JP2003077832A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP2003077832A
JP2003077832A JP2001262486A JP2001262486A JP2003077832A JP 2003077832 A JP2003077832 A JP 2003077832A JP 2001262486 A JP2001262486 A JP 2001262486A JP 2001262486 A JP2001262486 A JP 2001262486A JP 2003077832 A JP2003077832 A JP 2003077832A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な製造プロセスにより、量産対象である
大型のガラス基板に、信頼性が高く、集積度の高い高性
能半導体装置を得る。 【解決手段】 結晶化を促進する微量の触媒元素である
ニッケル105が導入されたa−Si膜103を加熱処
理して結晶化された結晶性のケイ素膜108の一部の領
域(高濃度不純物領域)108bに選択的に5族Bから
選択された不純物であるリン117を導入し、第2の加
熱処理を行って、結晶性のケイ素膜108のリン117
が導入されていない領域(能動領域)108aに含まれ
るニッケル105を高濃度不純物領域に移動させる。こ
の第2の加熱処理は、能動領域108aに含まれるニッ
ケル105の濃度と高濃度不純物領域108bに含まれ
るニッケル105の濃度とが少なくとも熱平衡状態の偏
析状態に達しないように行う。
(57) [Problem] To provide a high-performance semiconductor device with high reliability and high integration on a large-sized glass substrate to be mass-produced by a simple manufacturing process. SOLUTION: A partial region (a high-concentration impurity) of a crystalline silicon film 108 crystallized by heat-treating an a-Si film 103 into which nickel 105 which is a very small catalytic element for promoting crystallization is introduced. Phosphorus 117, which is an impurity selected from Group V B, is selectively introduced into the (region) 108b, and a second heat treatment is performed, so that the phosphorus 117 of the crystalline silicon film 108 is formed.
Is moved to the high-concentration impurity region in the region 108a in which is not introduced (active region) 108a. This second heat treatment is performed so that the concentration of nickel 105 included in active region 108a and the concentration of nickel 105 included in high-concentration impurity region 108b do not at least reach a segregation state in a thermal equilibrium state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、さらに詳細には、非晶質ケイ素膜を
結晶化した結晶性のケイ素膜を活性領域とする半導体装
置及びその製造方法に関する。特に、本発明の半導体装
置は、絶縁表面を有する基板上に設けられた薄膜トラン
ジスタ(TFT)を有し、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置、有機EL表示装置、密着型イメージセンサ
ー、三次元IC等に利用することが可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film as an active region and a method of manufacturing the same. . In particular, the semiconductor device of the present invention has a thin film transistor (TFT) provided on a substrate having an insulating surface and is used for an active matrix type liquid crystal display device, an organic EL display device, a contact image sensor, a three-dimensional IC, etc. It is possible to use.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
有機EL表示装置、高速で高解像度の密着型イメージセ
ンサー、三次元IC等を実現するために、ガラス等の絶
縁性基板上、絶縁膜上等に高性能な半導体素子を形成す
る試みがなされている。このような半導体素子には、薄
膜状のケイ素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状
のケイ素半導体としては、非晶質ケイ素半導体(a−S
i)と結晶性を有するケイ素半導体の2つに大別され
る。
2. Description of the Related Art In recent years, large-sized high-resolution liquid crystal display devices,
In order to realize organic EL display devices, high-speed and high-resolution contact-type image sensors, three-dimensional ICs, etc., attempts have been made to form high-performance semiconductor elements on insulating substrates such as glass and insulating films. There is. A thin film silicon semiconductor is generally used for such a semiconductor element. As a thin film silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor (a-S
i) and a silicon semiconductor having crystallinity.

【0003】非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低く、
気相法により比較的容易に作製することができ、量産性
に優れているため、最も一般的に用いられている。しか
しながら、非晶質ケイ素半導体は、結晶性を有するケイ
素半導体と比較すると、導電性等の物性が劣るため、今
後、さらなる高速特性を得るために、結晶性を有するケ
イ素半導体によって形成される半導体装置の簡便な作製
方法の確立が強く求められている。
Amorphous silicon semiconductors have a low production temperature,
It is most commonly used because it can be produced relatively easily by the vapor phase method and is excellent in mass productivity. However, since an amorphous silicon semiconductor is inferior in physical properties such as conductivity to a silicon semiconductor having crystallinity, a semiconductor device formed of a silicon semiconductor having crystallinity in order to obtain further high speed characteristics in the future. There is a strong demand for the establishment of a simple production method.

【0004】結晶性を有する薄膜状のケイ素半導体を作
製する方法としては、次の(1)及び(2)に示す方法
が知られている。
The following methods (1) and (2) are known as methods for producing a crystalline thin film silicon semiconductor.

【0005】(1)非晶質ケイ素半導体膜を成膜した
後、成膜された非晶質ケイ素半導体膜にレーザー光等の
エネルギービームを照射して、その光エネルギーによっ
て、非晶質ケイ素半導体膜を結晶化して結晶性を有する
ケイ素半導体膜とする。
(1) After the amorphous silicon semiconductor film is formed, the formed amorphous silicon semiconductor film is irradiated with an energy beam such as a laser beam, and the light energy causes the amorphous silicon semiconductor to be irradiated. The film is crystallized to obtain a crystalline silicon semiconductor film.

【0006】(2)非晶質ケイ素半導体膜を成膜した
後、加熱して、その熱エネルギーによって、非晶質ケイ
素半導体膜を固相状態で結晶化して結晶性を有するケイ
素半導体膜とする。
(2) After the amorphous silicon semiconductor film is formed, the amorphous silicon semiconductor film is heated and crystallized in the solid state by the heat energy to obtain a crystalline silicon semiconductor film. .

【0007】一般的には、上記(1)の方法が用いられ
る。この方法では、溶融固化過程の結晶化現象を利用す
るため、結晶粒は小粒径となるが、結晶粒内の結晶欠陥
が少なく、比較的高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。
しかしながら、上記(1)の方法により作製された結晶
性ケイ素膜では、粒界部における欠陥密度が高くなるた
めに、この粒界部における欠陥がキャリアに対して大き
なトラップとして働き、半導体装置として十分な性能が
得られない。また、レーザー光の光源として現在最も一
般的に使用されているエキシマレーザーを使用する場合
を例にとると、レーザー光の安定性が十分でないため
に、半導体膜の全体にわたって均一な処理を施すことが
できず、形成される半導体素子間で特性にばらつきが生
じるという問題がある。
Generally, the above method (1) is used. Since this method utilizes the crystallization phenomenon in the melting and solidification process, the crystal grains have a small grain size, but there are few crystal defects in the crystal grains, and a relatively high-quality crystalline silicon film can be obtained.
However, in the crystalline silicon film produced by the above method (1), since the defect density in the grain boundary portion becomes high, the defect in this grain boundary portion acts as a large trap for the carriers, and is sufficiently used as a semiconductor device. Performance is not obtained. Taking the example of using an excimer laser that is most commonly used as a laser light source, the stability of the laser light is not sufficient, so uniform treatment should be performed over the entire semiconductor film. However, there is a problem that the characteristics vary among the formed semiconductor elements.

【0008】(2)の方法は、(1)の方法と比較する
と基板内に形成される半導体素子の均一性、安定性に優
れているが、600℃以上の高温条件によって30時間
程度の長時間にわたる加熱処理が必要であるため、処理
時間が長くなり、スループットを向上させることができ
ないという問題がある。さらに、(2)の方法において
は、結晶構造が双晶構造となるため、一つの結晶粒は数
μm程度の比較的大きい結晶粒が得られるが、一つの結
晶粒内に多数の双晶欠陥を含むために、その結晶性は、
上記(1)の方法により形成されたケイ素半導体膜より
も劣るという問題がある。
The method (2) is superior to the method (1) in the uniformity and stability of the semiconductor element formed in the substrate, but the high temperature condition of 600 ° C. or higher requires a long time of about 30 hours. Since the heat treatment is required for a long time, there is a problem that the treatment time becomes long and the throughput cannot be improved. Further, in the method (2), since the crystal structure is a twin crystal structure, a relatively large crystal grain of about several μm can be obtained in one crystal grain, but a large number of twin crystal defects are present in one crystal grain. Its crystallinity is
There is a problem that it is inferior to the silicon semiconductor film formed by the above method (1).

【0009】これに対して、上記方法を改善して、高品
位な結晶性のケイ素膜を得る方法が開発されており、非
晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素を導入するこ
とにより、加熱温度の低下、処理時間の短縮、結晶性の
向上を図る方法が注目されている。具体的には、非晶質
ケイ素膜の表面に微量のニッケル等の金属元素を導入し
た後に加熱処理することによって結晶性のケイ素膜とす
る。
On the other hand, a method for improving the above method to obtain a high-quality crystalline silicon film has been developed. By introducing a catalytic element that promotes crystallization of an amorphous silicon film, Attention has been paid to methods for lowering the heating temperature, shortening the processing time, and improving the crystallinity. Specifically, a crystalline silicon film is obtained by introducing a trace amount of a metal element such as nickel into the surface of the amorphous silicon film and then performing heat treatment.

【0010】このような触媒元素を用いた方法では、非
晶質ケイ素膜中において、導入された金属元素を核とし
た結晶核が早期に発生し、その後、この結晶核を中心と
して結晶化が急激に進行する。
In the method using such a catalyst element, crystal nuclei centered on the introduced metal element are generated in the amorphous silicon film at an early stage, and thereafter, crystallization centering on the crystal nuclei is formed. It progresses rapidly.

【0011】さらに、この方法では、結晶成長した結晶
性ケイ素膜は、通常の固相成長法(上記(2)の方法)
によって成長した結晶性ケイ素膜が結晶欠陥が多くなる
双晶構造を有するのに対して、複数の柱状結晶がネット
ワークで連なる構造を有するために、小さいながらも、
その内部がほぼ単結晶状態となっている。
Further, according to this method, the crystal-grown crystalline silicon film is formed by an ordinary solid-phase growth method (method (2) above).
The crystalline silicon film grown by means of has a twin structure in which many crystal defects are present, whereas a plurality of columnar crystals have a structure in which they are connected by a network, so although it is small,
The inside is almost in a single crystal state.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】非晶質ケイ素膜中に触
媒元素を導入し、加熱処理することにより非晶質ケイ素
膜を結晶化する方法は、加熱温度を低温化することがで
きると共に、加熱時間を短縮することができ、さらに、
加熱処理して得られる結晶性のケイ素膜の結晶性が、他
の結晶化方法により得られた結晶性のケイ素膜に比較し
て明らかに優れている。
The method of crystallizing an amorphous silicon film by introducing a catalytic element into the amorphous silicon film and heat-treating it can lower the heating temperature, and The heating time can be shortened,
The crystallinity of the crystalline silicon film obtained by the heat treatment is clearly superior to that of the crystalline silicon film obtained by another crystallization method.

【0013】しかしながら、これらの金属類を主とする
触媒元素が半導体中に多量に存在していることは、この
方法により得られたケイ素膜を用いた半導体装置の信頼
性、電気的安定性等が低下するため、非晶質ケイ素膜の
結晶化を助長するニッケル等の触媒元素は、結晶化を行
った後には、極力含まれないようにする必要がある。こ
のため、非晶質ケイ素の結晶化のために導入される触媒
元素の量を極力少量にすることにより、結晶化されたケ
イ素膜に含有される触媒元素の量を低減する方法が、第
1の方法として考えられる。しかし、非晶質ケイ素膜に
導入される触媒元素の導入量が少なくなると、結晶の成
長状態が非常に不安定となり、このような不安定な状態
で作製された結晶性のケイ素膜は、結晶性のバラツキが
大きくなって、半導体装置の活性領域を構成する膜とし
て使用できないおそれがある。
However, the presence of a large amount of catalytic elements mainly containing these metals in the semiconductor means that the semiconductor device using the silicon film obtained by this method has reliability, electrical stability, etc. Therefore, the catalytic element such as nickel that promotes crystallization of the amorphous silicon film needs to be contained as little as possible after crystallization. Therefore, the method of reducing the amount of the catalytic element contained in the crystallized silicon film by minimizing the amount of the catalytic element introduced for the crystallization of amorphous silicon is the first method. Can be considered as a method of. However, when the amount of the catalytic element introduced into the amorphous silicon film becomes small, the crystal growth state becomes very unstable, and the crystalline silicon film produced in such an unstable state is There is a possibility that it may not be able to be used as a film forming an active region of a semiconductor device due to a large variation in properties.

【0014】他方で、触媒元素を導入して非晶質ケイ素
膜を結晶化した後、触媒元素を移動(ゲッタリング)さ
せることにより、素子領域内の触媒元素を除去あるいは
低減する方法が、第2の方法として考えられている。
On the other hand, a method of removing or reducing the catalyst element in the element region by moving (gettering) the catalyst element after introducing the catalyst element to crystallize the amorphous silicon film is described below. It is considered as the second method.

【0015】特開平10−270363号公報には、触
媒元素により結晶化されたケイ素膜に対して、その一部
をリン等の5族B元素が選択的に導入された領域とし、
加熱処理を行うことにより、5族B元素が導入された領
域に触媒元素を移動(ゲッタリング)させることによ
り、5族B元素が導入された以外の領域の触媒元素の量
を低減する方法が開示されている。この公報では、5族
B元素が導入されておらず、ゲッタリングにより触媒元
素が低減された領域を、半導体装置の活性領域として使
用する。
In Japanese Patent Laid-Open No. 10-270363, a part of a silicon film crystallized by a catalytic element is a region in which a Group 5 element B such as phosphorus is selectively introduced,
A method of reducing the amount of the catalyst element in the region other than the group 5 B element introduced by moving (gettering) the catalyst element to the region where the group 5 B element is introduced by performing heat treatment is known. It is disclosed. In this publication, a region in which a Group 5 B element is not introduced and a catalytic element is reduced by gettering is used as an active region of a semiconductor device.

【0016】また、特開平11−40499号公報に
は、触媒元素をゲッタリングするための5族B元素が選
択的に導入された領域に対して、レーザー光等の強光を
照射し、その後に加熱処理を行うことにより、触媒元素
のゲッタリング効果のさらなる向上を図ることが記載さ
れている。また、特開平11−54760号公報には、
5族B元素に加えて3族B元素を導入することにより、
触媒元素をゲッタリングする効果が高まることが記載さ
れている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-40499, a region in which a Group 5 element B for selectively gettering a catalytic element is selectively introduced is irradiated with intense light such as laser light, and the like. It is described that the gettering effect of the catalytic element is further improved by performing the heat treatment on. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 11-54760 discloses that
By introducing the Group 3 B element in addition to the Group 5 B element,
It is described that the effect of gettering the catalytic element is enhanced.

