン
グ条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングさ
れる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッ
チングするためには、10〜20%程度の割合でエッチ
ング時間を増加させると良い。Thereafter, the etching conditions were changed to the second etching conditions, CF 4 and Cl 2 were used as etching gases, the respective gas flow ratios were set to 30/30 (SCCM), and the coil-type electrode was formed at a pressure of 1 Pa. An RF (13.56 MHz) power of 500 W is supplied to generate plasma, and etching is performed for about 30 seconds. 20 W RF (13.
(56 MHz) power is applied and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, the etching time is preferably increased by about 10 to 20%.
【0075】この第1のエッチング処理では、レジスト
からなるマスクの形状を適したものとすることにより、
基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電
層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。この
第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電
層から成る第1の形状の導電層211〜215(第1の
導電層211a〜215aと第2の導電層211b〜2
15b)を形成する。ゲート絶縁膜は、第1の形状の導
電層211〜215で覆われない領域が20〜50nm程
度エッチングされ薄くなる。In the first etching process, by making the shape of the mask made of resist suitable,
The ends of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. By this first etching process, first-shaped conductive layers 211 to 215 (first conductive layers 211a to 215a and second conductive layers 211b to 211) formed of a first conductive layer and a second conductive layer are formed.
15b) is formed. In the gate insulating film, a region which is not covered with the first shape conductive layers 211 to 215 is etched to be thin by about 20 to 50 nm.
【0076】そして、第1形状の導電層をマスクとして
第1のn型半導体領域を形成する。これを形成するため
の第1のドーピング処理におけるイオンドープ法の条件
は、ドーズ量を5×1014〜5×1015/cm2(代表的に
は1×1015/cm2)とし、加速電圧を60〜100keV
として燐をドーピングする。ここでは、第1形状の導電
層211〜215及びゲート絶縁膜の膜厚の差を利用し
て各半導体層に不純物領域を行う。こうして、第1のn
型半導体領域216〜219を形成する。この第1のn
型半導体領域には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範
囲で燐が添加されている。Then, a first n-type semiconductor region is formed using the first shape conductive layer as a mask. The conditions of the ion doping method in the first doping process for forming this are that the dose is 5 × 10 14 to 5 × 10 15 / cm 2 (typically 1 × 10 15 / cm 2 ) Voltage is 60-100keV
Is doped with phosphorus. Here, an impurity region is formed in each semiconductor layer by utilizing a difference in thickness between the first shape conductive layers 211 to 215 and the gate insulating film. Thus, the first n
Form semiconductor regions 216 to 219 are formed. This first n
Phosphorus is added to the type semiconductor region in a concentration range of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 .
【0077】次に、レジストからなるマスク210を除
去せずに図5(A)に示すように第2のエッチング処理
を行う。エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用
い、それぞれのガス流量比を20/20/20(SCCM)と
し、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(1
3.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッ
チングを行う。基板側(試料ステージ)には20WのR
F(13.56MHz)電力を投入し、第1のエッチング
処理に比べ低い自己バイアス電圧を印加する。この第3
のエッチング条件によりW膜をエッチングする。こうし
て、W膜を異方性エッチングして第2の形状の導電層2
20〜224(第1の導電層220a〜224aと第2
の導電層220b〜224b)を形成する。第2の形状
の導電層220〜224で覆われないゲート絶縁膜はさ
らに20〜50nm程度エッチングされ薄くなる。Next, a second etching process is performed as shown in FIG. 5A without removing the resist mask 210. Using CF 4 , Cl 2, and O 2 as etching gases, the respective gas flow rates are set to 20/20/20 (SCCM), and 500 W of RF (1
(3.56 MHz) power is supplied to generate plasma to perform etching. 20W R on the substrate side (sample stage)
F (13.56 MHz) power is applied, and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. This third
The W film is etched under the above etching conditions. Thus, the W film is anisotropically etched to form the second shape conductive layer 2.
20 to 224 (the first conductive layers 220a to 224a and the second
Of the conductive layers 220b to 224b). The gate insulating film that is not covered by the second shape conductive layers 220 to 224 is further etched to a thickness of about 20 to 50 nm and becomes thinner.
【0078】そして、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第2のドーピング処理を行い、半導体層にドナーと
なる燐を添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、
もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の
条件はドーズ量を1.5×1014/cm2とし、加速電圧を
60〜100keVとして行う。この場合、第2形状の
導電層220b〜223bが燐に対するマスクとなり、
自己整合的に第2のn型半導体領域225〜228が形
成される。この領域には1×1016〜1×10 18/cm3の
濃度範囲で燐など周期表15属の不純物元素を添加す
る。Then, the resist mask is removed.
Without performing a second doping process, the semiconductor layer with a donor
Is added. Doping treatment is ion doping method,
Alternatively, ion implantation may be used. Ion doping method
The condition is a dose of 1.5 × 1014/cmTwoAnd the acceleration voltage
The operation is performed at 60 to 100 keV. In this case, the second shape
The conductive layers 220b to 223b serve as a mask for phosphorus,
The second n-type semiconductor regions 225 to 228 are formed in a self-aligned manner.
Is done. 1 × 1016~ 1 × 10 18/cmThreeof
Add an impurity element of periodic table 15 such as phosphorus in the concentration range
You.
【0079】その後、マスク229を形成し、第3のエ
ッチング処理を行う。エッチング用ガスにSF6とCl2
とを用い、それぞれのガス流量比を50/10(SCCM)と
し、1.3Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF
(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して
約30秒のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)
には10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質
的に負の自己バイアス電圧を印加する。こうして、前記
第3のエッチング条件により第2形状の導電層220a
及び222a〜224aをエッチングして第3の形状の
導電層230〜233(第1の導電層230a〜233
aと第2の導電層230b〜233b)を形成する。Thereafter, a mask 229 is formed, and a third etching process is performed. SF 6 and Cl 2 as etching gas
And a gas flow ratio of 50/10 (SCCM), and a RF of 500 W applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.3 Pa.
(13.56 MHz) Power is supplied to generate plasma, and etching is performed for about 30 seconds. Substrate side (sample stage)
, A 10 W RF (13.56 MHz) power is applied, and a substantially negative self-bias voltage is applied. Thus, the second shape conductive layer 220a is formed according to the third etching condition.
And 222a to 224a are etched to form third shape conductive layers 230 to 233 (first conductive layers 230a to 233).
a and the second conductive layers 230b to 233b) are formed.
【0080】次いで、新たにレジストからなるマスク2
50を形成して図5(C)に示すように第3のドーピン
グ処理を行う。この第3のドーピング処理により、第1
のp型半導体領域234、235が形成される。p型半
導体領域を形成するために添加されたボロンの濃度は1
×1020〜5×1021/cm3であり先の工程で添加された
燐濃度よりも1.5〜3倍高い濃度とする。Next, a mask 2 newly made of resist
50 is formed, and a third doping process is performed as shown in FIG. By the third doping process, the first
P-type semiconductor regions 234 and 235 are formed. The concentration of boron added to form a p-type semiconductor region is 1
The concentration is from × 10 20 to 5 × 10 21 / cm 3 , which is 1.5 to 3 times higher than the concentration of phosphorus added in the previous step.
【0081】以上までの工程でそれぞれの半導体層にn
型またはp型の半導体領域が形成される。第2の形状の
導電層221及び、第3の形状の導電層230、231
はゲート電極となる。また、第2の形状の導電層232
は画素部において保持容量を形成する一方の電極とな
る。さらに、第3の形状の導電層233は画素部におい
てデータ線を形成する。In the above steps, n is added to each semiconductor layer.
A type or p-type semiconductor region is formed. Second shape conductive layer 221 and third shape conductive layers 230 and 231
Becomes a gate electrode. Also, the second shape conductive layer 232
Is one electrode forming a storage capacitor in the pixel portion. Further, the third shape conductive layer 233 forms a data line in the pixel portion.