【0017】特開2000−323722号公報には、
半導体素子における不純物領域に含まれる触媒元素の濃
度を1×1017atoms/cm3以上に限定してい
る。この公報では、触媒元素による再結晶化に注目し、
不純物領域に対して不純物をドーピングすることによっ
て、結晶性ケイ素膜が受けるダメージからの結晶性を回
復させるため、また、不純物領域の活性化を効率的に且
つ速やかに行うために、触媒元素の濃度を適正化して不
純物領域に導入している。ただし、この公報では、ゲッ
タリングに関しては言及していない。
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-323722 discloses that
The concentration of the catalytic element contained in the impurity region of the semiconductor element is limited to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more. In this publication, attention is paid to recrystallization by a catalytic element,
In order to recover the crystallinity from the damage to the crystalline silicon film by doping the impurity regions with impurities, and to activate the impurity regions efficiently and quickly, the concentration of the catalytic element is increased. Is optimized and introduced into the impurity region. However, this publication makes no mention of gettering.

【0018】実際に上記公報で提案されている方法を用
いることにより、素子領域内から大部分の触媒元素をゲ
ッタリングすることができるが、種々の点で問題点も存
在する。
By actually using the method proposed in the above publication, most of the catalytic elements can be gettered from within the element region, but there are various problems.

【0019】まず、1つの問題点は、触媒元素を素子領
域内からゲッタリングするために、新たな工程を付加す
る必要がある点である。新たな工程が付加されることに
より製造が複雑化することは、製造コストの低減及び良
品率の向上を図る上で好ましいことではなく、この点に
関して、特開平11−40499号公報及び特開平11
−54760号公報には、5族B元素が導入された不純
物領域(ソース・ドレイン領域)をゲッタリングシンク
として利用し、半導体装置の活性領域(素子領域)の全
体をゲッタリングするのではなく、能動領域(チャネル
領域)のみをゲッタリングする方法が記載されている。
この方法により、触媒元素をゲッタリングするためだけ
の余分な5族B元素のドーピング工程、加熱処理工程、
5族B元素を選択的に導入するためのマスク形成工程等
を省くことができ、通常のゲッタリングを行わない製造
工程とほぼ同じ工程数でゲッタリングプロセスを組み込
むことができる。この結果、工程数が増加する問題は解
決することができる。
First, one problem is that it is necessary to add a new step in order to getter the catalytic element from within the element region. Complicated production due to the addition of new steps is not preferable in order to reduce the production cost and improve the yield rate, and in this respect, JP-A-11-40499 and JP-A-11-40499.
In Japanese Patent Laid-Open No. 54760, the impurity region (source / drain region) into which the Group 5 B element is introduced is used as a gettering sink, and the entire active region (element region) of the semiconductor device is not gettered. A method of gettering only the active region (channel region) is described.
By this method, an extra group 5 B element doping step for only gettering the catalytic element, a heat treatment step,
A mask forming step for selectively introducing the Group 5 B element can be omitted, and the gettering process can be incorporated in almost the same number of steps as a manufacturing step in which normal gettering is not performed. As a result, the problem that the number of steps increases can be solved.

【0020】しかし、この方法を用いても、その他の大
きな問題が2つある。
However, even if this method is used, there are two other major problems.

【0021】一つの問題は、これらの公報の方法を用い
ても、未だ十分に高いゲッタリング効果を得ることがで
きず、半導体装置の能動領域における触媒元素の残留量
が十分に低減できていないことである。
One problem is that even if the methods of these publications are used, a sufficiently high gettering effect cannot be obtained yet, and the residual amount of the catalytic element in the active region of the semiconductor device cannot be sufficiently reduced. That is.

【0022】本願発明者らが実際に上記の特開平10−
270363公報、特開平11−40499公報及び特
開平11−54760公報を用いて、薄膜トランジスタ
(TFT)を試作したところ、これらの公報に記載され
た方法では、十分に高いゲッタリング効果が得られず、
半導体装置の能動領域における触媒元素の残留量が十分
には低減できないということが明らかとなった。
The inventors of the present invention actually disclosed the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-
When a thin film transistor (TFT) was prototyped using 270363, JP-A-11-40499, and JP-A-11-54760, a sufficiently high gettering effect could not be obtained by the methods described in these publications.
It was revealed that the residual amount of the catalytic element in the active region of the semiconductor device cannot be reduced sufficiently.

【0023】具体的に、上記の公報によってそれぞれ試
作されたTFTでは、それぞれ若干の効果の違いは見ら
れるが、数%程度の確率でオフ動作時におけるリーク電
流が非常に大きい不良のTFTが生じた。不良が発生し
たTFTにおけるリーク電流が増大する原因を解析する
と、チャネル部とドレイン部との接合部に、触媒元素に
よるシリサイドが存在していることが確認された。この
結果、上記公報による方法では、不良のTFTが発生す
る不良率が高くなるため、信頼性が低く、量産性に問題
がある。
Specifically, in the TFTs prototyped according to the above publications, although there are some differences in the effects, defective TFTs having a very large leak current during the OFF operation occur with a probability of about several percent. It was Analysis of the cause of the increase in leak current in the defective TFT confirmed that silicide due to the catalytic element was present at the junction between the channel portion and the drain portion. As a result, the method according to the above publication has a high defect rate in which defective TFTs are generated, resulting in low reliability and a problem in mass productivity.

【0024】他の問題点は、加熱処理の問題がある。上
記3公報による方法では、550℃以上の加熱条件で、
数時間から数十時間にわたる加熱処理を行っている。こ
のような加熱処理は、100mm×100mm(100
mm□)サイズ程度の小型ガラス基板、高価な石英基板
等を用いる場合には、特に問題にならない。
Another problem is heat treatment. In the method according to the above three publications, under heating conditions of 550 ° C. or higher,
Heat treatment is performed for several hours to several tens of hours. Such heat treatment is 100 mm x 100 mm (100 mm
When using a small glass substrate having a size of about mm mm, an expensive quartz substrate, or the like, there is no particular problem.

【0025】しかし、半導体装置となる半導体素子を成
膜する液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板を製
造する場合には、多数のアクティブマトリクス基板とさ
れる1枚のマザーボード(ガラス基板)に各々アクティ
ブマトリクス基板の半導体素子を形成しており、コスト
ダウンを図るためにマザーボードが大型化する傾向にあ
る。さらに、装置のコンパクト化・軽量化を図るため
に、マザーボードは薄板化する傾向も加わり、大型且つ
薄板のマザーボードに対して、高温・長時間の加熱処理
を行うことは非常に困難である。
However, in the case of manufacturing an active matrix substrate for a liquid crystal display device in which a semiconductor element to be a semiconductor device is formed, an active matrix substrate is formed on a single mother board (glass substrate) which is a large number of active matrix substrates. Since the semiconductor element of the substrate is formed, the motherboard tends to be large in size for cost reduction. Furthermore, in order to make the device compact and lightweight, the motherboard tends to be thin, and it is very difficult to heat the large-sized and thin motherboard at high temperature for a long time.

【0026】実際に、本願発明者らは、一般的に使用さ
れているマザーボード(ガラス基板)として、600m
m×720mmの寸法、0.7mmの厚さを有するコー
ニング社コード1737のガラス基板を用いて加熱処理
を行ったところ、500℃程度の加熱条件では、数時間
にわたる加熱処理が、ほぼ限界であることを明らかにし
た。この加熱処理によって生じる最も大きな問題は、ガ
ラス基板の重量によってたわみ・反りが生じることであ
る。さらに、特開平11−40499号公報及び特開平
11−54760号公報で提案されているように、半導
体装置の不純物領域(ソース・ドレイン領域)をゲッタ
リングシンクとして使用する方法では、パターン形成し
た後に加熱処理を行うことになるので、ガラス基板上に
特有の縮み(シュリンケージ)が発生し、この加熱処理
工程の前後で、パターン合わせをすることが非常に困難
である。
Actually, the inventors of the present invention, as a commonly used mother board (glass substrate), 600 m
When the heat treatment was performed using a glass substrate of Corning Code 1737 having a size of mx720 mm and a thickness of 0.7 mm, under the heating condition of about 500 ° C, the heat treatment for several hours is almost the limit. It revealed that. The biggest problem caused by this heat treatment is that the weight of the glass substrate causes bending and warping. Further, as proposed in JP-A-11-40499 and JP-A-11-54760, in the method of using the impurity region (source / drain region) of the semiconductor device as a gettering sink, after pattern formation, Since heat treatment is performed, shrinkage (shrinkage) peculiar to the glass substrate occurs, and it is very difficult to perform pattern matching before and after this heat treatment step.

【0027】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、素子領域中に含有される触媒元素量を十
分に低減することができて、量産対象である大型のガラ
ス基板に、活性領域として使用することができる結晶性
のケイ素膜を成膜することができる半導体装置及びその
製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and can sufficiently reduce the amount of the catalytic element contained in the element region, and can be applied to a large glass substrate to be mass-produced. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a crystalline silicon film that can be used as a region and a method for manufacturing the semiconductor device.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の半導体装置は、絶縁性を有する基板上に、
結晶性を有するケイ素膜が活性領域として形成された半
導体装置であって、該活性領域は、能動領域と高濃度不
純物領域とを有し、該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結
晶化を促進する触媒元素を含んでおり、該触媒元素の濃
度は、該活性領域の端部の近傍部分で低くなるよう構成
されているものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the semiconductor device of the present invention comprises:
A semiconductor device in which a crystalline silicon film is formed as an active region, wherein the active region has an active region and a high-concentration impurity region, and the active region prevents crystallization of an amorphous silicon film. The catalyst element contains a catalyst element that promotes, and the concentration of the catalyst element is configured to be low in the vicinity of the end of the active region.

【0029】上記本発明の半導体装置において、前記能
動領域に含まれる触媒元素の濃度は、能動領域の中央部
から端部にかけて連続的に低くなっていくように構成さ
れていることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that the concentration of the catalytic element contained in the active region is continuously reduced from the central portion to the end portion of the active region.

【0030】また、本発明の半導体装置は、絶縁性を有
する基板上に、結晶性を有するケイ素膜が活性領域とし
て形成された半導体装置であって、該活性領域は、能動
領域と高濃度不純物領域とを有し、該活性領域は、非晶
質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒元素を含んでおり、
該触媒元素は、該活性領域の端部の近傍では、シリサイ
ド状態として析出することなく、固溶した状態になって
いることを特徴とするものである。
Further, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a crystalline silicon film is formed as an active region on a substrate having an insulating property, and the active region includes an active region and a high concentration impurity. A region, the active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film,
The catalyst element is characterized in that, in the vicinity of the end of the active region, it does not precipitate as a silicide state but is in a solid solution state.

【0031】上記本発明の半導体装置は、前記能動領域
内において、触媒元素がシリサイド状態として析出する
ことなく、固溶した状態になっている領域の長さは、該
能動領域の端部から2μm以上であることが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, the length of the region in which the catalytic element is in a solid solution state without being deposited as a silicide state in the active region is 2 μm from the end of the active region. The above is preferable.

【0032】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域内に含まれる触媒元素の濃度の平均値
は、前記能動領域内に含まれる触媒元素の濃度の平均値
よりも高くなっていることが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, the average concentration of the catalytic element contained in the high concentration impurity region is higher than the average concentration of the catalytic element contained in the active region. Is preferred.

【0033】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域内に含まれる前記触媒元素は、高濃度に
不純物を含む結晶性ケイ素膜中にシリサイドとして析出
しておらず、固溶した状態になっていることが好まし
い。
In the above semiconductor device of the present invention, the catalyst element contained in the high-concentration impurity region is not deposited as silicide in the crystalline silicon film containing a high concentration of impurities but is in a solid solution state. Is preferred.

【0034】上記本発明の半導体装置において、前記能
動領域と前記高濃度不純物領域との間に、低濃度不純物
領域が形成されていることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that a low concentration impurity region is formed between the active region and the high concentration impurity region.

【0035】上記本発明の半導体装置において、前記能
動領域と前記高濃度不純物領域との間に、該能動領域と
同程度の濃度の不純物を含むオフセット領域が形成され
ていることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that an offset region containing an impurity having a concentration approximately equal to that of the active region is formed between the active region and the high concentration impurity region.

【0036】上記本発明の半導体装置において、前記能
動領域の端部近傍に含まれる触媒元素の濃度は、該能動
領域の中央部付近に含まれる触媒元素の濃度の1/10
以下になっていることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, the concentration of the catalytic element contained near the end of the active region is 1/10 of the concentration of the catalytic element contained near the center of the active region.
The following is preferable.

【0037】上記本発明の半導体装置において、前記能
動領域の端部近傍に含まれる触媒元素の濃度は、1×1
15〜1×1017atoms/cm3の範囲内であるこ
とが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, the concentration of the catalytic element contained near the end of the active region is 1 × 1.
It is preferably in the range of 0 15 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 .

【0038】上記本発明の半導体装置において、前記触
媒元素は、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、Au
から選択された一種または複数種類であることが好まし
い。
In the above semiconductor device of the present invention, the catalytic element is Ni, Co, Fe, Pd, Pt, Cu, Au.
It is preferably one or more selected from

【0039】上記本発明の半導体装置において、前記触
媒元素として、少なくともNiが含まれていることが好
ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that at least Ni is contained as the catalyst element.

【0040】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、P、As、Sbから選択された一
種または複数種類の5族B元素を含んでいることが好ま
しい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high-concentration impurity region contains one or a plurality of kinds of Group 5 B elements selected from P, As, and Sb.

【0041】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、少なくともPを含んでいることが
好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high concentration impurity region contains at least P.

【0042】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、5族B元素に加えて3族B元素を
さらに含有することが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high concentration impurity region further contains a Group 3 B element in addition to the Group 5 B element.

【0043】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、5族Bから選択された元素として
Pを含み、3族Bから選択された元素としてBを含んで
いることが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high-concentration impurity region contains P as an element selected from Group 5 B and B as an element selected from Group 3 B.

【0044】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、希ガス元素から選択された元素と
して、Ar、Kr、Xeの一種または複数種類を含んで
いることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high-concentration impurity region contains one or more kinds of Ar, Kr, and Xe as an element selected from rare gas elements.

【0045】上記本発明の半導体装置において、前記高
濃度不純物領域には、前記希ガス類から選ばれた元素と
して、少なくともArを含んでいることが好ましい。
In the above semiconductor device of the present invention, it is preferable that the high concentration impurity region contains at least Ar as an element selected from the rare gases.

【0046】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成し、該
非晶質ケイ素膜上に非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する
触媒元素を導入する触媒元素導入工程と、該非晶質ケイ
素膜を結晶化するための第1の加熱処理を行って、該非
晶質ケイ素膜を結晶性のケイ素膜に結晶化する結晶化工
程と、該結晶性のケイ素膜の一部の領域に選択的に5族
Bから選択された元素を導入し、高濃度不純物領域を形
成する不純物導入工程と、該結晶性のケイ素膜に含まれ
る該触媒元素を該5族B元素が導入された領域に移動さ
せるための第2の加熱処理を行って、該結晶性のケイ素
膜の5族B元素が導入されていない能動領域となる領域
に含まれる触媒元素を該高濃度不純物領域に移動させる
移動工程と、を包含し、該移動工程の第2の加熱処理
は、該能動領域に含まれる触媒元素の濃度と該高濃度不
純物領域中に含まれる触媒元素の濃度とが、少なくとも
熱平衡状態の偏析状態に達しないように行われることを
特徴とするものである。
The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film onto the amorphous silicon film; and the amorphous silicon film. A first heat treatment for crystallizing the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film into a crystalline silicon film, and selectively in a partial region of the crystalline silicon film. An impurity introduction step of introducing an element selected from Group 5B to form a high-concentration impurity region, and moving the catalytic element contained in the crystalline silicon film to the region into which the Group 5B element is introduced. A second heat treatment for moving the catalytic element contained in the active region of the crystalline silicon film, in which the Group 5 element B is not introduced, to the high-concentration impurity region; And the second heat treatment of the transfer step includes: The concentration and the concentration of the catalytic element contained in the high concentration impurity regions of the catalytic element is characterized in that which is performed so as not to reach the segregation state of at least a thermal equilibrium state.

【0047】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ素膜を形成し、該
非晶質ケイ素膜の一部の領域に非晶質ケイ素膜の結晶化
を促進する触媒元素を導入する触媒元素導入工程と、該
非晶質ケイ素膜を結晶化するための第1の加熱処理を行
って、該触媒元素が導入された一部の領域からその周囲
の領域へと、該基板表面に対して平行な方向である横方
向に該非晶質ケイ素膜を結晶性のケイ素膜に結晶化する
結晶化工程と、該横方向に結晶成長させた領域の結晶性
のケイ素膜のみからなる結晶性のケイ素膜の領域を形成
する領域形成工程と、該結晶性のケイ素膜の一部の領域
に選択的に5族Bから選択された元素を導入し、高濃度
不純物領域を形成する不純物導入工程と、該結晶性のケ
イ素膜に含まれる該触媒元素を該5族B元素が導入され
た領域に移動させるための第2の加熱処理を行って、該
5族B元素が導入されず能動領域となる領域に含まれる
触媒元素を該高濃度不純物領域に移動させる移動工程
と、を包含し、該移動工程の第2の加熱処理は、該能動
領域に含まれる触媒元素の濃度と該高濃度不純物領域中
に含まれる触媒元素の濃度とが、少なくとも熱平衡状態
の偏析状態に達しないように行われることを特徴とする
ものである。
The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface, and introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous silicon film to a partial region of the amorphous silicon film; The first heat treatment for crystallizing the crystalline silicon film is performed, and from the partial region into which the catalytic element is introduced to the peripheral region, a horizontal direction parallel to the substrate surface is performed. A crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film into a crystalline silicon film in a direction, and forming a crystalline silicon film region consisting only of the crystalline silicon film in the laterally grown region. A region forming step, an impurity introducing step of selectively introducing an element selected from Group 5B into a partial region of the crystalline silicon film to form a high concentration impurity region, and the crystalline silicon film And moving the catalytic element contained in Second heat treatment for moving the catalytic element contained in the region which does not become a Group 5 B element and becomes an active region to the high-concentration impurity region. The second heat treatment is performed so that the concentration of the catalytic element contained in the active region and the concentration of the catalytic element contained in the high-concentration impurity region do not reach at least the segregation state in the thermal equilibrium state. It is a feature.

【0048】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記不純物導入工程を行う際、あるいはその前後に
おいて、前記高濃度不純物領域と該能動領域との間に、
高濃度不純物領域よりも低濃度に5族Bから選ばれた元
素が導入された領域を形成する工程をさらに含むことが
好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, before or after performing the impurity introducing step, between the high concentration impurity region and the active region,
It is preferable to further include a step of forming a region into which an element selected from Group 5 B is introduced at a lower concentration than the high concentration impurity region.

【0049】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記不純物導入工程を行う際、あるいはその前後に
おいて、前記高濃度不純物領域と該能動領域との間に、
5族元素が導入されないオフセット領域を形成する工程
をさらに含むことが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, before or after performing the impurity introducing step, between the high concentration impurity region and the active region,
It is preferable to further include a step of forming an offset region into which a Group 5 element is not introduced.

【0050】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記移動工程の第2の加熱処理は、加熱温度400
℃〜550℃の温度範囲内で、30分から2時間にわた
る処理時間にて行うことが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second heat treatment in the moving step is performed at a heating temperature of 400.
It is preferable that the treatment is carried out within a temperature range of 550 to 550 ° C. for a treatment time of 30 minutes to 2 hours.

【0051】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記移動工程の第2の加熱処理は、前記基板が第2
の加熱処理を行うための加熱処理温度に達するまで、少
なくとも5℃/分以上の昇温速度で昇温し、第2の加熱
処理が終了した後、少なくとも5℃/分を以上の降温速
度で降温することが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the second heat treatment in the moving step is performed on the substrate with the second heat treatment.
The temperature is increased at a temperature increase rate of at least 5 ° C./min or more until the temperature reaches the heat treatment temperature for performing the heat treatment of, and after the second heat treatment is completed, at least 5 ° C./min is decreased at a temperature decrease rate of the above. It is preferable to lower the temperature.

【0052】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記移動工程の第2の加熱処理は、前記絶縁基板の
平面形状に対して概略相似形の断面形状を有する炉心管
の中に、該絶縁基板の基板面を該炉心管方向に向け、該
炉心管の内周側面と該基板との距離が最小となるような
配置となっているファーネス炉を用いて行うことが好ま
しい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the second heat treatment in the moving step is performed in the core tube having a cross-sectional shape substantially similar to the planar shape of the insulating substrate. It is preferable to use a furnace in which the substrate surface of the substrate is oriented toward the core tube and the distance between the inner peripheral side surface of the core tube and the substrate is minimized.

【0053】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記基板の平面形状は矩形状になっており、前記フ
ァーネス炉の炉心管の断面形状は、該基板の平面形状に
対応して一回り大きな概略相似形となる矩形状に形成さ
れていることが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the substrate has a rectangular planar shape, and the furnace core tube of the furnace has a cross-sectional shape that is slightly larger than the planar shape of the substrate. It is preferably formed in a substantially rectangular shape.

【0054】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記移動工程の第2の加熱処理は、600〜750
℃の温度範囲内で、1秒〜10分にわたる処理時間とす
る高速熱アニール処理により行われることが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second heat treatment in the moving step is 600 to 750.
It is preferable to perform the rapid thermal annealing treatment in the temperature range of ° C for a treatment time of 1 second to 10 minutes.

【0055】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記高速熱アニール処理は、500℃以下の余熱温
度から、高速熱アニール処理を行うアニール温度まで、
100℃/分以上の昇温速度で昇温させることが好まし
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the rapid thermal annealing treatment is performed from a residual heat temperature of 500 ° C. or lower to an annealing temperature at which the rapid thermal annealing treatment is performed.
It is preferable to raise the temperature at a heating rate of 100 ° C./min or more.

【0056】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記高速熱アニール処理は、タングステン−ハロゲ
ンランプ、キセノンアークランプ、UVランプ等を用い
たランプ照射、または、前記基板表面への高温ガス吹き
付けによる加熱処理を用いて行うことが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the rapid thermal annealing treatment is performed by lamp irradiation using a tungsten-halogen lamp, xenon arc lamp, UV lamp or the like, or by spraying a high temperature gas on the substrate surface. It is preferable to use heat treatment.

【0057】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記不純物導入工程を行う際、あるいはその前後に
おいて、前記高濃度不純物領域の少なくとも一部に、3
族Bから選ばれた元素を導入する工程をさらに含むこと
が好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, at least a part of the high concentration impurity region is formed at the time of performing the impurity introducing step or before or after the impurity introducing step.
It is preferable to further include a step of introducing an element selected from Group B.

【0058】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記不純物導入工程を行う際、あるいは、その前後
において、前記高濃度不純物領域の少なくとも一部に、
希ガス類から選択された元素を導入する工程をさらに含
むことが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, at least a part of the high-concentration impurity region is formed before or after the impurity introduction step.
It is preferable to further include a step of introducing an element selected from rare gases.

【0059】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記5族Bから選択された元素は、P、As、Sb
から選択された一種または複数種類のものであることが
好ましい。
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the element selected from Group 5 B is P, As, Sb.
It is preferably one or more selected from

【0060】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記5族Bから選択された元素として、少なくとも
Pを含んでいることが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that at least P is contained as an element selected from Group 5B.

【0061】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記5族Bから選択された元素としてP、3族Bか
ら選択された元素としてBを用いることが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable to use P as an element selected from Group 5 B and B as an element selected from Group 3 B.

【0062】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記希ガス類から選択された元素は、Ar、Kr、
Xeから選択された一種または複数種類のものを含むこ
とが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the element selected from the rare gases is Ar, Kr,
It is preferable to include one or more kinds selected from Xe.

【0063】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記希ガス類から選択された元素として、少なくと
もArを含んでいることが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that at least Ar is contained as an element selected from the rare gases.

【0064】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記触媒元素は、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、
Cu、Auから選択された一種または複数種類のもので
あることが好ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the catalyst element is Ni, Co, Fe, Pd, Pt,
It is preferable that it is one or more kinds selected from Cu and Au.

【0065】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記触媒元素として、少なくともNiを含んでいる
ことが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that at least Ni is contained as the catalyst element.

【0066】上記本発明の半導体装置の製造方法におい
て、前記結晶化工程と行った後、前記結晶性のケイ素膜
にレーザー光を照射して、その結晶性を高める工程をさ
らに含むことが好ましい。
The semiconductor device manufacturing method of the present invention preferably further includes the step of irradiating the crystalline silicon film with laser light to enhance its crystallinity after performing the crystallization step.

【0067】[0067]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置及びそ
の製造方法について、詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail below.

【0068】本発明の半導体装置は、その活性領域が、
能動領域(チャネル領域)と高濃度不純物領域(ソース
・ドレイン領域)とで構成される電界効果型トランジス
タを主な対象としている。そして、本発明の半導体装置
では、その活性領域に非晶質ケイ素膜の結晶化を促進す
る触媒元素が含まれており、この活性領域内の触媒元素
の濃度が、能動領域の中央部よりも不純物領域の近傍部
において低くなるように構成されている、あるいは、能
動領域内の触媒元素の存在形態が、能動領域の中央部で
は固溶度を越えてシリサイド状態として析出していて
も、不純物領域の近傍ではシリサイド状態として析出し
ていない固溶状態となっていることを特徴としている。
In the semiconductor device of the present invention, the active region is
The main target is a field effect transistor composed of an active region (channel region) and a high-concentration impurity region (source / drain region). Further, in the semiconductor device of the present invention, the active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and the concentration of the catalytic element in the active region is higher than that in the central portion of the active region. Even if the catalytic element in the active region is formed to be low in the vicinity of the impurity region or the catalytic element in the active region exceeds the solid solubility in the central part of the active region and is deposited as a silicide state, It is characterized in that it is in a solid solution state in which it is not precipitated as a silicide state in the vicinity of the region.

【0069】このような特徴を有する本発明の半導体装
置の製造方法について概略的に説明する。
A method of manufacturing the semiconductor device of the present invention having the above characteristics will be briefly described.

【0070】本発明の半導体装置の製造方法は、次の
(1)、(2)の工程を順次行うことを要旨とする。
The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that the following steps (1) and (2) are sequentially performed.

【0071】(1)絶縁基板上に形成された非晶質ケイ
素膜に、その結晶化を促進する触媒元素を導入した後、
加熱処理を行うことによりその非晶質ケイ素膜を結晶成
長させる(第1の加熱処理)。
(1) After introducing a catalyst element for promoting crystallization into an amorphous silicon film formed on an insulating substrate,
The amorphous silicon film is crystal-grown by performing heat treatment (first heat treatment).

【0072】(2)第1の加熱処理により結晶化された
結晶性のケイ素膜上の一部に、選択的に5族Bから選ば
れた元素を導入し、半導体装置の高濃度不純物領域(ソ
ース・ドレイン領域)となる領域を形成した後、加熱処
理を行うことにより、半導体装置の能動領域(チャネル
領域)となる領域に含まれる触媒元素を高濃度不純物領
域へ移動させる(第2の加熱処理)。
(2) An element selected from Group 5 B is selectively introduced into a part of the crystalline silicon film crystallized by the first heat treatment to form a high-concentration impurity region ( After forming a region to be a source / drain region), heat treatment is performed to move a catalytic element contained in a region to be an active region (channel region) of the semiconductor device to a high-concentration impurity region (second heating). processing).

【0073】本発明の半導体装置の製造方法において
は、第2の加熱処理の加熱条件を適正にすることが重要
であり、半導体装置の能動領域中の触媒元素濃度と高濃
度不純物領域中の触媒元素濃度とが、少なくとも熱平衡
状態の偏析状態に達しない条件で行う。このような加熱
条件とすることにより、上述した特徴を有する本発明の
半導体装置を製造することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is important to make the heating conditions of the second heat treatment proper, and the catalyst element concentration in the active region and the catalyst in the high concentration impurity region of the semiconductor device are important. The element concentration is performed under the condition that at least the segregation state in the thermal equilibrium state is not reached. By setting such heating conditions, the semiconductor device of the present invention having the above-described characteristics can be manufactured.

【0074】図6(A)は、上記の製造方法によって得
られる本発明の半導体装置のチャネル領域からドレイン
領域にわたる触媒元素の濃度勾配を示しており、図6
(B)は、本発明の半導体装置の平面図を示している。
FIG. 6A shows the concentration gradient of the catalytic element from the channel region to the drain region of the semiconductor device of the present invention obtained by the above manufacturing method.
(B) shows a plan view of the semiconductor device of the present invention.