【0082】次いで、ほぼ全面を覆う第1の層間絶縁膜
237を形成する。この第1の層間絶縁膜237は、プ
ラズマCVD法またはスパッタリング法を用い、厚さを
100〜200nmとして形成する。その好適な一例は、
プラズマCVD法により形成される膜厚150nmの酸化
窒化シリコン膜である。勿論、第1の層間絶縁膜237
は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシ
リコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いて
も良い。Next, a first interlayer insulating film 237 covering almost the entire surface is formed. The first interlayer insulating film 237 is formed to have a thickness of 100 to 200 nm by a plasma CVD method or a sputtering method. One suitable example is
This is a 150-nm-thick silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method. Of course, the first interlayer insulating film 237
Is not limited to a silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
【0083】その後、それぞれの半導体層に添加された
不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化は
ファーネスアニール法やLRTA法又GRTA法、レー
ザー光の照射しより行うことができる。ファーネスアニ
ール法では電熱炉を用い、窒素雰囲気中で400〜70
0℃、代表的には500℃にて4時間の加熱処理を行
う。レーザー光の照射により活性化を行うには、YAG
レーザーの第2高調波(532nm)を用い、基板側から
照射する。これは、第2形状の導電層221と重なる第
2のn型半導体領域を十分活性化させるためである。勿
論、これはランプ光源を用いるLRTA法でも同様であ
り、基板の両面又は基板側からランプ光源の輻射により
半導体膜を加熱する。Thereafter, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation can be performed by furnace annealing, LRTA, GRTA, or irradiation of laser light. In the furnace annealing method, an electric furnace is used, and 400 to 70 in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 0 ° C., typically 500 ° C., for 4 hours. To activate by laser beam irradiation, use YAG
Irradiation is performed from the substrate side using the second harmonic (532 nm) of the laser. This is for sufficiently activating the second n-type semiconductor region overlapping the second shape conductive layer 221. Of course, this is the same in the LRTA method using a lamp light source, and the semiconductor film is heated by radiation of the lamp light source from both sides of the substrate or the substrate side.
【0084】その後、図6(B)に示すように、プラズ
マCVD法で窒化シリコンから成る第2の層間絶縁膜2
38を形成し、クリーンオーブンを用いて410℃の熱
処理を行い、窒化シリコン膜から放出される水素で半導
体膜の水素化を行う。Then, as shown in FIG. 6B, a second interlayer insulating film 2 made of silicon nitride is formed by a plasma CVD method.
Then, a heat treatment is performed at 410 ° C. using a clean oven, and the semiconductor film is hydrogenated with hydrogen released from the silicon nitride film.
【0085】次いで、図7(A)に示すように、第2の
層間絶縁膜238上に有機絶縁物材料から成る第3の層
間絶縁膜239を形成する。次いで、データ線224に
達するコンタクトホールと各不純物領域に達するコンタ
クトホールを形成する。その後、Al、Ti、Mo、W
などを用いて配線及び画素電極を形成する。例えば、膜
厚50〜250nmのTi膜と、膜厚300〜500nmの
合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜を用いる。
こうして、ソースまたはドレイン配線240、241、
ゲート配線243、接続配線242、画素電極224が
形成される。Next, as shown in FIG. 7A, a third interlayer insulating film 239 made of an organic insulating material is formed on the second interlayer insulating film 238. Next, a contact hole reaching the data line 224 and a contact hole reaching each impurity region are formed. Then, Al, Ti, Mo, W
A wiring and a pixel electrode are formed by using the method described above. For example, a stacked film of a Ti film having a thickness of 50 to 250 nm and an alloy film (an alloy film of Al and Ti) having a thickness of 300 to 500 nm is used.
Thus, the source or drain wirings 240, 241,
The gate wiring 243, the connection wiring 242, and the pixel electrode 224 are formed.
【0086】以上のようにして、同一基板上にpチャネ
ル型TFT303、nチャネル型TFT304から成る
駆動回路301と、nチャネル型TFT305から成る
画素部302を形成することができる。nチャネル型T
FT305はマルチゲート構造を有している。また、画
素部302には半導体膜206、ゲート絶縁膜236と
同層で形成される絶縁膜、第3形状の導電層232から
なる補助容量306が形成されている。As described above, the driving circuit 301 including the p-channel TFT 303 and the n-channel TFT 304 and the pixel portion 302 including the n-channel TFT 305 can be formed on the same substrate. n-channel type T
The FT 305 has a multi-gate structure. In the pixel portion 302, an insulating film formed in the same layer as the semiconductor film 206 and the gate insulating film 236, and an auxiliary capacitor 306 formed of a third-shaped conductive layer 232 are formed.
【0087】駆動回路301のpチャネル型TFT30
3にはチャネル形成領域245、ゲート電極を形成する
第3の形状の導電層230の外側に第1のp型半導体領
域234(ソース領域またはドレイン領域として機能す
る領域)が形成されたいわゆるシングルドレイン構造を
有している。nチャネル型TFT304はチャネル形成
領域246、第2の形状の導電層221と一部が重なる
第2のn型半導体領域226(LDD領域)と、ソース
領域またはドレイン領域として機能する第1のn型半導
体領域217を有している。このようなLDD領域の構
成は、主にホットキャリア効果によるTFTの劣化を防
ぐことを目的としている。このようなnチャネル型TF
T及びpチャネル型TFTによりシフトレジスタ回路、
バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形
成することができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回
路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的か
ら、nチャネル型TFT304の構造が適している。The p-channel TFT 30 of the driving circuit 301
3 is a so-called single drain in which a first p-type semiconductor region 234 (a region functioning as a source region or a drain region) is formed outside a channel formation region 245 and a third shape conductive layer 230 forming a gate electrode. It has a structure. The n-channel TFT 304 includes a channel formation region 246, a second n-type semiconductor region 226 (LDD region) partly overlapping with the conductive layer 221 in the second shape, and a first n-type semiconductor region functioning as a source region or a drain region. It has a semiconductor region 217. The configuration of such an LDD region is intended mainly to prevent TFT deterioration due to the hot carrier effect. Such an n-channel type TF
Shift register circuit by T and p channel type TFT,
A buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, and the like can be formed. In particular, the structure of the n-channel TFT 304 is suitable for a buffer circuit with a high driving voltage, in order to prevent deterioration due to the hot carrier effect.
【0088】画素部302のnチャネル型TFT305
にはチャネル形成領域247、第3の形状の導電層23
1の外側に形成される第2のn型半導体領域227と、
ソース領域またはドレイン領域として機能する第1のn
型半導体領域218を有している。また、補助容量30
6の一方の電極として機能する半導体層206には第1
のp型半導体領域235が形成されている。The n-channel TFT 305 of the pixel section 302
The channel forming region 247, the third shape conductive layer 23
A second n-type semiconductor region 227 formed outside the semiconductor device 1;
A first n functioning as a source region or a drain region
Type semiconductor region 218. The auxiliary capacity 30
The semiconductor layer 206 functioning as one electrode of
P-type semiconductor region 235 is formed.
【0089】画素部において、244は画素電極であ
り、242はデータ線224と半導体膜205の第1の
n型半導体領域とを接続する接続電極である。また、2
43はゲート配線であり、図中には示されていないが、
ゲート電極として機能する第3形状の導電層231と接
続している。In the pixel portion, 244 is a pixel electrode, and 242 is a connection electrode for connecting the data line 224 to the first n-type semiconductor region of the semiconductor film 205. Also, 2
43 is a gate wiring, not shown in the figure,
It is connected to the third shape conductive layer 231 functioning as a gate electrode.
【0090】補助容量306の構成は、図7(B)で示
すように半導体膜206、ゲート絶縁膜236、容量電
極(第3形状の導電層)232で形成され、隣接する画
素のゲート配線249と接続されている。As shown in FIG. 7B, the storage capacitor 306 is formed by the semiconductor film 206, the gate insulating film 236, and the capacitor electrode (third-shaped conductive layer) 232, and the gate wiring 249 of the adjacent pixel is formed. Is connected to
【0091】このような画素部302の上面図を図8に
示す。図8ではほぼ一画素分の上面図を示し、付与する
符号は図7(A)と共通なものとしている。また、A−
A'及びB−B'線の断面構造が図7(A)及び図7
(B)に対応している。図8の画素構造において、ゲー
ト配線とゲート電極とを異なる層上に形成することによ
り、ゲート配線243と半導体層205を重畳させるこ
とが可能となり、ゲート配線に遮光膜としての機能が付
加されている。また、画素電極間の隙間が遮光されるよ
うに、画素電極244の端部をデータ線233と重なる
ように配置され、遮光膜(ブラックマトリクス)の形成
を省略できる構造としている。その結果、従来に比べ開
口率を向上させることが可能となっている。FIG. 8 is a top view of such a pixel portion 302. FIG. FIG. 8 shows a top view of substantially one pixel, and the reference numerals are the same as those in FIG. 7A. A-
The cross-sectional structures taken along the lines A ′ and BB ′ are shown in FIGS.
(B). In the pixel structure in FIG. 8, by forming the gate wiring and the gate electrode on different layers, the gate wiring 243 and the semiconductor layer 205 can be overlapped, and a function as a light-blocking film is added to the gate wiring. I have. In addition, an end of the pixel electrode 244 is arranged so as to overlap with the data line 233 so that a gap between the pixel electrodes is shielded from light, so that formation of a light-shielding film (black matrix) can be omitted. As a result, it is possible to improve the aperture ratio as compared with the related art.