【0075】図6(B)において、島状に形成された素
子領域506を示しており、504はチャネル領域、5
05はドレイン領域をそれぞれ示している。図6(A)
では、このチャネル領域504及びドレイン領域505
における触媒元素の濃度分布を実線501にて表してい
る。
FIG. 6B shows an element region 506 formed in an island shape, where 504 is a channel region and 5 is a channel region.
Reference numerals 05 respectively indicate drain regions. FIG. 6 (A)
Then, the channel region 504 and the drain region 505
The solid line 501 represents the concentration distribution of the catalytic element in FIG.

【0076】図6(A)に示すように、本発明の半導体
装置では、触媒元素の濃度は、チャネル領域504及び
ドレイン領域505でそれぞれ一定の濃度を維持してい
るが、チャネル領域504とドレイン領域505との境
界(接合部)503の近傍では、チャネル領域504内
の触媒元素が急激に減少し、ドレイン領域505内の触
媒元素は急激に増大する分布となっている。比較のため
に、図6(A)には、従来法(前述の3つの公報の方
法)によってチャネル領域504に存在する触媒元素を
均一にゲッタリングした半導体装置の触媒元素の濃度分
布を破線502にて示しており、チャネル領域504及
びドレイン領域505のそれぞれの領域において、触媒
元素の濃度が一定になっている。
As shown in FIG. 6A, in the semiconductor device of the present invention, the concentration of the catalytic element is kept constant in the channel region 504 and the drain region 505, respectively. In the vicinity of the boundary (joint portion) 503 with the region 505, the distribution is such that the catalytic element in the channel region 504 sharply decreases and the catalytic element in the drain region 505 sharply increases. For comparison, in FIG. 6A, a dashed line 502 shows the concentration distribution of the catalytic element of the semiconductor device in which the catalytic element existing in the channel region 504 is gettered uniformly by the conventional method (the method of the above-mentioned three publications). , The concentration of the catalyst element is constant in each of the channel region 504 and the drain region 505.

【0077】図6(A)に示すように、本発明の半導体
装置の製造方法及び従来の製造方法の双方で、ドレイン
領域505を触媒元素のゲッタリングシンクとして利用
しているが、本発明の半導体装置では、チャネル領域5
04内において、ドレイン領域505との境界503の
近端以外では、従来法により製造された半導体装置より
も触媒元素が高濃度に残留しているが、ドレイン領域5
05との接合部503の近傍では、触媒元素の濃度が低
減されて、従来法による半導体装置よりも残存する触媒
元素の濃度が低くなっている。
As shown in FIG. 6A, the drain region 505 is used as a gettering sink for the catalytic element in both the semiconductor device manufacturing method of the present invention and the conventional manufacturing method. In the semiconductor device, the channel region 5
In the region 04, except for the vicinity of the boundary 503 with the drain region 505, the catalytic element remains in a higher concentration than in the semiconductor device manufactured by the conventional method.
In the vicinity of the junction 503 with 05, the concentration of the catalyst element is reduced, and the concentration of the remaining catalyst element is lower than that of the semiconductor device by the conventional method.

【0078】また、図6(B)に示すように、触媒元素
の濃度が一定値以上になった場合には、シリサイド50
7が析出するが、触媒元素の濃度が一定値以下となる接
合部503から距離Lの領域では、触媒元素は固溶状態
となりシリサイドは析出しない。
Further, as shown in FIG. 6B, when the concentration of the catalytic element exceeds a certain value, the silicide 50
7 is deposited, but in the region at a distance L from the joint portion 503 where the concentration of the catalyst element is a certain value or less, the catalyst element is in a solid solution state and silicide is not deposited.

【0079】本発明の上記構成により得られる効果を理
解し易くするために、まず、オフ動作時にリーク電流が
発生する考えられる原因について説明する。
In order to make it easier to understand the effects obtained by the above-described structure of the present invention, the possible causes of the leakage current during the OFF operation will be described first.

【0080】図9(a)〜(c)は、それぞれN型TF
Tにおけるチャネル領域からドレイン領域にかかる領域
のバンド図であり、(a)はゲート電圧Vg>0、
(b)はゲート電圧Vg=0、(c)はゲート電圧Vg
<0のときを示している。図9中、実線801は伝導
帯、実線802は荷電子帯、実線803はフィルミレベ
ルをそれぞれ表している。
9A to 9C show N-type TFs, respectively.
FIG. 7B is a band diagram of a region extending from the channel region to the drain region in T, where (a) is a gate voltage Vg> 0,
(B) is the gate voltage Vg = 0, (c) is the gate voltage Vg
<0 is shown. In FIG. 9, the solid line 801 represents the conduction band, the solid line 802 represents the valence band, and the solid line 803 represents the film level.

【0081】ゲート電圧Vg>0のときには、図9
(a)に示すようなバンド図となり、チャネル領域から
ドレイン領域に正バイアスが印加されて、TFTがオン
動作となって、チャネル領域からドレイン領域に電流が
流れる。また、ゲート電圧Vg=0のときには、図9
(b)に示すように、フェルミレベル803は、チャネ
ル領域及びドレイン領域において同一のレベルとなって
いる。
When the gate voltage Vg> 0, FIG.
A band diagram as shown in (a) is obtained, a positive bias is applied from the channel region to the drain region, the TFT is turned on, and a current flows from the channel region to the drain region. When the gate voltage Vg = 0, FIG.
As shown in (b), the Fermi level 803 has the same level in the channel region and the drain region.

【0082】図9(c)に示すゲート電圧Vg<0の場
合には、TFTがオフ動作となって、チャネル領域とド
レイン領域との接合部分において、伝導帯801と荷電
子帯802とが、チャネル領域とドレイン領域との接合
部分で大きくうねった状態となっている。この状態で、
図9(c)に点804にて示すようなトラップ準位が接
合部分に存在すると、チャネル領域に存在するキャリア
805は、このトラップ準位804を介して、矢印80
7で示されるパスを通って伝導帯801上の位置806
に移動することとなる。このキャリアの移動は、トラッ
プ準位804を介した一種のトンネル電流現象として理
解される。
When the gate voltage Vg <0 shown in FIG. 9C, the TFT is turned off, and the conduction band 801 and the valence band 802 are formed in the junction between the channel region and the drain region. A large wavy state is formed at the junction between the channel region and the drain region. In this state,
When a trap level as indicated by a point 804 in FIG. 9C exists at the junction, carriers 805 existing in the channel region pass through the trap level 804 and an arrow 80.
Position 806 on the conduction band 801 through the path indicated by 7.
Will be moved to. This carrier movement is understood as a kind of tunnel current phenomenon via the trap level 804.

【0083】なお、図9(a)〜(c)においては、チ
ャネル領域とドレイン領域との接合部分について説明し
たが、実際のTFT素子は交流駆動されるため、チャネ
ル領域とソース領域との接合部分でも同様の現象が現れ
ることとなる。
Although the junction between the channel region and the drain region has been described with reference to FIGS. 9A to 9C, since the actual TFT element is driven by AC, the junction between the channel region and the source region is performed. The same phenomenon will appear in the part.

【0084】TFTの電流駆動能力、即ちオン特性は、
主に、そのチャネル領域のケイ素膜の結晶性によって決
定される。これに対して、TFTのオフ動作時に発生す
るリーク電流は、上述のようにチャネル領域とソース領
域あるいはドレイン領域との接合部分の近傍に存在する
トラップ準位に起因する。
The current drive capability of the TFT, that is, the ON characteristic is
It is mainly determined by the crystallinity of the silicon film in its channel region. On the other hand, the leak current generated during the OFF operation of the TFT is caused by the trap level existing near the junction between the channel region and the source region or the drain region as described above.

【0085】触媒元素を導入することにより結晶化した
結晶性のケイ素膜は、良好な結晶性を有するために高い
オン特性が得られる。しかしながら、触媒元素による結
晶化の過程で触媒元素はシリサイド状態で結晶性のケイ
素膜中に析出する。本願発明者らがオフ電流が異常に高
いTFTを分解・解析したところ、ドレイン領域とチャ
ネル領域との接合部分近傍に、触媒元素のシリサイドが
発生していることを実際に確認している。この結果、触
媒元素を導入して結晶化した結晶性のケイ素膜を活性領
域に用いたTFTにおいて、異常に高いオフ電流が多発
する原因は、TFTのチャネル領域とソース領域あるい
はドレイン領域との接合部分に、触元素のシリサイドが
存在し、このシリサイドが図9(c)の804で示した
トラップ準位となってトンネルリングを生じさせている
ことが原因であると考えられる。
The crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element has good crystallinity, and therefore high ON characteristics can be obtained. However, in the process of crystallization by the catalytic element, the catalytic element is deposited in the crystalline silicon film in the silicide state. When the inventors of the present application disassembled and analyzed a TFT having an abnormally high off current, it was actually confirmed that a catalyst element silicide was generated in the vicinity of the junction between the drain region and the channel region. As a result, in the TFT using the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element in the active region, the reason why an abnormally high off current frequently occurs is that the junction between the channel region of the TFT and the source region or the drain region is caused. It is considered that this is because the silicide of the contact element is present in the portion and this silicide becomes the trap level shown by 804 in FIG. 9C and causes the tunnel ring.

【0086】したがって、TFTにおけるチャネル領域
とソース・ドレイン領域との接合部分での触媒元素の濃
度を低くすれば、触媒元素によるリーク電流の増大を低
減することができる。逆の見方をすれば、接合部からあ
る程度離れているチャネル領域の中央部分では、触媒元
素の濃度がある程度高くなっていても、半導体装置の特
性上の問題とはならない。また、触媒元素自体がトラッ
プ準位が発生する原因となっているわけではなく、シリ
サイド状態として析出していることが問題となるため、
チャネル領域における接合部近傍では、シリサイド状態
として析出することがなく固溶状態となっているように
すれば、触媒元素によるリーク電流が増大することを抑
止することができる。また、所謂ホットエレクトロンに
よる特性劣化等は、電界集中が生じるドレイン端(チャ
ネル領域との接合部)の近傍で発生する。本発明の半導
体装置では、チャネル領域とソース・ドレイン領域との
接合部分での触媒元素が低減されているため、特性劣化
等が発生せず信頼性の高い半導体装置を得ることができ
る。
Therefore, if the concentration of the catalyst element at the junction between the channel region and the source / drain region in the TFT is lowered, the increase in leak current due to the catalyst element can be suppressed. From the opposite point of view, even if the concentration of the catalytic element is increased to some extent in the central portion of the channel region that is apart from the junction to some extent, it does not pose a problem in the characteristics of the semiconductor device. Also, the catalyst element itself does not cause the trap level to occur, and the problem is that it is precipitated as a silicide state.
In the vicinity of the junction in the channel region, it is possible to suppress an increase in the leak current due to the catalyst element if it is in a solid solution state without being deposited as a silicide state. Further, so-called hot electron characteristic deterioration and the like occur near the drain end (junction with the channel region) where electric field concentration occurs. In the semiconductor device of the present invention, the catalytic element is reduced at the junction between the channel region and the source / drain regions, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained without deterioration of characteristics or the like.

【0087】また、本発明の半導体装置は、チャネル領
域のソース・ドレイン領域との近傍部において触媒元素
が低減されたものであり、チャネル領域の中央部に存在
している触媒元素及びその析出物(シリサイド)が半導
体装置の特性にどの程度影響を及ぼしているかが問題と
なるが、本発明者らが行った実験によると、接合部から
ある程度離れているチャネル領域の中央部に触媒元素が
固溶度を越えてシリサイド状態で析出してても、半導体
装置の特性上特には問題とはならず、残留する触媒元素
が半導体装置の特性に与える問題点は、全て電界集中が
生じるドレイン接合部の近傍に集約されることが明らか
になっている。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the catalytic element is reduced in the vicinity of the source / drain regions in the channel region, and the catalytic element present in the central part of the channel region and its precipitates are present. How much (silicide) influences the characteristics of the semiconductor device becomes a problem, but according to the experiments conducted by the present inventors, the catalytic element is fixed in the central part of the channel region which is apart from the junction to some extent. Even if it exceeds the solubility and precipitates in a silicide state, it does not cause any particular problem in the characteristics of the semiconductor device, and all the problems that the residual catalytic element gives to the characteristics of the semiconductor device are the drain junction where electric field concentration occurs. It is clear that they are aggregated in the vicinity of.

【0088】また、前述の3つの公報(特開平10−2
70363公報、特開平11−40499公報、特開平
11−54760公報)では、TFTの活性領域あるい
はチャネル領域の全ての領域について均一に触媒元素を
ゲッタリングし、その領域内における触媒元素の濃度差
がない状態になっている。このような状態を実現するた
めには、高温で長時間にわたる加熱処理が必要である。
しかしながら、高温の加熱処理を長時間にわたって行う
と、たわみ、反り、縮み等の熱的変化が生じるため、液
晶表示用のアクティブマトリクス基板等に使用される大
型のマザーボード(ガラス基板)に適用することができ
ない。
In addition, the above-mentioned three publications (JP-A-10-2
70363, JP-A-11-40499, and JP-A-11-54760), the catalytic element is uniformly gettered in all regions of the active region or the channel region of the TFT, and the concentration difference of the catalytic element in the region is reduced. There is no state. In order to realize such a state, heat treatment at high temperature for a long time is required.
However, if high-temperature heat treatment is performed for a long time, thermal changes such as bending, warping, and shrinking occur, so apply it to large motherboards (glass substrates) used for active matrix substrates for liquid crystal displays. I can't.

【0089】これに対して、本発明の半導体装置では、
半導体装置の特性上問題となる接合部における触媒元素
の濃度が低減しており、チャネル領域の他の領域の触媒
元素が十分にゲッタリングできているか否かに関わら
ず、リーク電流の増大を防止することができるものであ
り、プロセスの点からも、ゲッタリングのための加熱処
理を低温化・短時間化することができ、量産対応の大型
のマザーボードに適用することができる。
On the other hand, in the semiconductor device of the present invention,
The concentration of the catalytic element at the junction, which is a problem in the characteristics of the semiconductor device, is reduced, preventing an increase in leak current regardless of whether the catalytic element in the other region of the channel region is sufficiently gettered. From the viewpoint of the process, the heat treatment for gettering can be performed at a low temperature and in a short time, and the present invention can be applied to a large-scale mother board for mass production.

【0090】さらに、本発明における能動(チャネル)
領域内の該触媒元素の濃度は、能動領域の中央部から高
濃度不純物領域との境界へとかけて、連続的に低くなっ
ていくように構成すれば、オフ電流の増大を防止する効
果をより高いものとすることができる。
Further, the active (channel) in the present invention
If the concentration of the catalytic element in the region is continuously reduced from the central portion of the active region to the boundary with the high-concentration impurity region, the effect of preventing an increase in off current can be obtained. It can be higher.