【0092】本実施例で形成される駆動回路301、画
素部302を備えた基板を便宜上アクティブマトリクス
基板と呼ぶ。このようなアクティブマトリクス基板を用
いて、アクティブマトリクス駆動をする表示装置を形成
することができる。ここでは画素電極を光反射性の材料
で形成したため、液晶表示装置に適用すれば反射型の表
示装置を形成することができる。このような基板から液
晶表示装置や有機発光素子で画素部を形成する発光装置
を形成することができる。図10はTFTによって駆動
回路と画素部が形成されているアクティブマトリクス基
板の外観を説明する図である。基板501上には画素部
506、駆動回路504、505が形成されている。ま
た、基板の一方の端部には入力端子502が形成され、
各駆動回路に接続する配線503が引き回されている。The substrate provided with the driving circuit 301 and the pixel portion 302 formed in this embodiment is called an active matrix substrate for convenience. Using such an active matrix substrate, a display device driven by active matrix can be formed. Here, since the pixel electrode is formed of a light-reflective material, a reflective display device can be formed by applying the present invention to a liquid crystal display device. From such a substrate, a liquid crystal display device or a light emitting device in which a pixel portion is formed using an organic light emitting element can be formed. FIG. 10 is a diagram illustrating the appearance of an active matrix substrate in which a driving circuit and a pixel portion are formed by TFTs. A pixel portion 506 and driving circuits 504 and 505 are formed over a substrate 501. An input terminal 502 is formed at one end of the substrate,
The wiring 503 connected to each drive circuit is routed.
【0093】[実施例2]本実施例では透過型の表示装置
を形成するためのアクティブマトリクス基板の構成につ
いて図9を用いて説明する。図9では実施例1で形成さ
れるアクティブマトリクス基板の画素部302の構成を
示している。nチャネル型TFT305や補助容量30
6は実施例1と同様にして形成される。[Embodiment 2] In this embodiment, the structure of an active matrix substrate for forming a transmission type display device will be described with reference to FIG. FIG. 9 illustrates a configuration of the pixel portion 302 of the active matrix substrate formed in Embodiment 1. n-channel type TFT 305 and storage capacitor 30
6 is formed in the same manner as in the first embodiment.
【0094】透過型に対応したアクティブマトリクス基
板を形成するには、透光性の画素電極を形成する必要が
ある。実施例1において、第3の層間絶縁膜239にコ
ンタクトホールを形成した後、ITOなどを用いて透光
性の画素電極250を形成する。その後、接続電極24
2やゲート線243、及びnチャネル型TFT305の
第1のn型半導体領域と画素電極250と接続する接続
配線251、補助容量306の一方の電極を形成する半
導体膜206と画素電極250を接続する接続配線25
2を形成する。このような構成により透過型の表示装置
に対応したアクティブマトリクス基板を形成することが
できる。In order to form an active matrix substrate corresponding to a transmission type, it is necessary to form a translucent pixel electrode. In the first embodiment, after a contact hole is formed in the third interlayer insulating film 239, a translucent pixel electrode 250 is formed using ITO or the like. Then, the connection electrode 24
2, a connection line 251 for connecting the gate line 243, the first n-type semiconductor region of the n-channel TFT 305 to the pixel electrode 250, and the semiconductor film 206 forming one electrode of the auxiliary capacitor 306 to the pixel electrode 250. Connection wiring 25
Form 2 With such a structure, an active matrix substrate corresponding to a transmissive display device can be formed.
【0095】[実施例3]本実施例では、実施例1で作製
したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリ
クス駆動の液晶表示装置を作製する工程を以下に説明す
る。説明には図12を用いる。[Embodiment 3] In this embodiment, a process of manufacturing an active matrix driven liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 1 will be described below. FIG. 12 is used for the description.
【0096】まず、実施例1に従い、図7(A)の状態
のアクティブマトリクス基板を得た後、そのアクティブ
マトリクス基板上に配向膜604を形成しラビング処理
を行う。なお、図示しないが、配向膜604を形成する
前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングす
ることによって基板間隔を保持するための柱状のスペー
サを所望の位置に形成しておいても良い。また、柱状の
スペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布し
てもよい。First, according to Embodiment 1, after obtaining an active matrix substrate in the state of FIG. 7A, an alignment film 604 is formed on the active matrix substrate and a rubbing process is performed. Although not shown, before forming the alignment film 604, columnar spacers for maintaining a substrate interval may be formed at desired positions by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. . Instead of the columnar spacers, spherical spacers may be spread over the entire surface of the substrate.
【0097】次いで、対向基板601上に対向電極60
2を形成し、対向基板601の全面に配向膜603を形
成しラビング処理を施す。対向電極602はITOで形
成する。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクテ
ィブマトリクス基板と対向基板とをシール剤(図示せ
ず)で貼り合わせる。シール剤にはフィラーが混入され
ていて、このフィラーとスペーサによって均一な間隔を
持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板
の間に液晶材料605を注入し、封止剤(図示せず)に
よって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を
用いれば良い。このようにして図12に示すアクティブ
マトリクス駆動の液晶表示装置が完成する。Next, the counter electrode 60 is placed on the counter substrate 601.
2 is formed, an alignment film 603 is formed on the entire surface of the counter substrate 601, and a rubbing process is performed. The counter electrode 602 is formed of ITO. Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are bonded with a sealant (not shown). A filler is mixed in the sealant, and the two substrates are bonded together at a uniform interval by the filler and the spacer. Thereafter, a liquid crystal material 605 is injected between the two substrates, and completely sealed with a sealing agent (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. Thus, the liquid crystal display device driven by the active matrix shown in FIG. 12 is completed.
【0098】[実施例4]図13はアクティブマトリクス
駆動方式の発光装置の構造を示す一例である。ここで示
す駆動回路部650のnチャネル型TFT652、pチ
ャネル型TFT653、及び画素部651のスイッチン
グ用TFT654、電流制御用TFT655は実施例1
と同様にして作製されるものである。[Embodiment 4] FIG. 13 is an example showing the structure of a light emitting device of an active matrix drive system. The n-channel TFT 652 and the p-channel TFT 653 of the drive circuit portion 650 and the switching TFT 654 and the current control TFT 655 of the pixel portion 651 shown in Embodiment 1
It is manufactured in the same manner as described above.
【0099】ゲート電極608〜611の上層には、窒
化シリコン、酸化窒化シリコンからなる第1の層間絶縁
膜618が形成され、保護膜として用いている。さらに
平坦化膜として、ポリイミドまたはアクリルなど有機樹
脂材料から成る第2の層間絶縁膜619を形成してい
る。A first interlayer insulating film 618 made of silicon nitride and silicon oxynitride is formed above the gate electrodes 608 to 611, and is used as a protective film. Further, as a planarizing film, a second interlayer insulating film 619 made of an organic resin material such as polyimide or acrylic is formed.
【0100】駆動回路部650の回路構成は、ゲート信
号側駆動回路とデータ信号側駆動回路とで異なるがここ
では省略する。nチャネル型TFT652及びpチャネ
ル型TFT653には配線612、613が接続し、こ
れらのTFTを用いてシフトレジスタやラッチ回路、バ
ッファ回路などを形成している。The circuit configuration of the drive circuit section 650 differs between the gate signal side drive circuit and the data signal side drive circuit, but is omitted here. Wirings 612 and 613 are connected to the n-channel TFT 652 and the p-channel TFT 653, and a shift register, a latch circuit, a buffer circuit, and the like are formed using these TFTs.
【0101】画素部651では、データ配線614がス
イッチング用TFT654のソース側に接続し、ドレイ
ン側の配線615は電流制御用TFT655のゲート電
極611と接続している。また、電流制御用TFT65
5のソース側は電源供給配線617と接続し、ドレイン
側の電極616が発光素子の陽極と接続している。In the pixel portion 651, the data line 614 is connected to the source side of the switching TFT 654, and the drain side line 615 is connected to the gate electrode 611 of the current control TFT 655. The current control TFT 65
The source side of No. 5 is connected to the power supply wiring 617, and the electrode 616 on the drain side is connected to the anode of the light emitting element.
【0102】これらの配線上には窒化シリコンなどの有
機絶縁材料から成る第2の層間絶縁膜627を形成して
いる。有機樹脂材料は吸湿性があり、H2Oを吸蔵する
性質を持っている。そのH2Oが再放出されると有機化
合物に酸素を供給し、有機発光素子を劣化させる原因と
なるので、H2Oの吸蔵及び再放出を防ぐために、第2
の層間絶縁膜627の上に窒化シリコンまたは酸化窒化
シリコンから成る第3絶縁膜620を形成する。或い
は、第2の層間絶縁膜627を省略して、第3絶縁膜6
20の一層のみでこの層を形成することも可能である。On these wirings, a second interlayer insulating film 627 made of an organic insulating material such as silicon nitride is formed. The organic resin material has a hygroscopic property and has a property of absorbing H 2 O. Because the the H 2 O is re-released oxygen is supplied to the organic compound, causing degradation of the organic light emitting device, in order to prevent occlusion and re-emission of H 2 O, the second
A third insulating film 620 made of silicon nitride or silicon oxynitride is formed on the interlayer insulating film 627 of FIG. Alternatively, the second interlayer insulating film 627 is omitted, and the third insulating film 6
It is also possible to form this layer with only 20 layers.