【0091】また、図6(B)に示した触媒元素の濃度
が一定値以下となる接合部503からの距離Lは、2μ
m以上であることが望ましい。距離Lが2μm以下であ
る場合には、接合部503で生じる電界集中の影響を受
けてシリサイド析出物507がリークパスとなる。接合
部503から2μm以上離れたところに、シリサイド析
出物507が存在している場合には、実用的な使用電圧
レベルにおいては、接合部503における電界の影響は
ほとんど受けず、半導体装置のオフ特性や信頼性への悪
影響はない。
Further, the distance L from the bonding portion 503 at which the concentration of the catalytic element shown in FIG.
It is preferably m or more. When the distance L is 2 μm or less, the silicide precipitate 507 becomes a leak path due to the influence of the electric field concentration generated at the junction 503. When the silicide precipitate 507 is present at a distance of 2 μm or more from the junction 503, the electric field at the junction 503 is hardly affected by the practical use voltage level, and the off characteristics of the semiconductor device are reduced. There is no adverse effect on reliability.

【0092】本発明の半導体装置は、以上のような構成
を有している。この構成を簡易に製造するためには、高
濃度不純物領域(ソース・ドレイン領域)を触媒元素の
ゲッタリングシンクとして利用することが有効である。
The semiconductor device of the present invention has the above structure. In order to easily manufacture this structure, it is effective to use the high-concentration impurity regions (source / drain regions) as gettering sinks of the catalytic element.

【0093】また、本発明の半導体装置としては、高濃
度不純物領域内に存在する触媒元素の濃度の平均値が、
能動領域内における触媒元素の濃度の平均値よりも高く
なっていることが望ましい。このような状態になってい
れば、チャネル領域の中央部から接合部にかけて、触媒
元素が、図6(A)に示すような濃度分布・濃度勾配を
有することとなり、本発明の半導体装置の上記効果をよ
り高めることができる。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the average value of the concentration of the catalyst element existing in the high concentration impurity region is
It is desirable that the concentration is higher than the average value of the concentration of the catalytic element in the active region. In such a state, the catalytic element has a concentration distribution / concentration gradient as shown in FIG. 6A from the central portion of the channel region to the junction portion, and the above-mentioned semiconductor device of the present invention has the above-mentioned structure. The effect can be enhanced.

【0094】また、高濃度不純物領域内に存在する触媒
元素は、ケイ素膜中に固溶しており、シリサイドとして
析出していない状態であることが重要である。高濃度不
純物領域内においても、チャネル領域との接合部の近傍
において、同様に電界集中が発生し、この部分にシリサ
イド状態の触媒元素の析出物が存在すると、半導体装置
のオフ特性及び信頼性に悪影響を与えることとなる。こ
のため、本発明の半導体装置において、高濃度不純物領
域をゲッタリングシンクとして作用させることが有効で
あり、この点でも、この領域の触媒元素の濃度が、チャ
ネル領域よりも高くなっていることが望ましい。そし
て、この高濃度不純物領域内、特に、チャネル領域と接
合する接合部の近傍において、触媒元素が固溶してお
り、シリサイドとして析出していない状態である必要が
ある。このような状態とするためには、不純物種を選択
する必要があり、この点に関しては後述する。
Further, it is important that the catalytic element existing in the high-concentration impurity region is in solid solution in the silicon film and is not deposited as silicide. Even in the high-concentration impurity region, electric field concentration similarly occurs in the vicinity of the junction with the channel region, and if a deposit of the catalytic element in the silicide state is present in this portion, the off characteristics and reliability of the semiconductor device may be deteriorated. It will have an adverse effect. Therefore, in the semiconductor device of the present invention, it is effective to make the high-concentration impurity region act as a gettering sink, and in this respect also, the concentration of the catalyst element in this region is higher than that in the channel region. desirable. Then, in this high-concentration impurity region, in particular, in the vicinity of the joining portion joined to the channel region, the catalyst element needs to be in a solid solution and not be deposited as silicide. In order to achieve such a state, it is necessary to select the impurity species, which will be described later.

【0095】また、本発明の半導体装置のオフ電流の異
常増大、信頼性が悪化することを低減する効果をさらに
高めるためには、能動領域(チャネル領域)と高濃度不
純物領域(ソース・ドレイン領域)との間に、低濃度不
純物領域(LDD領域)、あるいは、能動領域と同等の
不純物濃度の領域(オフセット領域)が設けられている
ことが望ましい。このような領域が設けられていれば、
チャネル領域とソース・ドレイン領域との接合部での電
界集中が緩和される。この結果、チャネル領域の接合部
近傍での触媒元素濃度の低減及びシリサイド析出物を低
減することによる効果に加えて、その領域に集中する電
界を分散させる相乗効果が生じ、オフ電流の異常増大を
低減し、信頼性(ホットエレクトロン耐性)をさらに高
めることができる。
In order to further enhance the effect of reducing the abnormal increase in off-current and the deterioration of reliability of the semiconductor device of the present invention, the active region (channel region) and the high-concentration impurity region (source / drain region) are formed. It is desirable that a low-concentration impurity region (LDD region) or a region having an impurity concentration equivalent to that of the active region (offset region) is provided between the first and second regions. If such a region is provided,
The electric field concentration at the junction between the channel region and the source / drain region is relaxed. As a result, in addition to the effect of reducing the concentration of the catalyst element near the junction of the channel region and the reduction of silicide precipitates, a synergistic effect of dispersing the electric field concentrated in that region occurs, which causes an abnormal increase in off current. It is possible to reduce the reliability and further improve the reliability (hot electron resistance).

【0096】本発明の半導体装置の能動領域内における
触媒元素の濃度分布としては、高濃度不純物領域の近傍
での触媒元素濃度が、能動領域の中央部付近に比較し
て、1/10以下になっていることが望ましい。能動領
域内における触媒元素の濃度比が1/10以下にまで大
きくなっていれば、半導体装置のオフ特性の異常発生率
に関して本発明の効果がより顕在化されることが分かっ
ている。さらに、本発明の半導体装置の能動領域内にお
ける高濃度不純物領域に接合する接合部近傍での触媒元
素の濃度は、1×1016〜1×1017atoms/cm
3の範囲内であることが望ましい。この領域での触媒元
素の濃度が、1×1017atoms/cm 3以下になっ
ている場合には、触媒元素による半導体の素子特性に及
ぼす電気的な悪影響は全く見られなくなる。残留触媒元
素の濃度は低減されればされるほど好ましいことは当然
であるが、触媒元素を用いて結晶化を行う方法を用いる
限り、最低限1×1016atoms/cm3程度の触媒
元素が残留することが避けられず、この濃度以下に低減
することはできない。したがって、本発明の半導体装置
においても、少なくとも1×1016atoms/cm3
以上の濃度の触媒元素がチャネル領域内の接合部近傍に
残留していることになる。
In the active region of the semiconductor device of the present invention
The concentration distribution of the catalytic element should be in the vicinity of the high-concentration impurity region.
The catalytic element concentration at
Therefore, it is desirable that it is 1/10 or less. Active territory
The concentration ratio of catalytic elements in the region is as high as 1/10 or less
If it is higher, the rate of occurrence of abnormalities in the off characteristics of semiconductor devices
It has been found that the effect of the present invention
ing. Furthermore, the semiconductor device of the present invention is provided in the active region.
In the vicinity of the joint that joins the high-concentration impurity region
Elemental concentration is 1 × 1016~ 1 x 1017atoms / cm
3It is desirable to be within the range. Catalyst source in this area
Elemental concentration is 1 × 1017atoms / cm 3Became
In the case of
No adverse electrical effects are seen. Residual catalyst source
It goes without saying that the more the element concentration is reduced, the better
However, the method of crystallization using a catalytic element is used.
As long as the minimum is 1 × 1016atoms / cm3Degree of catalyst
It is unavoidable that elements remain, and it is reduced below this concentration.
You cannot do it. Therefore, the semiconductor device of the present invention
Even at least 1 × 1016atoms / cm3
The above-mentioned concentration of the catalytic element near the junction in the channel region
It remains.

【0097】図7(A)は、本発明の半導体装置の製造
方法により実際に作製したP型TFTの特性曲線を示す
グラフであり、図7(B)は、素子領域の全体にわたっ
て均一な濃度で触媒元素を含む従来法により作製された
P型TFTの特性曲線を示しており、両特性曲線におい
て共に、ソース・ドレイン間に1V及び4Vの電圧を印
加した際のゲート電圧Vgを横軸とし、ドレイン電流I
dを対数スケールとして縦軸に示す、TFTのVg−I
d特性曲線である。図7(A)、(B)共に、24点分
の特性を重ねて表示している。
FIG. 7A is a graph showing a characteristic curve of a P-type TFT actually manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG. 7B is a graph showing a uniform concentration over the entire element region. 2 shows characteristic curves of a P-type TFT manufactured by a conventional method containing a catalytic element. In both characteristic curves, the gate voltage Vg when a voltage of 1 V and 4 V is applied between the source and drain is taken as the horizontal axis. , Drain current I
Vg-I of TFT, where d is the logarithmic scale and is shown on the vertical axis
It is a d characteristic curve. In FIGS. 7A and 7B, the characteristics for 24 points are displayed in an overlapping manner.

【0098】図7(A)に示す特性曲線では、ゲート電
圧Vgをプラス方向(P型TFTがオフ動作となる方
向)に加えた際のオフ電流Idが発散しており、各TF
T毎に異なるオフ電流となってあらわれており、著しく
オフ電流が高くなったTFTが発生している。
In the characteristic curve shown in FIG. 7A, the off current Id diverges when the gate voltage Vg is applied in the positive direction (direction in which the P-type TFT is turned off), and each TF is diverged.
Different off currents appear for each T, and TFTs having a significantly high off current are generated.

【0099】これに対して、図7(B)に示す特性曲線
では、オフ電流が、全てのTFTで低く、良好に揃って
いることが分かる。
On the other hand, in the characteristic curve shown in FIG. 7B, it can be seen that the off current is low in all TFTs and is well aligned.

【0100】ゲート電圧Vgをソース領域からドレイン
領域への電界の方向がプラス方向になるように加えた際
のドレイン電流Idにおいては両曲線において差は見ら
れず、オン特性が両半導体装置において差異がないこと
が分かる。
There is no difference between the two curves in the drain current Id when the gate voltage Vg is applied so that the direction of the electric field from the source region to the drain region is in the positive direction, and the on characteristics are different in both semiconductor devices. You can see that there is no.

【0101】両半導体装置に用いられる活性領域中に含
まれる触媒元素量はほぼ等しく、活性領域における触媒
元素の濃度分布が異なっている点のみが上記の特性にお
ける注目すべき差異になって現れている。この結果か
ら、本発明の半導体装置の製造方法によって作製された
TFTは、そのリーク電流を低減するために非常に有効
であり、本発明の半導体装置により、リーク電流が低減
された高性能なTFTを実現することができる。
Only the amount of the catalytic element contained in the active region used in both semiconductor devices is almost equal, and the concentration distribution of the catalytic element in the active region is different, which is a noticeable difference in the above characteristics. There is. From these results, the TFT manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is very effective for reducing the leak current, and the semiconductor device of the present invention reduces the leak current and is a high-performance TFT. Can be realized.

【0102】また、特開平10−270363号公報、
特開平11−40499号公報、特開平11−5476
0号公報にそれぞれ記載された方法でも、能動領域内の
触媒元素を低減する処理が行われており、この場合、図
7(A)の特性曲線に表されているほどには、著しいオ
フ電流の発散が起こっていないが、この方法によっても
数%程度の確率でオフ動作時のリーク電流が大きい不良
のTFTが出現する。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270363,
JP-A-11-40499, JP-A-11-5476
In each of the methods described in Japanese Patent Publication No. 0, the treatment for reducing the catalytic element in the active region is also performed, and in this case, the off current which is remarkable as shown in the characteristic curve of FIG. However, even with this method, a defective TFT with a large leak current during the OFF operation appears with a probability of about several percent.

【0103】本発明の半導体装置では、現在まで100
0点を越えるTFTを測定しているが、オフ電流が異常
増大した不良のTFTはこれまでのところ確認されてい
ない。また、本発明の半導体装置の製造方法によって作
製されたTFTを搭載したアクティブマトリクス型液晶
表示装置は、従来法で作製されたTFTを搭載したアク
ティブマトリクス液晶表示装置で頻発していた線状の表
示ムラ(ドライバー部のサンプリングTFTに起因す
る)、オフ動作のリーク電流による画素欠陥も全くな
く、表示品位を大きく向上することができ、さらに、良
品率を飛躍的に高めることができた。
In the semiconductor device of the present invention, up to now 100
Although TFTs exceeding 0 points are measured, no defective TFTs in which the off-state current has abnormally increased have been confirmed so far. In addition, an active matrix type liquid crystal display device equipped with a TFT manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has a linear display which frequently occurs in an active matrix liquid crystal display device equipped with a TFT manufactured by a conventional method. There were no unevenness (due to the sampling TFT in the driver section) and pixel defects due to the leak current of the off operation, and the display quality could be greatly improved, and the non-defective rate could be dramatically increased.

【0104】本発明の半導体装置の製造方法では、触媒
元素をゲッタリングするために導入される5族B元素
が、不純物領域(ソース・ドレイン領域)を形成するた
めに導入される不純物としての役割を兼ねている。した
がって、不純物が導入されて形成された不純物領域を、
触媒元素をゲッタリングするためのゲッタリングシンク
として兼ねて利用することができ、このため、触媒元素
をゲッタリングするための領域を選択的に形成するため
の専用マスクを形成する工程を行う必要もない。さら
に、不純物領域に導入された不純物を加熱して活性化す
る工程と、触媒元素をゲッタリングするための第2の加
熱工程とを兼ねて行うことができ、工程数を大幅に減ら
すことができ、製造工程を簡略化することができる。こ
の結果、本発明の半導体装置の製造方法では、生産性を
大きく高めることができ、コストダウン及び良品率の向
上を図ることができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the Group 5 B element introduced for gettering the catalytic element serves as an impurity introduced for forming the impurity region (source / drain region). Doubles as Therefore, the impurity region formed by introducing impurities is
It can also be used as a gettering sink for gettering the catalytic element. Therefore, it is necessary to perform a step of forming a dedicated mask for selectively forming a region for gettering the catalytic element. Absent. Further, the step of heating and activating the impurities introduced into the impurity region and the second heating step for gettering the catalytic element can be performed at the same time, and the number of steps can be significantly reduced. The manufacturing process can be simplified. As a result, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the productivity can be greatly improved, and the cost can be reduced and the yield rate can be improved.