【0103】有機発光素子656は第3絶縁膜620上
に形成し、ITO(酸化インジウム・スズ)などの透明
導電性材料で形成する陽極621、正孔注入層、正孔輸
送層、発光層などを有する有機化合物層623、MgA
gやLiFなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属
などの材料を用いて形成する陰極624とから成ってい
る。有機化合物層623の詳細な構造は任意なものとす
るが、その一例は実施の形態2において図5で示されて
いる。The organic light emitting device 656 is formed on the third insulating film 620, and is formed of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide), an anode 621, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, and the like. Compound layer 623 having MgA
and a cathode 624 formed using a material such as alkali metal or alkaline earth metal such as g or LiF. The detailed structure of the organic compound layer 623 is arbitrary, and an example is shown in FIG.
【0104】有機化合物層623や陰極624はウエッ
ト処理(薬液によるエッチングや水洗などの処理)を行
うことができないので、陽極621に合わせて、有機絶
縁膜619上に感光性樹脂材料で形成される隔壁層62
2を設ける。隔壁層622は陽極622の端部を被覆す
るように形成する。具体的には、隔壁層622はネガ型
のレジストを塗布し、ベーク後に1〜2μm程度の厚さ
となるように形成する。その後、所定のパターンを設け
たフォトマスクを用い紫外線を照射して露光する。透過
率の悪いネガ型のレジスト材料を用いると、膜の厚さ方
向で感光される割合が変化し、これを現像すると隔壁層
の形態は、上部が基板表面と平行な方向に突出する形状
(いわゆるオーバーハング形状)とすることができる。
勿論、このような隔壁層は、感光性のポリイミドなどを
用いて形成することも可能である。Since the organic compound layer 623 and the cathode 624 cannot be subjected to wet processing (such as etching with a chemical solution and washing with water), they are formed of a photosensitive resin material on the organic insulating film 619 in accordance with the anode 621. Partition layer 62
2 is provided. The partition layer 622 is formed so as to cover an end of the anode 622. Specifically, the partition layer 622 is formed by applying a negative resist and having a thickness of about 1 to 2 μm after baking. Thereafter, exposure is performed by irradiating ultraviolet rays using a photomask provided with a predetermined pattern. When a negative resist material having poor transmittance is used, the rate of exposure in the thickness direction of the film changes, and when this is developed, the shape of the partition layer changes to a shape in which the upper part protrudes in a direction parallel to the substrate surface ( (A so-called overhang shape).
Of course, such a partition layer can also be formed using photosensitive polyimide or the like.
【0105】陰極624は、仕事関数の小さいマグネシ
ウム(Mg)、リチウム(Li)若しくはカルシウム
(Ca)を含む材料を用いる。好ましくはMgAg(M
gとAgをMg:Ag=10:1で混合した材料)でな
る電極を用いれば良い。他にもMgAgAl電極、Li
Al電極、また、LiFAl電極が挙げられる。さらに
その上層には、窒化シリコンまたは、DLC膜で第4絶
縁膜625を2〜30nm、好ましくは5〜10nmの厚さ
で形成する。DLC膜はプラズマCVD法で形成可能で
あり、100℃以下の温度で形成しても、被覆性良く隔
壁層622の端部を覆って形成することができる。DL
C膜の内部応力は、酸素や窒素を微量に混入させること
で緩和することが可能であり、保護膜として用いること
が可能である。そして、DLC膜は酸素をはじめ、C
O、CO2、H2Oなどのガスバリア性が高いことが知ら
れている。第4絶縁膜625は、陰極624を形成した
後、大気解放しないで連続的に形成することが望まし
い。陰極624と有機化合物層623との界面状態は有
機発光素子の発光効率に大きく影響するからである。For the cathode 624, a material containing magnesium (Mg), lithium (Li) or calcium (Ca) having a small work function is used. Preferably, MgAg (M
An electrode made of a material obtained by mixing g and Ag at a ratio of Mg: Ag = 10: 1) may be used. In addition, MgAgAl electrode, Li
An Al electrode and a LiFAl electrode are mentioned. Further thereon, a fourth insulating film 625 of silicon nitride or a DLC film is formed to a thickness of 2 to 30 nm, preferably 5 to 10 nm. The DLC film can be formed by a plasma CVD method, and can be formed to cover the end of the partition layer 622 with good coverage even at a temperature of 100 ° C. or lower. DL
The internal stress of the C film can be reduced by mixing a small amount of oxygen or nitrogen, and can be used as a protective film. The DLC film contains oxygen and C
It is known that gas barrier properties of O, CO 2 , H 2 O and the like are high. After the cathode 624 is formed, the fourth insulating film 625 is preferably formed continuously without opening to the atmosphere. This is because the state of the interface between the cathode 624 and the organic compound layer 623 greatly affects the luminous efficiency of the organic light emitting device.
【0106】このように、隔壁層622に接することな
く有機化合物層623、陰極層624を形成し有機発光
素子を形成することで熱応力によるクラックの発生を防
ぐことが可能となる。また、有機発光素子656は酸素
やH2Oを最も嫌うため、それをブロッキングするため
に窒化シリコンまたは酸化窒化シリコン及びDLC膜6
25が形成されている。また、これらは有機発光素子6
56が有するアルカリ金属元素を外に出さないための機
能も有している。As described above, by forming the organic compound layer 623 and the cathode layer 624 without contacting the partition layer 622 to form an organic light-emitting element, it is possible to prevent cracks due to thermal stress. In addition, since the organic light emitting element 656 most dislikes oxygen and H 2 O, the organic light emitting element 656 uses silicon nitride or silicon oxynitride and the DLC film
25 are formed. These are the organic light emitting elements 6
It also has a function of keeping the alkali metal element of 56 out.
【0107】図13ではスイッチング用TFT654を
マルチゲート構造とし、電流制御用TFT655にはゲ
ート電極とオーバーラップする低濃度ドレイン(LD
D)を設けている。多結晶シリコンを用いたTFTは、
高い動作速度を示すが故にホットキャリア注入などの劣
化も起こりやすい。そのため、図6のように、画素内に
おいて機能に応じて構造の異なるTFT(オフ電流の十
分に低いスイッチング用TFTと、ホットキャリア注入
に強い電流制御用TFT)を形成することは、高い信頼
性を有し、且つ、良好な画像表示が可能な(動作性能の
高い)表示装置を作製する上で非常に有効である。In FIG. 13, the switching TFT 654 has a multi-gate structure, and the current controlling TFT 655 has a low concentration drain (LD) overlapping the gate electrode.
D) is provided. TFT using polycrystalline silicon,
Because of high operation speed, deterioration such as hot carrier injection is likely to occur. Therefore, as shown in FIG. 6, it is highly reliable to form a TFT having a different structure (a switching TFT having a sufficiently low off-state current and a current control TFT having a high resistance against hot carrier injection) in a pixel according to the function. This is very effective in manufacturing a display device having high image quality and high performance (high performance).
【0108】図13で示すように、TFT654、65
5を形成する半導体膜の下層側(基板601側)には、
第1絶縁膜602が形成されている。その反対の上層側
には第2絶縁膜618が形成されている。一方、有機発
光素子656の下層側には第3絶縁膜620が形成され
ている。上層側には第4絶縁膜625が形成される。そ
して、その両者の間には有機絶縁膜619が形成され、
一体化されている。TFT654、655が最も嫌うナ
トリウムなどのアルカリ金属は、汚染源として基板60
1や有機発光素子656が考えられるが、第1絶縁膜6
02と第2絶縁膜618で囲むことによりブロッキング
している。一方、有機発光素子656は酸素やH2Oを
最も嫌うため、それをブロッキングするために第3絶縁
膜620、第4絶縁膜625が形成されている。これら
は有機発光素子656が有するアルカリ金属元素を外に
出さないための機能も有している。As shown in FIG. 13, the TFTs 654, 65
On the lower layer side (substrate 601 side) of the semiconductor film forming
A first insulating film 602 is formed. On the opposite upper layer side, a second insulating film 618 is formed. On the other hand, a third insulating film 620 is formed below the organic light emitting element 656. A fourth insulating film 625 is formed on the upper layer side. Then, an organic insulating film 619 is formed between the two,
It is integrated. Alkali metals such as sodium, which the TFTs 654 and 655 hate most, can be used as a contamination source on the substrate 60.
1 or the organic light emitting element 656 is conceivable.
02 and the second insulating film 618 for blocking. On the other hand, since the organic light-emitting element 656 most dislikes oxygen and H 2 O, a third insulating film 620 and a fourth insulating film 625 are formed to block them. These also have a function of keeping the alkali metal element included in the organic light-emitting element 656 from outside.
【0109】図13で示すような構造の有機発光装置に
おいて、効率的な作製方法の一例は、第3絶縁膜62
0、ITOに代表される透明導電膜で作製される陽極6
21をスパッタリング法により連続成膜する工程を採用
できる。有機絶縁膜619の表面に著しいダメージを与
えることなく、緻密な窒化シリコン膜または酸化窒化シ
リコン膜を形成するにはスパッタリング法は適してい
る。In an organic light-emitting device having a structure as shown in FIG.
0, anode 6 made of a transparent conductive film represented by ITO
The step of continuously forming the film 21 by a sputtering method can be adopted. The sputtering method is suitable for forming a dense silicon nitride film or a silicon oxynitride film without significantly damaging the surface of the organic insulating film 619.
【0110】以上のように、TFTと有機発光装置を組
み合わせて画素部を形成し、発光装置を完成させること
ができる。このような発光装置はTFTを用いて駆動回
路を同一基板上に形成することもできる。図13で示す
ように、TFTの主要構成要素である半導体膜、ゲート
絶縁膜及びゲート電極は、その下層側及び上層側を窒化
シリコンまたは酸化窒化シリコンから成るブロッキング
層と保護膜により囲むことにより、アルカリ金属や有機
物の汚染を防ぐ構造を有している。一方有機発光素子は
アルカリ金属を一部に含み、窒化シリコンまたは酸化窒
化シリコンから成る保護膜と、窒化シリコンまたは炭素
を主成分とする絶縁膜から成るガスバリア層とで囲ま
れ、外部から酸素やH2Oが浸入することを防ぐ構造を
有している。As described above, the pixel portion is formed by combining the TFT and the organic light emitting device, and the light emitting device can be completed. In such a light-emitting device, a driver circuit can be formed over the same substrate using a TFT. As shown in FIG. 13, a semiconductor film, a gate insulating film, and a gate electrode, which are main components of a TFT, are formed by surrounding a lower layer side and an upper layer side thereof with a blocking layer made of silicon nitride or silicon oxynitride and a protective film. It has a structure that prevents contamination of alkali metals and organic substances. On the other hand, an organic light-emitting element contains an alkali metal as a part, is surrounded by a protective film made of silicon nitride or silicon oxynitride, and a gas barrier layer made of an insulating film containing silicon nitride or carbon as a main component. It has a structure to prevent 2 O from entering.
【0111】このように、本発明は不純物に対する特性
の異なる素子を組合せ、お互いが干渉することなく発光
装置を完成させることができる。さらに応力による影響
を排除して信頼性を向上させることができる。As described above, according to the present invention, a light emitting device can be completed without combining elements having different characteristics with respect to impurities. Further, reliability can be improved by eliminating the influence of stress.
【0112】[実施例5]触媒作用のある金属元素を結晶
化後の半導体膜から除去する能力は、ゲッタリングの加
熱温度や時間の他に、当該半導体膜の結晶化率(被膜の
体積又は面積当たりに占める結晶化領域の割合)に依存
する。Example 5 The ability to remove a catalytic metal element from a semiconductor film after crystallization depends on the crystallization rate of the semiconductor film (the film volume or (The ratio of the crystallization region to the area).
【0113】非晶質シリコン膜にニッケルを添加して加
熱時間を変化させて結晶化率が異なる試料を作製した。
具体的には、GRTA法により加熱処理温度を650℃
(昇温時間3分30秒)として、加熱時間を変えて作製
した試料の結晶化率の一例を図17と図18に示す。図
17は非晶質領域と結晶化領域とで光透過率が異なるこ
とを利用して光学顕微鏡で観察し、その面積比率を結晶
化率としてプロットした結果を示している。図18はラ
マン分光スペクトルから求めたTO(a−Si:480
cm-1)とTO(c−Si:520cm-1付近)のピーク強
度比を熱処理時間に対しプロットした結果である。結晶
化率はおよそ95〜99.9%の範囲で変化している。Samples having different crystallization ratios were prepared by changing the heating time by adding nickel to the amorphous silicon film.
Specifically, the heat treatment temperature is set to 650 ° C. by the GRTA method.
FIGS. 17 and 18 show an example of the crystallization ratio of a sample manufactured by changing the heating time as (heating time: 3 minutes 30 seconds). FIG. 17 shows the result of observing with an optical microscope using the difference in light transmittance between the amorphous region and the crystallized region, and plotting the area ratio as the crystallization ratio. FIG. 18 shows TO (a-Si: 480) obtained from the Raman spectrum.
cm -1) and TO (c-Si: is the result of plotting against the heat treatment time and the peak intensity ratio of 520cm around -1). The crystallization rate varies in the range of approximately 95-99.9%.
【0114】ゲッタリングはレーザー光(XeClエキ
シマレーザー、480mJ/cm2)を照射した後に行った。
レーザー光の照射により結晶化率はほぼ100%となっ
ている。この状態で、625℃と650℃(各昇温時間
3分30秒)で3分間のゲッタリング処理をした場合の
残留ニッケル濃度について調べた。ニッケル濃度はTX
RF(Total Reflection X-Ray Fluorescence:全反射蛍
光X線分光)により測定した。図19は625℃でゲッ
タリングした結果であり、結晶化率が高いと残留ニッケ
ル濃度はバラツキが大きくしかも高くなっている。一
方、図20に示すように650℃でゲッタリングした場
合には相関は見られない。Gettering was performed after irradiation with laser light (XeCl excimer laser, 480 mJ / cm 2 ).
The crystallization rate becomes almost 100% by the irradiation of the laser beam. In this state, the concentration of residual nickel was examined when the gettering treatment was performed at 625 ° C. and 650 ° C. (each heating time was 3 minutes and 30 seconds) for 3 minutes. Nickel concentration is TX
It was measured by RF (Total Reflection X-Ray Fluorescence). FIG. 19 shows the result of gettering at 625 ° C., and when the crystallization rate is high, the residual nickel concentration has a large variation and is high. On the other hand, when gettering is performed at 650 ° C. as shown in FIG. 20, no correlation is observed.
【0115】レーザー光の照射前の結晶化率に依存し
て、その値が非常に高い場合において残留ニッケル濃度
が増加するのは、結晶粒界にシリサイド化したニッケル
が析出しその析出量が増加してニッケル又はニッケルシ
リサイドの析出物が大きくなる為であると考えられる。
ゲッタリング時の温度が低下するとゲッタリングサイト
にニッケルが移動しにくくなることを示している。従っ
て、ゲッタリングにおける処理条件の許容範囲を広げる
という観点からは、結晶化率を規定することが望まし
く、95〜99%程度とすると良いことが解る。Depending on the crystallization ratio before the laser beam irradiation, when the value is extremely high, the residual nickel concentration increases because silicified nickel precipitates at the crystal grain boundaries and the amount of the precipitation increases. This is considered to be because nickel or nickel silicide precipitates become large.
This indicates that when the temperature at the time of gettering decreases, nickel becomes difficult to move to the gettering site. Therefore, from the viewpoint of expanding the allowable range of the processing conditions in gettering, it is understood that it is desirable to define the crystallization ratio, and it is preferable to set the crystallization ratio to about 95 to 99%.
【0116】[実施例6]触媒作用のある金属元素を結晶
化後のシリコン膜から除去できる度合いは、ゲッタリン
グの加熱温度や時間の他に、当該半導体膜の結晶化率
(被膜の体積又は面積当たりに占める結晶化領域の割
合)に依存する。本実施例ではゲッタリング特性に関
し、レーザー照射条件依存性についての一例を示す。Example 6 The degree to which a catalytic metal element can be removed from a silicon film after crystallization depends not only on the heating temperature and time for gettering but also on the crystallization rate of the semiconductor film (the volume of the film or the volume of the film). (The ratio of the crystallization region to the area). In this embodiment, an example of the dependence of the laser irradiation conditions on the gettering characteristics will be described.