【0105】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、触媒元素をゲッタリングするための第2の加熱処理
を、半導体装置のチャネル領域中の触媒元素濃度とソー
ス・ドレイン領域中の触媒元素濃度とが少なくとも偏析
状態に達しないような加熱条件で行っており、触媒元素
をゲッタリングするための第2の加熱処理における加熱
処理温度が通常の触媒元素をゲッタリングするための加
熱処理温度よりも低温化され、また、加熱時間も短縮さ
れている。具体的には、前記の3つの公報では、550
℃以上の高温で数時間から数十時間に及ぶ加熱処理が必
要であり、安価な大型のガラス基板にこのような加熱処
理条件に使用することができず、量産化することができ
ないのに対して、本発明では、低温にて短時間の加熱処
理でよいために、ガラス基板の重量によるたわみ・反り
がなく、ガラス基板に特有の縮み(シュリンケージ)も
使用可能範囲内に抑えることができ、一般的に液晶表示
用アクティブマトリクス基板の量産工程で使用されてい
るガラス基板、例えば、外形600mm×720mm以
上で厚さ0.5〜0.7mmのサイズのコーニング社コ
ード1737ノンアニールガラス基板を使用することが
でき、量産対象である大型のガラス基板に対応すること
ができる。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second heat treatment for gettering the catalytic element is performed by the catalytic element concentration in the channel region and the catalytic element concentration in the source / drain regions of the semiconductor device. Is performed under heating conditions such that at least does not reach the segregated state, and the heat treatment temperature in the second heat treatment for gettering the catalytic element is higher than the heat treatment temperature for gettering the normal catalytic element. The temperature is lowered and the heating time is shortened. Specifically, in the above three publications, 550
It requires heat treatment for several hours to several tens of hours at a high temperature of ℃ or higher, and cannot be used for such large-scale inexpensive glass substrates under such heat treatment conditions and cannot be mass-produced. In the present invention, since heat treatment at a low temperature for a short time is sufficient, there is no bending or warping due to the weight of the glass substrate, and shrinkage (shrinkage) peculiar to the glass substrate can be suppressed within the usable range. A glass substrate generally used in a mass production process of active matrix substrates for liquid crystal displays, for example, Corning Code 1737 non-annealed glass substrate having an outer diameter of 600 mm × 720 mm or more and a thickness of 0.5 to 0.7 mm. It can be used and can be applied to a large glass substrate that is a target for mass production.

【0106】さらに、本発明の半導体装置の製造方法に
おいては、絶縁基板上に形成された非晶質ケイ素膜の一
部分に触媒元素を選択的に導入し、その後、第1の加熱
処理を行うことにより、触媒元素が選択的に導入された
領域からその周辺領域へと、横方向(基板に平行な方
向)に、非晶質ケイ素膜を結晶化し、横方向に結晶成長
した領域の結晶性ケイ素膜を半導体装置のチャネル領域
として利用する方法が有効である。このようにして形成
された活性領域に対して選択的に5族Bから選ばれた元
素を導入し、半導体装置の高濃度不純物領域(ソース・
ドレイン領域)を形成した後、半導体装置の能動領域中
の触媒元素の濃度と高濃度不純物領域中の触媒元素濃度
とが少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達しないように
して、第2の加熱処理を行い、半導体装置の能動領域
(チャネル領域)となる結晶性ケイ素膜中の触媒元素を
高濃度不純物領域へとゲッタリングさせる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the catalytic element is selectively introduced into a part of the amorphous silicon film formed on the insulating substrate, and then the first heat treatment is performed. By this, the amorphous silicon film is crystallized in the lateral direction (direction parallel to the substrate) from the region in which the catalytic element is selectively introduced to the peripheral region thereof, and the crystalline silicon in the laterally crystal-grown region is grown. A method of utilizing the film as a channel region of a semiconductor device is effective. An element selected from Group 5B is selectively introduced into the active region thus formed, and the high-concentration impurity region (source.
After forming the drain region), the second heat treatment is performed so that the concentration of the catalytic element in the active region of the semiconductor device and the concentration of the catalytic element in the high-concentration impurity region do not reach at least the segregated state in the thermal equilibrium state. Then, the catalytic element in the crystalline silicon film to be the active region (channel region) of the semiconductor device is gettered to the high concentration impurity region.

【0107】この場合、横方向に結晶成長させて得られ
た結晶性のケイ素膜は、全面的に触媒元素を導入して非
晶質ケイ素膜中にランダムに発生した結晶核によって結
晶成長させて得られた結晶性のケイ素膜よりも結晶性が
優れたものとなるため、より高い電流駆動能をもつ高性
能半導体装置を得ることができる。さらに、このような
横方向に結晶成長させて得られた結晶性のケイ素膜は、
全面的に触媒元素を導入させて得られる結晶性ケイ素膜
よりも、触媒元素の残留量が少なくなるため、第2の加
熱処理による触媒元素のゲッタリングがより行い易いも
のとなる。
In this case, the crystalline silicon film obtained by the crystal growth in the lateral direction is crystal-grown by the crystal nuclei randomly generated in the amorphous silicon film by introducing the catalytic element over the entire surface. Since the crystallinity is superior to that of the obtained crystalline silicon film, it is possible to obtain a high-performance semiconductor device having higher current drivability. Furthermore, the crystalline silicon film obtained by crystal growth in such a lateral direction is
Since the residual amount of the catalytic element is smaller than that of the crystalline silicon film obtained by introducing the catalytic element over the entire surface, gettering of the catalytic element by the second heat treatment becomes easier.

【0108】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、5族Bから選ばれた元素を導入して高濃度不純物領
域(ソース・ドレイン領域)を形成する工程において、
あるいは、その前後において、高濃度不純物領域と能動
領域との間に、5族B元素から選ばれた元素が高濃度不
純物領域よりも低濃度に導入された領域が形成されるよ
うに、あるいは、5族B元素から選ばれた元素を高濃度
不純物領域に導入する工程において、5族Bから選ばれ
た元素が導入されない領域を形成するようにすることが
望ましい。このようにすれば、能動領域(チャネル領
域)と高濃度不純物領域(ソース・ドレイン領域)との
間に、低濃度不純物領域(LDD領域)あるいは能動領
域と同程度の濃度の不純物が導入された領域(オフセッ
ト領域)が形成され、チャネル端近傍での触媒元素の濃
度の低減及びシリサイド析出物の低減作用に加えて、こ
の領域に集中する電界を分散させることによる相乗効果
を得ることができ、オフ電流の異常増大をさらに低減
し、信頼性(ホットエレクトロン耐性)を高めることが
できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step of forming a high concentration impurity region (source / drain region) by introducing an element selected from Group 5B,
Alternatively, before and after that, a region in which an element selected from Group B element B is introduced at a lower concentration than the high concentration impurity region is formed between the high concentration impurity region and the active region, or In the step of introducing an element selected from Group 5 B elements into the high-concentration impurity region, it is desirable to form a region into which the element selected from Group 5 B is not introduced. By doing so, the low-concentration impurity region (LDD region) or the impurity having the same concentration as that of the active region is introduced between the active region (channel region) and the high-concentration impurity region (source / drain region). A region (offset region) is formed, and in addition to the effect of reducing the concentration of the catalyst element near the channel end and the reduction of silicide precipitates, a synergistic effect can be obtained by dispersing the electric field concentrated in this region, It is possible to further reduce the abnormal increase in off current and improve reliability (hot electron resistance).

【0109】本発明の半導体装置の製造方法において、
触媒元素をゲッタリングするための第2の加熱処理は、
半導体装置の能動領域中の触媒元素濃度と高濃度不純物
領域中の触媒元素濃度とが、少なくとも熱平衡状態の偏
析状態に達しない加熱条件とする必要がある。このよう
な加熱条件としては、400〜520℃の温度範囲とし
て、30分から2時間にわたる処理時間にて行うことが
望ましい。このような加熱条件とすれば、一般的に液晶
表示用のアクティブマトリクス基板を量産する工程で使
用されている、600mm×720mm以上の大きさの
外形を有し、0.5〜0.7mmの厚さを有するコーニ
ング社コード1737ノンアニールガラス基板を使用し
ても問題が生じない。ただし、処理温度を400℃以下
に下げると、加熱処理時間を長時間化しても触媒元素の
十分にゲッタリングすることができず、あるいは、処理
時間が非常に長くなるために、スループットが悪化して
生産台数・フットプリントが増加して量産プロセスとし
ての問題が生じる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
The second heat treatment for gettering the catalytic element is
It is necessary to set the heating conditions such that the catalytic element concentration in the active region of the semiconductor device and the catalytic element concentration in the high-concentration impurity region do not reach at least the segregated state in the thermal equilibrium state. As such a heating condition, it is desirable to perform the treatment within a temperature range of 400 to 520 ° C. for a treatment time of 30 minutes to 2 hours. Under such heating conditions, the outer shape has a size of 600 mm × 720 mm or more, which is generally used in the process of mass-producing active matrix substrates for liquid crystal displays, and has a size of 0.5 to 0.7 mm. The use of Corning Code 1737 non-annealed glass substrate with thickness does not pose a problem. However, if the treatment temperature is lowered to 400 ° C. or lower, the gettering of the catalytic element cannot be sufficiently achieved even if the heat treatment time is extended, or the treatment time becomes extremely long, which deteriorates the throughput. As a result, the number of production units / footprint increases, which causes problems as a mass production process.

【0110】また、本発明の半導体装置の製造方法にお
ける第2の加熱処理において、触媒元素をゲッタリング
するための所定温度に達するまでの昇温速度及び降温速
度としては、共に少なくとも5℃/分を上回る速度で昇
降温することが望ましい。昇降温速度がこの速度よりも
遅いと、意図しない余分な加熱処理が加わることにな
り、半導体装置の能動領域中の触媒元素と高濃度不純物
領域中の触媒元素とが少なくとも熱平衡状態の偏析状態
に達しないという加熱条件を得ることができなくなる。
加えて、昇降温速度が遅い場合には、ガラス基板に対す
る熱的ダメージが増加する。本発明者が行った実験によ
ると、5℃/分以上の昇温速度及び降温速度で第2の加
熱処理を行えば、上記のような問題が生じることがな
く、本発明の特徴を有する半導体装置が得られることが
明らかになっている。
In the second heat treatment in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, both the temperature rising rate and the temperature lowering rate for reaching the predetermined temperature for gettering the catalytic element are at least 5 ° C./min. It is desirable to raise and lower the temperature at a rate above. If the rate of temperature increase / decrease is slower than this rate, unintended extra heat treatment is added, and the catalytic element in the active region of the semiconductor device and the catalytic element in the high-concentration impurity region are at least in a segregated state in thermal equilibrium. It becomes impossible to obtain the heating condition of not reaching.
In addition, when the temperature raising / lowering rate is slow, thermal damage to the glass substrate increases. According to an experiment conducted by the present inventor, when the second heat treatment is performed at a temperature rising rate and a temperature lowering rate of 5 ° C./minute or more, the above problems do not occur and the semiconductor having the features of the present invention is obtained. It has been shown that a device is obtained.

【0111】本発明の半導体装置の製造方法において、
第2の加熱処理を行う場合、そのための装置としては、
平面形状(矩形状)を有する基板に対して概略相似形の
断面形状に形成された炉心管を有し、この炉心管の中に
載置される基板が、基板面が炉心方向に向けられて、炉
心管と基板とのスペースが最小となるような配置となっ
ているファーネス炉を用いることが望ましい。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
When performing the second heat treatment, as an apparatus for that,
It has a core tube formed in a cross-sectional shape similar to a substrate having a planar shape (rectangular shape), and the substrate placed in this core tube has a substrate surface oriented in the core direction. It is desirable to use a furnace in which the space between the core tube and the substrate is minimized.

【0112】図8(a)〜(c)は、それぞれ、本発明
の半導体装置の製造方法において、第2の加熱処理に使
用されるファーネス炉を概略的に説明している。
FIGS. 8 (a) to 8 (c) each schematically explain a furnace used for the second heat treatment in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【0113】このファーネス炉は、図8(a)に示すよ
うに、複数枚の基板701を上下に互いに等間隔(図
中、705にて示す)になるように水平状態に載置する
石英ボード702を有しており、複数枚の基板701が
載置された石英ボード702は、内部をこの石英ボード
702を収納する中空となっている石英チューブ(炉心
管)703に下方から嵌入され、この状態で基板701
の加熱処理が行われる。
In this furnace, as shown in FIG. 8 (a), a quartz board in which a plurality of substrates 701 are placed in a horizontal state in such a manner that they are vertically arranged at equal intervals (indicated by 705 in the figure). A quartz board 702, which has a plurality of substrates 701 and has a substrate 702, is fitted from below into a hollow quartz tube (core tube) 703 that houses the quartz board 702. Substrate 701 in the state
Heat treatment is performed.

【0114】石英チューブ703の断面形状は、図8
(b)に示すように、基板701の外形より若干大き
く、基板701に対して概略相似形となる矩形状になっ
ている。
The cross-sectional shape of the quartz tube 703 is shown in FIG.
As shown in (b), it has a rectangular shape which is slightly larger than the outer shape of the substrate 701 and is substantially similar to the substrate 701.

【0115】従来からIC等のシリコンウエハーは円形
に形成されており、このようなウエハーに対して加熱処
理を行うファーネス炉は、図8(d)に示すように、石
英チューブ703’の断面形状が円形になるように形成
される。これに対して、液晶表示用のアクティブマトリ
クス基板等のマザーボードとなるガラス基板は、全て矩
形状に形成されるため、従来のファーネス炉の石英チュ
ーブ703’に矩形状の基板をセットすると、図8
(d)に示すように、基板701と石英チューブ70
3’との間に大きな隙間706が生じることとなる。こ
のような隙間706が生じると、加熱処理の際の昇降温
時に基板701内に発生する温度分布が大きく、例え
ば、基板701の周辺部と中央部との間で、200℃を
超えるような温度分布が発生し、この温度分布の発生に
よる影響によって、基板に反り、割れ等が頻発するおそ
れがある。
Conventionally, a silicon wafer such as an IC has been formed in a circular shape, and a furnace for heating such a wafer has a cross-sectional shape of a quartz tube 703 'as shown in FIG. 8 (d). Is formed to have a circular shape. On the other hand, since the glass substrate, which is a mother board such as an active matrix substrate for liquid crystal display, is all formed in a rectangular shape, when the rectangular substrate is set in the quartz tube 703 'of the conventional furnace, the glass substrate shown in FIG.
As shown in (d), the substrate 701 and the quartz tube 70.
A large gap 706 will be formed between this and 3 '. When such a gap 706 is generated, the temperature distribution generated in the substrate 701 during the temperature increase / decrease during the heat treatment is large, and for example, the temperature between the peripheral portion and the central portion of the substrate 701 exceeds 200 ° C. A distribution is generated, and due to the influence of the temperature distribution, the substrate may be warped or cracked frequently.