【0117】図21は、結晶化を促進する金属元素とし
て添加したニッケルの濃度分布を、二次イオン質量分析
法により測定した結果を示している。試料であるシリコ
ン膜は、ニッケルを添加して加熱処理により結晶化させ
た後、レーザー光のエネルギー密度を変えて照射したも
のである。レーザー光はパルス発振XeClエキシマレ
ーザー(波長308nm)を光源とし、繰り返し周波数3
0Hzで、同じ領域を12回繰り返し照射処理してある。
エネルギー密度は、標準条件である480mJ/cm2に対
し、380mJ/cm2と550mJ/cm2の場合について比較し
てある。FIG. 21 shows the result of measuring the concentration distribution of nickel added as a metal element that promotes crystallization by secondary ion mass spectrometry. The silicon film, which is a sample, is obtained by crystallizing by adding nickel and performing heat treatment, and then irradiating the silicon film with changing the energy density of laser light. The laser light uses a pulse oscillation XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) as a light source and has a repetition frequency of 3
The same region was repeatedly irradiated 12 times at 0 Hz.
Energy density, compared 480 mJ / cm 2, which is a standard condition, it is compared for the case of a 380 mJ / cm 2 and 550 mJ / cm 2.
【0118】図21では結晶化したシリコン膜における
ニッケルの深さ方向分布について示している。ニッケル
はレーザー光のエネルギー密度が増加するに従い、当該
シリコン膜の表面に偏析することが分かる。これはレー
ザー光の照射によりシリコン膜が溶融し、下地側(基板
側)から凝固し、固液界面が表面に向かって移動するた
めである。即ち、固溶度が高い液体中にニッケルが偏析
するため、最後に凝固する表面においてその濃度が高く
なると理解することができる。図22は、レーザー光の
エネルギー密度を240〜550mJ/cm2まで変化させ
て、結晶化したシリコン膜の表面におけるニッケル濃度
をTXRFにて測定した結果を示している。図22にお
いて、表面におけるニッケル濃度が増加するのは360
mJ/cm2以上である。FIG. 21 shows the distribution of nickel in the crystallized silicon film in the depth direction. It can be seen that nickel segregates on the surface of the silicon film as the laser beam energy density increases. This is because the silicon film is melted by laser light irradiation, solidifies from the base side (substrate side), and the solid-liquid interface moves toward the surface. In other words, it can be understood that nickel segregates in a liquid having a high solid solubility, so that its concentration increases on the surface that solidifies last. FIG. 22 shows the result of measuring the nickel concentration on the surface of the crystallized silicon film by TXRF while changing the energy density of the laser beam from 240 to 550 mJ / cm 2 . In FIG. 22, the nickel concentration on the surface increases 360 degrees.
mJ / cm 2 or more.
【0119】このように、エネルギー密度360mJ/cm2
が臨界点となっているが、図23で示すようにラマン分
光スペクトルにおける結晶シリコンのラマンシフトが急
激に減少する点でもある。図22と図23のデータは、
エネルギー密度360mJ/cm2以上でシリコン膜が溶融状
態を経て結晶化していることを示している。As described above, the energy density is 360 mJ / cm 2
Is the critical point, but as shown in FIG. 23, it is also the point at which the Raman shift of crystalline silicon in the Raman spectroscopic spectrum is sharply reduced. The data in FIG. 22 and FIG.
This indicates that the silicon film is crystallized through a molten state at an energy density of 360 mJ / cm 2 or more.
【0120】結晶粒界付近の高分解能透過電子顕微鏡写
真を図24に、電子線回折像を図25に示す。これは4
80mJ/cm2のレーザー光を照射した後の試料である。図
24においてはニッケルシリサイドの格子像を確認する
ことができる。図25の電子線回折像から得られた結晶
の面間距離を表1に示す。表1によれば粒界に観測され
るニッケルシリサイドはNiSi2ではなくNi3Si2
若しくはNi2Siであると考えられる。レーザー光の
照射により溶融したニッケルは過冷却により、Ni3S
i2やNi2Siの状態で粒界に凍結したとみることがで
きる。これは粒界に存在していたNiSi2がレーザー
のエネルギーによりNi3Si2やNi2Siに変化した
ものと推定される。Ni3Si2やNi2Siは熱的に安
定な温度が低いので、これらのシリサイドからはニッケ
ルが放出されやすいと考えることができる。FIG. 24 shows a high-resolution transmission electron microscope photograph near the crystal grain boundary, and FIG. 25 shows an electron beam diffraction image. This is 4
The sample after irradiation with a laser beam of 80 mJ / cm 2 . In FIG. 24, a lattice image of nickel silicide can be confirmed. Table 1 shows the inter-plane distance of the crystal obtained from the electron diffraction image of FIG. According to Table 1, the nickel silicide observed at the grain boundary is not NiSi 2 but Ni 3 Si 2
Alternatively, it is considered to be Ni 2 Si. The nickel melted by the irradiation of the laser beam is supercooled to form Ni 3 S
It can be seen to have frozen at the grain boundaries in the state of i 2 and Ni 2 Si. This is presumed that NiSi 2 existing at the grain boundary was changed to Ni 3 Si 2 or Ni 2 Si by the energy of the laser. Since Ni 3 Si 2 and Ni 2 Si have a low thermally stable temperature, it can be considered that nickel is easily released from these silicides.
【0121】[0121]
【表1】 [Table 1]
【0122】[実施例7]本発明を用いることにより様々
な半導体装置を製造することができる。その様な半導体
装置として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル
型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲー
ションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オー
ディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、
ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携
帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体
を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら半導体
装置の具体例を図15および図16に示す。[Embodiment 7] Various semiconductor devices can be manufactured by using the present invention. Such semiconductor devices include video cameras, digital cameras, goggle-type display devices (head-mounted displays), navigation systems, sound reproduction devices (car audio, audio components, etc.), notebook personal computers,
Examples include a game machine, a portable information terminal (a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, an electronic book, or the like), an image reproducing device provided with a recording medium, and the like. Specific examples of these semiconductor devices are shown in FIGS.
【0123】図15(A)はディスクトップ型パーソナ
ルコンピュータなどのモニターであり、筐体3301、
支持台3302、表示部3303などから成っている。
本発明を用いることにより、表示部3303やその他集
積回路を製造することができる。FIG. 15A shows a monitor of a desktop personal computer or the like.
It is composed of a support 3302, a display portion 3303, and the like.
By using the present invention, the display portion 3303 and other integrated circuits can be manufactured.
【0124】図15(B)はビデオカメラであり、本体
3311、表示部3312、音声入力部3313、操作
スイッチ3314、バッテリー3315、受像部331
6等を含む。本発明を用いることにより、表示部331
2やその他集積回路を製造することができる。FIG. 15B shows a video camera, which includes a main body 3311, a display section 3312, an audio input section 3313, operation switches 3314, a battery 3315, and an image receiving section 331.
6 and so on. By using the present invention, the display unit 331
2 and other integrated circuits.
【0125】図15(C)はヘッドマウントELディス
プレイの一部(右片側)であり、本体3321、信号ケ
ーブル3322、頭部固定バンド3323、投影部33
24、光学系3325、表示部3326等を含む。本発
明を用いることにより、表示部3326やその他集積回
路を製造することができる。FIG. 15C shows a part (one right side) of the head mounted EL display, which includes a main body 3321, a signal cable 3322, a head fixing band 3323, and a projection section 33.
24, an optical system 3325, a display unit 3326, and the like. By using the present invention, the display portion 3326 and other integrated circuits can be manufactured.
【0126】図15(D)は記録媒体を備えた画像再生
装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体333
1、記録媒体(DVD等)3332、操作スイッチ33
33、表示部(a)3334、表示部(b)3335な
どから成っている。表示部(a)3334は主として画
像情報を表示し、表示部(b)3335は主として文字
情報を表示するが、本発明を用いることにより、表示部
(a)3334、表示部(b)3335やその他集積回
路を製造することができる。なお、記録媒体を備えた画
像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。FIG. 15D shows an image reproducing apparatus (specifically, a DVD reproducing apparatus) provided with a recording medium.
1, recording medium (DVD, etc.) 3332, operation switch 33
33, a display section (a) 3334, a display section (b) 3335, and the like. The display portion (a) 3334 mainly displays image information, and the display portion (b) 3335 mainly displays character information. By using the present invention, the display portion (a) 3334, the display portion (b) 3335, and the like are displayed. Other integrated circuits can be manufactured. Note that the image reproducing device provided with the recording medium includes a home game machine and the like.
【0127】図15(E)はゴーグル型表示装置(ヘッ
ドマウントディスプレイ)であり、本体3341、表示
部3342、アーム部3343を含む。本発明を用いる
ことにより、表示部3342やその他集積回路を製造す
ることができる。FIG. 15E shows a goggle type display device (head mounted display), which includes a main body 3341, a display portion 3342, and an arm portion 3343. By using the present invention, the display portion 3342 and other integrated circuits can be manufactured.
【0128】図15(F)はノート型パーソナルコンピ
ュータであり、本体3351、筐体3352、表示部3
353、キーボード3354等を含む。本発明を用いる
ことにより、表示部3353やその他集積回路を製造す
ることができる。FIG. 15F shows a notebook personal computer, which includes a main body 3351, a housing 3352, and a display portion 3.
353, a keyboard 3354, and the like. By using the present invention, the display portion 3353 and other integrated circuits can be manufactured.
【0129】図16(A)は携帯電話であり、本体34
01、音声出力部3402、音声入力部3403、表示
部3404、操作スイッチ3405、アンテナ3406
を含む。本発明を用いることにより、表示部3404や
その他集積回路を製造することができる。FIG. 16A shows a portable telephone, and the main body 34 is provided.
01, audio output unit 3402, audio input unit 3403, display unit 3404, operation switch 3405, antenna 3406
including. By using the present invention, the display portion 3404 and other integrated circuits can be manufactured.
【0130】図16(B)は音響再生装置、具体的には
カーオーディオであり、本体3411、表示部341
2、操作スイッチ3413、3414を含む。本発明の
発光装置は表示部3412にて用いることが出来る。ま
た、本実施例では車載用オーディオを示すが、携帯型や
家庭用の音響再生装置に用いても良い。FIG. 16B shows a sound reproducing device, specifically, a car audio.
2. Including operation switches 3413 and 3414. The light-emitting device of the present invention can be used for the display portion 3412. In this embodiment, the in-vehicle audio is shown, but the present invention may be applied to a portable or home-use audio reproducing apparatus.
【0131】図16(C)はデジタルカメラであり、本
体3501、表示部(A)3502、接眼部3503、
操作スイッチ3504、表示部(B)3505、バッテ
リー3506を含む。本発明を用いることにより、表示
部(A)3502表示部(B)3505やその他集積回
路を製造することができる。FIG. 16C shows a digital camera, which includes a main body 3501, a display section (A) 3502, an eyepiece section 3503,
An operation switch 3504, a display portion (B) 3505, and a battery 3506 are included. By using the present invention, a display portion (A) 3502, a display portion (B) 3505, and other integrated circuits can be manufactured.
【0132】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、様々な電子装置に適用することが可能である。ま
た、本実施例の電子装置は実施例1〜5のどのような組
み合わせからなる構成を用いても実現することができ
る。As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and can be applied to various electronic devices. Further, the electronic device of the present embodiment can be realized by using a configuration composed of any combination of the first to fifth embodiments.
【0133】[0133]
【発明の効果】本発明を用いることで、結晶化を助長す
る触媒元素を用いて得た結晶構造を有する半導体膜か
ら、触媒元素を効率的に除去または低減することができ
る。また、この処理はガラス基板が歪んで変形してしま
う温度以下で行うことができるという特徴を有してい
る。According to the present invention, a catalytic element can be efficiently removed or reduced from a semiconductor film having a crystal structure obtained by using a catalytic element that promotes crystallization. Further, this treatment has a feature that the treatment can be performed at a temperature lower than a temperature at which the glass substrate is distorted and deformed.
【0134】また、ゲッタリングを行うために半導体膜
に添加する希ガス元素は、半導体膜中で不活性であるた
め、例えばTFTのしきい値電圧を変動させるなどの悪
影響がない。また、イオン注入法またはイオンドープ法
で添加する希ガス元素は、高純度で何らバランスガスを
含まない状態で供給可能であるので、ドーピングに要す
る時間が少なくて済み、半導体装置の生産性の向上を向
上させることができる。Further, the rare gas element added to the semiconductor film for performing gettering is inactive in the semiconductor film, so that there is no adverse effect of, for example, changing the threshold voltage of the TFT. In addition, the rare gas element added by the ion implantation method or the ion doping method can be supplied in a state of containing no balance gas with high purity, so that the time required for doping can be reduced and the productivity of the semiconductor device can be improved. Can be improved.
【0135】さらに、本発明により作製される結晶構造
を有する半導体膜は、触媒元素の効果により結晶性に優
れ、かつ、ゲッタリングによりその触媒元素が除去又は
低減されている。そのために、半導体装置の活性層とし
て用いた場合、優れた電気的特性と高い信頼性を兼ね備
えた半導体装置を得ることができる。Further, the semiconductor film having a crystal structure manufactured according to the present invention has excellent crystallinity due to the effect of the catalytic element, and the catalytic element is removed or reduced by gettering. Therefore, when used as an active layer of a semiconductor device, a semiconductor device having excellent electrical characteristics and high reliability can be obtained.
【図1】 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断
面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
【図2】 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断
面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
【図3】 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断
面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
【図4】 本発明を用いて作製される反射型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の作製工程を説明す
る断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate corresponding to a reflective display device manufactured using the present invention.
【図5】 本発明を用いて作製される反射型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の作製工程を説明す
る断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate corresponding to a reflective display device manufactured using the present invention.
【図6】 本発明を用いて作製される反射型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の作製工程を説明す
る断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate corresponding to a reflective display device manufactured using the present invention.
【図7】 本発明を用いて作製される反射型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の作製工程を説明す
る断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate corresponding to a reflective display device manufactured using the present invention.
【図8】 本発明を用いて作製される反射型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の画素部の構成を説
明する上面図。FIG. 8 is a top view illustrating a structure of a pixel portion of an active matrix substrate corresponding to a reflective display device manufactured using the present invention.
【図9】 本発明を用いて作製される透過型表示装置に
対応するアクティブマトリクス基板の画素部の構成を説
明する断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a pixel portion of an active matrix substrate corresponding to a transmission display device manufactured using the present invention.
【図10】 アクティブマトリクス基板の外観を説明す
る上面図。FIG. 10 is a top view illustrating an appearance of an active matrix substrate.
【図11】 本発明の半導体装置の作製工程を説明する
断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
【図12】 本発明を用いて作製される液晶表示装置の
構成を説明する断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device manufactured using the present invention.
【図13】 本発明を用いて作製される発光装置の構成
を説明する断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light-emitting device manufactured using the present invention.
【図14】 本発明の半導体装置の作製工程を説明する
断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
【図15】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 15 illustrates an example of a semiconductor device.
【図16】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 16 illustrates an example of a semiconductor device.
【図17】 GRTA法による熱処理時間と結晶化率の
関係を示すグラフ。FIG. 17 is a graph showing a relationship between a heat treatment time by a GRTA method and a crystallization ratio.
【図18】 ラマン分光スペクトルから求めたTO(a
−Si:480cm-1)とTO(c−Si:520cm-1付
近)のピーク強度比の熱処理時間依存性を示すグラフ。FIG. 18 shows TO (a) determined from Raman spectrum.
The graph which shows the heat treatment time dependence of the peak intensity ratio of -Si: 480cm < -1 >) and TO (c-Si: around 520cm < -1 >).
【図19】 結晶化率とゲッタリング後の残留ニッケル
濃度の関係を示すグラフ(ゲッタリング時の温度625
℃)。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the crystallization ratio and the residual nickel concentration after gettering (temperature 625 during gettering).
° C).
【図20】 結晶化率とゲッタリング後の残留ニッケル
濃度の関係を示すグラフ(ゲッタリング時の温度650
℃)。FIG. 20 is a graph showing the relationship between the crystallization ratio and the residual nickel concentration after gettering (temperature 650 during gettering).
° C).
【図21】 二次イオン質量分析法による半導体膜中の
ニッケル濃度の分布を示すグラフであり、レーザー光の
照射前後の分布を示している。FIG. 21 is a graph showing a distribution of nickel concentration in a semiconductor film by secondary ion mass spectrometry, showing distributions before and after laser light irradiation.
【図22】 半導体膜表面のニッケル濃度分布を示し、
レーザー光の照射エネルギー依存性を示すグラフ。FIG. 22 shows a nickel concentration distribution on the surface of a semiconductor film;
7 is a graph showing the irradiation energy dependence of laser light.
【図23】 半導体膜のラマンシフトを示し、レーザー
光の照射エネルギー依存性を示すグラフ。FIG. 23 is a graph showing Raman shift of a semiconductor film and showing irradiation energy dependence of laser light.
【図24】 結晶粒界付近の高分解能透過電子顕微鏡写
真。FIG. 24 is a high-resolution transmission electron micrograph of the vicinity of a crystal grain boundary.