【0116】本発明者は、石英チューブ703の側周部
と基板701の側部との間に形成された隙間706と、
各基板701間の基板ピッチ705とが、ファーネス炉
による加熱処理における昇降温時の基板701内の温度
分布に対する大きなパラメータであることを見出した。
さらに、このようなパラメータを適正にすることによ
り、基板701の昇降温速度を従来の装置よりも向上さ
せて、処理能力の向上を図ることができることも見出し
た。
The present inventor has made a gap 706 formed between the side peripheral portion of the quartz tube 703 and the side portion of the substrate 701.
It has been found that the substrate pitch 705 between the substrates 701 is a large parameter for the temperature distribution in the substrate 701 during temperature increase / decrease in the heating process by the furnace.
Further, it was also found that by appropriately setting such parameters, the temperature rising / falling speed of the substrate 701 can be improved as compared with the conventional apparatus, and the processing capacity can be improved.

【0117】石英チューブ703の上部から供給されて
ファーネス炉中に流通される雰囲気ガスのガス流れは、
図8(c)の矢印709〜711に示すように石英チュ
ーブ703の内周部と基板701の側縁との間に形成さ
れた隙間706を通って各基板701の表面に沿う流れ
となる。このような矢印711に示す流れによって基板
701上に供給される雰囲気ガスのガス供給量は、基板
701と石英チューブ703との間の隙間706を流れ
る雰囲気ガス710の流速に比例し、また、各基板間の
基板ピッチ705の二乗に比例する。したがって、矢印
710に示す雰囲気ガスの流速を大きくするためには、
供給ガスのガス供給量を増やすだけでは不十分であり、
石英チューブ703と基板701との間の隙間706を
最小にすることにより、雰囲気ガスの流速を向上するこ
とができる。
The gas flow of the atmospheric gas supplied from the upper part of the quartz tube 703 and circulated in the furnace is:
As shown by arrows 709 to 711 in FIG. 8C, the flow flows along the surface of each substrate 701 through the gap 706 formed between the inner peripheral portion of the quartz tube 703 and the side edge of the substrate 701. The gas supply amount of the atmospheric gas supplied onto the substrate 701 by the flow indicated by the arrow 711 is proportional to the flow velocity of the atmospheric gas 710 flowing through the gap 706 between the substrate 701 and the quartz tube 703, and It is proportional to the square of the substrate pitch 705 between the substrates. Therefore, in order to increase the flow rate of the atmospheric gas indicated by the arrow 710,
It is not enough to increase the gas supply amount of the supply gas,
By minimizing the gap 706 between the quartz tube 703 and the substrate 701, the flow rate of the atmospheric gas can be improved.

【0118】本発明の半導体装置の製造方法に使用され
るファーネス炉では、基板701よりも若干大きい概略
相似形の矩形断面を有する炉心管(石英チューブ)70
3を用いており、基板701と石英チューブ703との
間の隙間706を基板701の外縁周の全体にわたって
最小にすることができる。これにより、各基板701間
に形成される基板ピッチ705の最適化と併せて、昇降
温時における基板701内に発生する温度分布をほぼ一
定に保つことができ、1辺が1メートル程度の大きさを
有する大型のガラス基板を用いて第2の加熱処理を行っ
ても、割れ、反り等がない安定した処理を行うことが可
能となる。このようなことは、図8(d)に示す従来の
円形の石英チューブ703’を用いても、基板701と
石英チューブ703との間の隙間が広くなっている部分
が生じるため、実現することができない。
In the furnace used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a furnace core tube (quartz tube) 70 having a substantially similar rectangular cross section that is slightly larger than the substrate 701 is used.
3 is used, the gap 706 between the substrate 701 and the quartz tube 703 can be minimized over the entire circumference of the outer edge of the substrate 701. As a result, in addition to optimizing the substrate pitch 705 formed between the substrates 701, the temperature distribution generated in the substrates 701 during temperature rising / falling can be kept substantially constant, and each side has a size of about 1 meter. Even if the second heat treatment is performed using a large-sized glass substrate having a thickness, it is possible to perform a stable treatment without cracking, warping, or the like. Even if the conventional circular quartz tube 703 'shown in FIG. 8 (d) is used, there is a portion where the gap between the substrate 701 and the quartz tube 703 is wide, so that such a thing can be realized. I can't.

【0119】図8(a)に示すファーネス炉では、複数
の基板701をセットした石英ボード702は、加熱処
理の開始前には、石英チューブ703下方のホームポジ
ション707に位置しており、このホームポジション7
07で、200℃程度のある程度の予熱が行われる。そ
して、加熱処理を行う場合には、矢印704に示す方向
に石英チューブ703内に嵌入していくように、この石
英チューブ703への嵌入と同時に石英チューブ703
内の昇温がなされ、石英ボード702の全体が石英チュ
ーブ703内に嵌入して、加熱処理を行うための所定位
置(アニールゾーン)708に入った時点で、加熱処理
が開始される。また、加熱処理後の降温は、逆に、石英
ボード702を予熱ゾーンとなっているホームポジショ
ン707に移動させることにより行われる。
In the furnace shown in FIG. 8A, the quartz board 702 on which a plurality of substrates 701 are set is located at the home position 707 below the quartz tube 703 before starting the heat treatment. Position 7
At 07, some preheating of about 200 ° C. is performed. Then, when heat treatment is performed, the quartz tube 703 is fitted into the quartz tube 703 at the same time as the quartz tube 703 is fitted in the quartz tube 703 in the direction indicated by the arrow 704.
When the temperature inside is raised and the entire quartz board 702 is fitted into the quartz tube 703 and enters a predetermined position (annealing zone) 708 for performing the heat treatment, the heat treatment is started. On the contrary, the temperature reduction after the heat treatment is performed by moving the quartz board 702 to the home position 707 which is the preheating zone.

【0120】なお、図8(a)に示すファーネス炉は、
クラスター状に連結した複数の石英ボード702を収納
するようなマルチチャンバー構成の石英チューブ703
を備える構成とし、多数の基板701をセットした複数
の石英ボード702を同時に加熱処理できるようにする
ことにより、非常に高い処理能力を有する加熱装置とす
ることができる。
In addition, the furnace shown in FIG.
Quartz tube 703 having a multi-chamber structure that accommodates a plurality of quartz boards 702 connected in a cluster.
And a plurality of quartz boards 702 having a large number of substrates 701 set therein can be heat-treated simultaneously, a heating device having an extremely high processing capacity can be obtained.

【0121】また、本発明の半導体装置の製造方法にお
ける第2の加熱処理としては、上記のファーネス炉を用
いた加熱処理の他に、高速熱アニール処理によって、加
熱温度を600℃〜750℃の温度範囲とし、1秒〜1
0分にわたる処理時間で処理を行ってもよい。さらに、
この加熱条件は、500℃以下の余熱温度から高速アニ
ール温度まで、100℃/分を上回る昇温速度で昇温さ
せることが望ましい。このような加熱条件であれば、半
導体装置の能動領域中の触媒元素と高濃度不純物領域中
の触媒元素とが少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達し
ないという状態を実現することができる。さらに、この
ような高速熱アニール条件により加熱処理を行えば、処
理温度は高くなるが、瞬時に加熱処理を行うことができ
るため、ガラス基板のたわみ、反りを抑えることができ
る。本発明者らの実験によると、このような高速熱アニ
ール条件とすれば、液晶表示用アクティブマトリクス基
板の量産工程で一般的に使用されている、600mm×
720mm以上の大きさの外形を有し、0.5〜0.7
mmの厚さを有するサイズのコーニング社コード173
7ノンアニールガラス基板を使用することができること
を明らかにしている。また、基板一枚当たりの処理時間
も大幅に短縮することができるため、量産工程に適して
いる。ただし、処理温度が高温となるため、アニール時
間は正確に制御する必要がある。昇降温速度が遅いと、
意図しない余分な過熱処理が加わることになり、半導体
装置の能動領域中の触媒元素と高濃度不純物領域中の触
媒元素とが少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達しない
ようにすることができなくなる。加えて、ガラス基板へ
の熱的ダメージが増大する。
As the second heat treatment in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in addition to the heat treatment using the furnace, the heating temperature is set to 600 ° C. to 750 ° C. by rapid thermal annealing treatment. Temperature range is 1 second to 1
The treatment may be performed for a treatment time of 0 minutes. further,
As for the heating conditions, it is desirable to raise the temperature from a residual heat temperature of 500 ° C. or less to a high-speed annealing temperature at a temperature rising rate of more than 100 ° C./min. Under such heating conditions, it is possible to realize a state in which the catalytic element in the active region of the semiconductor device and the catalytic element in the high-concentration impurity region do not reach at least the segregation state in the thermal equilibrium state. Further, if the heat treatment is performed under such rapid thermal annealing conditions, the treatment temperature rises, but since the heat treatment can be performed instantaneously, the bending and warpage of the glass substrate can be suppressed. According to the experiments by the present inventors, under such rapid thermal annealing conditions, 600 mm × which is generally used in the mass production process of active matrix substrates for liquid crystal display.
It has an outer shape of 720 mm or more, and is 0.5 to 0.7.
Corning Code 173 with size having a thickness of mm
It has been shown that a 7 non-annealed glass substrate can be used. Further, the processing time per substrate can be greatly shortened, which is suitable for a mass production process. However, since the processing temperature becomes high, the annealing time needs to be accurately controlled. If the temperature raising / lowering rate is slow,
Unintended extra heat treatment is added, and it becomes impossible to prevent the catalytic element in the active region of the semiconductor device and the catalytic element in the high-concentration impurity region from reaching at least a segregated state in a thermal equilibrium state. In addition, thermal damage to the glass substrate increases.

【0122】このような高速熱アニールを行うための具
体的な装置としては、タングステン−ハロゲンランプ、
キセノンアークランプ、UVランプ等を用いたランプ照
射、あるいは、基板表面への高温ガス吹き付けによる加
熱処理によって行うことが望ましい。このようなタング
ステン−ハロゲンランプ等のランプ照射では、Si層を
主に吸収層として、基板を瞬時に加熱し、冷却すること
ができるため、本発明の半導体装置の製造方法に好適に
利用できる。
As a concrete apparatus for performing such rapid thermal annealing, a tungsten-halogen lamp,
It is preferable to perform lamp irradiation using a xenon arc lamp, a UV lamp, or the like, or heat treatment by blowing high-temperature gas onto the substrate surface. In such lamp irradiation of a tungsten-halogen lamp or the like, since the Si layer is mainly used as an absorption layer and the substrate can be instantly heated and cooled, it can be suitably used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【0123】また、基板表面への高温ガスの吹き付けに
よる高速熱アニールを行う場合には、抵抗性加熱炉を併
用して、この炉内に熱勾配を形成し、基板の熱容量を小
さくするために基板一枚ずつを炉内に挿入する。その際
の基板の挿入速度と基板の表面への高温ガス吹き付けに
より昇温速度を制御することができる。この場合には、
基板全体を均一に瞬時に加熱することができ、その昇温
速度及び降温速度を精度よく制御することができる。
When performing rapid thermal annealing by blowing a high temperature gas onto the substrate surface, a resistive heating furnace is also used to form a thermal gradient in this furnace to reduce the heat capacity of the substrate. Insert one board at a time into the furnace. At that time, the temperature increase rate can be controlled by the insertion speed of the substrate and the blowing of the high temperature gas onto the surface of the substrate. In this case,
The entire substrate can be uniformly and instantaneously heated, and the temperature rising rate and the temperature lowering rate can be accurately controlled.

【0124】触媒元素を高濃度不純物領域にゲッタリン
グさせるメカニズムとしては、高濃度不純物領域での触
媒元素に対する固溶度を、能動領域での触媒元素に対す
る固溶度よりも高くすることにより、高濃度不純物領域
に触媒元素をゲッタリングする(第1のゲッタリング作
用)方法と、高濃度不純物領域内に触媒元素をトラップ
するような局所的な偏析サイトを形成し、この偏析サイ
トに触媒元素を移動させトラップする(第2のゲッタリ
ング作用)方法とがある。
As a mechanism for gettering the catalytic element into the high-concentration impurity region, by increasing the solid solubility with respect to the catalytic element in the high-concentration impurity region to be higher than that in the active region, A method of gettering the catalytic element in the concentration impurity region (first gettering action), and a local segregation site for trapping the catalytic element in the high concentration impurity region are formed, and the catalytic element is attached to the segregation site. There is a method of moving and trapping (second gettering action).

【0125】結晶性ケイ素膜中に5族Bから選ばれた元
素を導入すると、その領域の触媒元素の固溶度を飛躍的
に上げることができ、固溶度の差により触媒元素の移
動、すなわち第1のゲッタリング作用が行われるように
なることから、本発明の半導体装置の製造方法において
は、高濃度不純物領域に5族B元素を導入している。具
体的には、5族Bから選ばれた元素としては、P、A
s、Sbから選ばれた少なくとも一種の元素を用いるこ
とができる。これらから選ばれた一種または複数種の元
素であれば、能動領域に含まれる触媒元素を効率的に移
動させることができ、十分なゲッタリング効果を得るこ
とができる。これらの元素の中では、Pが最も高いゲッ
タリング効果が得られることが分かっている。
When an element selected from Group 5B is introduced into the crystalline silicon film, the solid solubility of the catalytic element in the region can be dramatically increased, and the difference in solid solubility causes the catalytic element to move. That is, since the first gettering action is performed, the Group 5 B element is introduced into the high-concentration impurity region in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Specifically, elements selected from Group 5 B include P and A.
At least one element selected from s and Sb can be used. With one or more elements selected from these, the catalytic element contained in the active region can be efficiently moved, and a sufficient gettering effect can be obtained. It has been found that P has the highest gettering effect among these elements.