【図25】 結晶粒界付近の特定点における電子線回折
像。FIG. 25 is an electron diffraction image at a specific point near a crystal grain boundary.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 627G (72)発明者 大沼 英人 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Fターム(参考) 2H092 GA59 HA03 HA04 HA05 JA24 JA28 JA34 JA37 JA41 JA46 JB07 JB54 JB56 JB61 KA04 KA07 KA08 KA10 KA12 KB25 MA02 MA04 MA07 MA08 MA10 MA12 MA18 MA22 MA27 MA28 MA29 MA30 MA37 NA07 NA21 NA27 NA29 5F052 AA02 AA11 AA17 AA24 BA02 BB02 BB07 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA16 FA06 FA19 HA06 JA01 JA09 5F110 AA06 AA16 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE09 EE14 EE23 EE28 EE37 FF02 FF09 FF12 FF28 FF30 GG01 GG02 GG13 GG16 GG25 GG32 GG33 GG34 GG43 GG45 GG47 GG51 GG52 GG58 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HL06 HL07 HL11 HM15 HM18 HM19 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN34 NN35 NN44 NN72 NN73 NN78 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP29 PP34 PP35 QQ04 QQ11 QQ23 QQ28 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (Reference) H01L 29/78 627G (72) Inventor Hideto Onuma 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture F-term in the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (Reference) 2H092 GA59 HA03 HA04 HA05 JA24 JA28 JA34 JA37 JA41 JA46 JB07 JB54 JB56 JB61 KA04 KA07 KA08 KA10 KA12 KB25 MA02 MA04 MA07 MA08 MA10 MA12 MA18 MA22 MA27 MA28 MA29 MA30 MA37 NA07 NA21 NA27 NA29 5F052 AA02 AA02AA02A DB03 GG52 GG58 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HL06 HL07 HL11 HM15 HM18 HM19 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN34 NN35 NN44 NN72 NN73 NN78 PP01 PP02 PP03 PP04 Q05 PP04 Q11 Q13
Claims (17)
形成された半導体装置において、前記半導体膜に含まれ
る酸素の濃度は5×1018/cm3以下であり、前記半導体
膜の内部又は表面近傍において、希ガス元素が1×10
13〜1×1020/cm3の濃度で含まれている領域を有する
ことを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device in which a semiconductor film having a crystal structure is formed on an insulating surface, the concentration of oxygen contained in the semiconductor film is 5 × 10 18 / cm 3 or less. In the vicinity of the surface, the rare gas element contained 1 × 10
A semiconductor device having a region which is contained at a concentration of 13 to 1 × 10 20 / cm 3 .
形成された半導体装置において、前記半導体膜は細い棒
状又は細い扁平棒状結晶であり、前記半導体膜に含まれ
る酸素の濃度は5×1018/cm3以下であり、前記半導体
膜の内部又は表面近傍において、希ガス元素が1×10
13〜1×1020/cm3の濃度で含まれている領域を有する
ことを特徴とする半導体装置。2. A semiconductor device in which a semiconductor film having a crystal structure is formed on an insulating surface, wherein the semiconductor film is a thin rod-shaped or flat rod-shaped crystal, and the concentration of oxygen contained in the semiconductor film is 5 × 10 18 / cm 3 or less, and the rare gas element is 1 × 10
A semiconductor device having a region which is contained at a concentration of 13 to 1 × 10 20 / cm 3 .
と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置
において、前記半導体膜は、前記ゲート電極と重なる領
域において、酸素を5×1018/cm3以下の濃度で含み、
かつ、前記半導体膜の内部又は前記ゲート絶縁膜との界
面近傍において、希ガス元素が1×1013〜1×1020
/cm3の濃度で含まれている領域を有することを特徴とす
る半導体装置。3. A semiconductor device having a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, a gate insulating film, and a gate electrode, wherein the semiconductor film has a concentration of 5 × 10 18 in a region overlapping with the gate electrode. / cm 3 or less,
In addition, the rare gas element is 1 × 10 13 to 1 × 10 20 inside the semiconductor film or near the interface with the gate insulating film.
A semiconductor device having a region contained at a concentration of / cm 3 .
と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置
において、前記半導体膜は、細い棒状又は細い扁平棒状
結晶であり、前記ゲート電極と重なる領域において、酸
素を5×1018/cm3以下の濃度で含み、かつ、前記半導
体膜の内部又は前記ゲート絶縁膜との界面近傍におい
て、希ガス元素が1×1013〜1×1020/cm3の濃度で
含まれている領域を有することを特徴とする半導体装
置。4. A semiconductor device having a semiconductor film having a crystal structure on an insulating surface, a gate insulating film, and a gate electrode, wherein the semiconductor film is a thin rod-shaped crystal or a thin flat rod-shaped crystal. In the overlapping region, oxygen is contained at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or less, and the rare gas element is contained in the semiconductor film or in the vicinity of the interface with the gate insulating film in an amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 20. A semiconductor device having a region contained at a concentration of / cm 3 .
て、前記希ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeか
ら選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半
導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the rare gas element is one or more selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe.
分とし非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する工
程と、前記第1の半導体膜にシリコンの結晶化を助長す
る触媒元素を添加して、第1の加熱処理により結晶構造
を有する第1の半導体膜を形成する工程と、前記結晶構
造を有する第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する
工程と、前記バリア層上に第2の半導体膜を成膜する工
程と、前記第2の半導体膜に希ガス元素を前記成膜と同
時又はその後に添加して、第2の加熱処理によりゲッタ
リングを行い前記触媒元素を前記第2の半導体膜に移動
させる工程と、前記第2の半導体膜を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。6. A step of forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface, and a catalyst element for promoting crystallization of silicon in the first semiconductor film. Forming a first semiconductor film having a crystal structure by a first heat treatment; forming a barrier layer on a surface of the first semiconductor film having the crystal structure; Forming a second semiconductor film thereon, and adding a rare gas element to the second semiconductor film at the same time as or after the film formation, performing gettering by a second heat treatment, and forming the catalyst element Transferring to the second semiconductor film; and removing the second semiconductor film;
Removing the barrier layer.
分とし非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する工
程と、前記第1の半導体膜にシリコンの結晶化を助長す
る触媒元素を添加して、第1の加熱処理により結晶構造
を有する第1の半導体膜を形成する工程と、前記結晶構
造を有する第1の半導体膜レーザー光を照射する工程
と、前記結晶構造を有する第1の半導体膜の表面にバリ
ア層を形成する工程と、前記バリア層上に第2の半導体
膜を成膜する工程と、前記第2の半導体膜に希ガス元素
を前記成膜と同時又はその後に添加して、第2の加熱処
理によりゲッタリングを行い前記触媒元素を前記第2の
半導体膜に移動させる工程と、前記第2の半導体膜を除
去する工程と、前記バリア層を除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。7. A step of forming a first semiconductor film containing silicon as a main component and having an amorphous structure on a substrate having an insulating surface, and a catalyst element for promoting crystallization of silicon in the first semiconductor film. Forming a first semiconductor film having a crystal structure by a first heat treatment; irradiating a first semiconductor film laser beam having the crystal structure with laser light; Forming a barrier layer on the surface of the first semiconductor film, forming a second semiconductor film on the barrier layer, and forming a rare gas element on the second semiconductor film simultaneously with or after the film formation. And a step of performing gettering by a second heat treatment to move the catalytic element to the second semiconductor film, a step of removing the second semiconductor film, and a step of removing the barrier layer And characterized by having A method for manufacturing the body of the device.
ア層はオゾン水により形成することを特徴とする半導体
装置の作製方法。8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the barrier layer is formed of ozone water.
ア層はプラズマ処理により表面を酸化して形成すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the barrier layer is formed by oxidizing the surface by plasma treatment.
リア層は酸素を含む雰囲気中で紫外線を照射してオゾン
を発生させ表面を酸化して形成することを特徴とする半
導体装置の作製方法。10. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the barrier layer is formed by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen to generate ozone and oxidize the surface. .
ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた
一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の
作製方法。11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the rare gas element is one or more selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe.
ガス元素はイオン注入法又はイオンドープ法で添加する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the rare gas element is added by an ion implantation method or an ion doping method.
1の加熱処理は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高
圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプから選ばれた一種
または複数種からの輻射により行うことを特徴とする半
導体装置の作製方法。13. The method according to claim 6, wherein the first heat treatment is performed by one or more selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, and a high-pressure mercury lamp. A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed by radiation from a seed.
1の加熱処理は、電熱炉を用いたファーネスアニール法
により行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first heat treatment is performed by a furnace annealing method using an electric furnace.
2の加熱処理は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高
圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプから選ばれた一種
または複数種からの輻射により行うことを特徴とする半
導体装置の作製方法。15. The method according to claim 6, wherein the second heat treatment is performed by one or more selected from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, and a high pressure mercury lamp. A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed by radiation from a seed.
2の加熱処理は、電熱炉を用いたファーネスアニール法
により行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the second heat treatment is performed by a furnace annealing method using an electric furnace.
て、前記触媒元素はFe、Ni、Co、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種ま
たは複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方
法。17. The method according to claim 6, wherein the catalyst element is Fe, Ni, Co, Ru, Rh, P
A method for manufacturing a semiconductor device, which is one or more kinds selected from d, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
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