【0126】さらに、5族Bから選ばれた元素が導入さ
れた高濃度不純物領域(ソース・ドレイン領域)に、3
族Bから選ばれた元素をさらに導入すると、5族Bから
選ばれた元素に加えて3族B元素を含有している状態と
なって、より大きなゲッタリング効果を得ることができ
る。このような状態にすることによって、高濃度領域に
おいて触媒元素をゲッタリングするメカニズムが変わる
ことが分かっており、5族B元素のみを含んでいる場合
には、両領域の固溶度の差を利用して、触媒元素を拡散
移動させる第1のゲッタリング作用によって触媒元素が
移動されるが、3族B元素を加えることによって、ゲッ
タリングシンクとなる高濃度不純物領域で触媒元素が析
出し易い状態となり、欠陥あるいは偏析サイトに触媒元
素を移動させトラップする第2のゲッタリング作用が加
わる。このように、5族Bから選ばれた元素に加えて3
族Bから選ばれた元素を導入することによって、第1及
び第2の双方のゲッタリング作用によって触媒元素を移
動させることができ、半導体装置のチャネル領域内にお
いて、ソース・ドレイン領域との接合部の近傍で、より
大きく触媒元素の濃度を低減することができる。具体的
には、5族Bから選ばれた元素としてはP(燐)を用
い、3族Bから選ばれた元素としてはB(ホウ素)を用
いた場合に、最も高いゲッタリング効果を得ることがで
きる。
Further, 3 is added to the high-concentration impurity regions (source / drain regions) into which the element selected from Group 5 B is introduced.
When an element selected from Group B is further introduced, a Group 3 B element is contained in addition to the element selected from Group 5 B, and a larger gettering effect can be obtained. It has been found that such a state changes the mechanism of gettering the catalytic element in the high-concentration region, and when only the Group 5 B element is contained, the difference in solid solubility between the two regions becomes large. Utilizing this, the catalyst element is moved by the first gettering action of diffusing and moving the catalyst element, but by adding the Group 3 B element, the catalyst element easily precipitates in the high-concentration impurity region serving as the gettering sink. Then, a second gettering action for moving and trapping the catalytic element to the defect or segregation site is added. Thus, in addition to the elements selected from Group 5 B, 3
By introducing the element selected from the group B, the catalytic element can be moved by both the first and second gettering actions, and the junction with the source / drain region is formed in the channel region of the semiconductor device. In the vicinity of, the concentration of the catalytic element can be reduced more greatly. Specifically, the highest gettering effect is obtained when P (phosphorus) is used as the element selected from Group 5 B and B (boron) is used as the element selected from Group 3 B. You can

【0127】さらに、触媒元素をゲッタリングする効果
を高める他の方法として、ゲッタリングシンクとなる高
濃度不純物領域にAr、Kr、Xeから選ばれた希ガス
元素を導入する工程を付加することが非常に有効であ
る。ゲッタリングシンクとなる高濃度不純物領域に、こ
れらの希ガス元素が存在すると、高濃度不純物領域に大
きな格子間歪みが生じて、欠陥あるいは偏析サイトに触
媒元素を移動させトラップする第2のゲッタリング作用
が強力に働く。したがって、希ガス元素を導入すること
により、触媒元素をゲッタリングする2つのメカニズム
の双方が働き、この2つのメカニズムにより効果を得る
ことができ、半導体装置のチャネル領域内において、ソ
ース・ドレイン領域の接合部の近傍で、より効果的に触
媒元素を低減することができる。希ガス類から選ばれた
元素としては、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種また
は複数種類のものであれは、ゲッタリングの効率を向上
させることができるが、これらの希ガス元素の中では、
Arを用いた場合に最も大きな効果を得ることができ
る。
Furthermore, as another method for enhancing the effect of gettering the catalytic element, a step of introducing a rare gas element selected from Ar, Kr, and Xe into the high-concentration impurity region serving as the gettering sink may be added. It is very effective. If these rare gas elements are present in the high-concentration impurity region that serves as a gettering sink, a large interstitial strain is generated in the high-concentration impurity region, and the second gettering that moves and traps the catalytic element to the defect or segregation site. The action works powerfully. Therefore, by introducing the rare gas element, both of the two mechanisms for gettering the catalytic element work, and the effects can be obtained by these two mechanisms. In the channel region of the semiconductor device, the source / drain region of the source / drain region can be obtained. The catalytic element can be reduced more effectively in the vicinity of the joint. If the element selected from the rare gases is one or more selected from Ar, Kr, and Xe, the gettering efficiency can be improved, but among these rare gas elements,
The greatest effect can be obtained when Ar is used.

【0128】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、非晶質ケイ素膜の結晶化を助長する触媒元素の種類
としては、Ni、Co、Fe、Pd、Cu、Au等のう
ちの一種、または、これらから選ばれた複数種類の元素
を用いることができ、これらの元素を触媒元素として用
いれば、微量で結晶化を助長することができる。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the kind of the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is one of Ni, Co, Fe, Pd, Cu, Au, etc., Alternatively, a plurality of kinds of elements selected from these can be used, and if these elements are used as catalyst elements, crystallization can be promoted in a small amount.

【0129】これらの触媒元素は、単独では作用せず、
非晶質ケイ素膜のケイ素原子と結合しシリサイド化する
ことにより結晶成長を促進するため、触媒元素のシリサ
イド化合物における格子定数が単結晶ケイ素の格子定数
に近似していることが好ましい。Niは、2原子のSi
とシリサイド化合物であるNiSi2を形成する。Ni
Si2は、蛍石型の結晶構造を有し、その結晶構造は、
単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似してい
る。しかも、5.430Åの格子定数を有するダイヤモ
ンド構造の結晶ケイ素に対して、NiSi2は、その格
子定数が5.406Åであり、ケイ素の格子定数に最も
近くなっている。したがって、NiSi2は、非晶質ケ
イ素膜の結晶化に際して、最も優れた鋳型となり、非晶
質ケイ素膜の結晶化が最も促進されるため、Niが触媒
元素として好適である。
These catalytic elements do not act alone,
Since the crystal growth is promoted by combining with the silicon atoms of the amorphous silicon film and silicidation, it is preferable that the lattice constant of the silicide compound of the catalytic element be close to the lattice constant of single crystal silicon. Ni is a two-atom Si
And NiSi 2 which is a silicide compound are formed. Ni
Si 2 has a fluorite type crystal structure, and the crystal structure is
It is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi 2 has a lattice constant of 5.406Å, which is the closest to the lattice constant of silicon, with respect to crystalline silicon of diamond structure having a lattice constant of 5.430Å. Therefore, NiSi 2 is the best template for crystallization of the amorphous silicon film, and the crystallization of the amorphous silicon film is most promoted. Therefore, Ni is suitable as the catalyst element.

【0130】また、本発明の半導体装置の製造方法にお
いて、触媒元素を導入することにより結晶化された結晶
性ケイ素膜の結晶性をさらに向上し、半導体装置の性
能、特に、電流駆動能力をより向上させる方法として、
触媒元素により結晶化された結晶性ケイ素膜に対して、
さらに、高温の酸化雰囲気中にて熱処理を行う工程、あ
るいは、レーザ光を照射す工程を追加することが有効で
ある。高温(800℃〜1100℃)、酸化雰囲気中に
て熱処置を行うと、酸化作用により生じる過飽和Si原
子がケイ素膜中に供給されて、この過飽和Si原子が、
ケイ素膜中の結晶欠陥(特に、不対結合手:ダングリン
グボンド)に入り込み、これにより欠陥を消滅させるこ
とができる。ただし、この方法では、安価なガラス基板
を使用することができない。この観点から、本発明の半
導体装置の製造方法では、レーザ光を照射する方法を用
いて結晶性を高めることがより有効である。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element is further improved, and the performance of the semiconductor device, particularly the current driving ability is further improved. As a way to improve
For the crystalline silicon film crystallized by the catalytic element,
Furthermore, it is effective to add a step of performing heat treatment in a high-temperature oxidizing atmosphere or a step of irradiating laser light. When heat treatment is performed at a high temperature (800 ° C. to 1100 ° C.) in an oxidizing atmosphere, supersaturated Si atoms generated by the oxidation action are supplied to the silicon film, and the supersaturated Si atoms are
Crystal defects (particularly dangling bonds: dangling bonds) in the silicon film are introduced into the silicon film, whereby the defects can be eliminated. However, this method cannot use an inexpensive glass substrate. From this point of view, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is more effective to increase the crystallinity by using the method of irradiating laser light.

【0131】本発明の半導体装置の製造方法によって得
られた結晶性のケイ素膜に対して、レーザ光を照射した
場合、結晶性ケイ素膜と非晶質ケイ素膜との融点の相違
によって、結晶粒界部及び微小な残留非晶質ケイ素領域
(未結晶領域)が集中的に結晶化されることになる。通
常の固相成長法によって形成した結晶性ケイ素膜では、
結晶構造が双晶状態になっているため、強光を照射した
後も結晶の内部は双晶欠陥として残る。これに対して、
触媒元素を導入することにより結晶化した結晶性ケイ素
膜は、柱状結晶により形成されており、その内部は単結
晶状態になっているため、強光が照射されると、基板全
面にわたって単結晶状態に近い良質の結晶性のケイ素膜
が得られ、結晶性の観点から、その有効性は非常に高
い。
When a crystalline silicon film obtained by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is irradiated with a laser beam, crystal grains are changed due to a difference in melting point between the crystalline silicon film and the amorphous silicon film. The boundaries and minute residual amorphous silicon regions (uncrystallized regions) are intensively crystallized. In the crystalline silicon film formed by the usual solid phase growth method,
Since the crystal structure is in a twin state, the inside of the crystal remains as twin defects even after irradiation with strong light. On the contrary,
The crystalline silicon film crystallized by introducing the catalytic element is formed of columnar crystals, and the inside is in a single crystal state. A crystalline silicon film of high quality close to that of the above is obtained, and its effectiveness is very high from the viewpoint of crystallinity.

【0132】また、この場合には、元々結晶性を有する
ケイ素膜に対してレーザー照射するため、非晶質ケイ素
膜に、直接レーザ照射して結晶化する方法とは異なり、
レーザー照射のバラツキによる影響は大きく緩和され、
結晶の均一性上の問題も生じない。
Further, in this case, since the silicon film which originally has crystallinity is irradiated with laser, unlike the method in which the amorphous silicon film is directly irradiated with laser to be crystallized,
The effects of variations in laser irradiation are greatly reduced,
The problem of crystal uniformity does not occur.

【0133】ただし、本発明の半導体装置の製造方法に
おいては、このようなレーザー光を照射する工程は、触
媒元素をゲッタリングするための第2の加熱処理を行う
前に行うことが望ましい。触媒元素を導入することによ
って固相結晶化して得られた結晶性のケイ素膜にレーザ
ー光を照射すると、触媒元素の存在形態が変化する。
However, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is desirable that the step of irradiating the laser beam as described above be performed before the second heat treatment for gettering the catalytic element. When a crystalline silicon film obtained by solid-phase crystallization by introducing a catalytic element is irradiated with laser light, the existing form of the catalytic element changes.

【0134】具体的には、残存する触媒元素がレーザ光
照射によって、シリサイドとして凝集・再凝集が起こ
る。能動領域から触媒元素を移動させ、本発明のよう
に、接合部で濃度勾配を形成した状態で触媒元素の移動
を停止させるゲッタリング工程は、チャネル領域となる
領域の結晶性ケイ素膜の結晶状態が完全に終了した後に
行うことが望ましく、これにより理想的なゲッタリング
を行うことができる。触媒元素のゲッタリングを行った
後に、結晶性を助長する処理を行った場合には、ゲッタ
リングした後に残留し固溶した触媒元素が再凝集してシ
リサイド化し、半導体装置に電気的悪影響を与えるおそ
れが生じる。
Specifically, the remaining catalyst element is aggregated / re-aggregated as a silicide by the irradiation of laser light. The gettering step of moving the catalytic element from the active region and stopping the movement of the catalytic element in the state where the concentration gradient is formed at the junction as in the present invention is performed by the crystalline state of the crystalline silicon film in the region to be the channel region. It is desirable to perform after complete completion, and ideal gettering can be performed. When the process for promoting crystallinity is performed after the gettering of the catalyst element, the catalyst element remaining after the gettering and solid-dissolved is re-aggregated to silicidize, which adversely affects the semiconductor device. There is a fear.

【0135】以下、本発明の半導体装置の製造方法を用
いた具体的な実施例について説明する。 (実施例1)本実施例1では、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置のドライバー回路、画素部分、あるい
は、薄膜集積回路に用いられるN型TFTをガラス基板
上に作製する工程について説明する。
Specific examples using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described below. (Embodiment 1) In Embodiment 1, a process of manufacturing an N-type TFT used for a driver circuit, a pixel portion or a thin film integrated circuit of an active matrix type liquid crystal display device on a glass substrate will be described.

【0136】図1(a)〜(g)は、それぞれ、本実施
例1のNチャネル型TFTの製造方法を工程毎に説明す
る断面図である。
FIGS. 1A to 1G are cross-sectional views for explaining each step of the method for manufacturing the N-channel TFT of the first embodiment.

【0137】本実施例1のNチャネル型TFTを製造す
るには、まず、図1(a)に示すように、後の工程によ
りガラス基板101から不純物が拡散することを防止す
るため、ガラス基板101上に、例えば、プラズマCV
D法によって、300〜500nm程度の膜厚を有する
酸化ケイ素からなる下地膜102を形成する。次に、プ
ラズマCVD法を用いて、厚さ20〜80nm、例え
ば、40nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)103を成膜する。本実施例1では、ガラス基板
101として、320mm×400mmで厚さ0.7m
mのコーニング社コード1737のノンアニール品ガラ
ス基板を用い、また、プラズマCVD装置としては、平
行平板式のプラズマCVD装置を用い、加熱温度を30
0℃として、材料ガスとして、SiH4ガスとH2ガスと
を用いた。また、CVD電極に供給されるRFパワーの
パワー密度を10〜200mW/cm3の範囲、例え
ば、80mW/cm3として、a−Si膜103を成膜
した。
In order to manufacture the N-channel type TFT of the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, in order to prevent impurities from diffusing from the glass substrate 101 in a subsequent step, the glass substrate 101 101, for example, a plasma CV
By the D method, the base film 102 made of silicon oxide and having a film thickness of about 300 to 500 nm is formed. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-S) having a thickness of 20 to 80 nm, for example 40 nm, is formed by using the plasma CVD method.
i film) 103 is formed. In the first embodiment, the glass substrate 101 has a size of 320 mm × 400 mm and a thickness of 0.7 m.
m non-annealed glass substrate of Code 1737 manufactured by Corning Co., Ltd., a parallel plate type plasma CVD apparatus is used as the plasma CVD apparatus, and the heating temperature is 30
At 0 ° C., SiH 4 gas and H 2 gas were used as the material gas. Further, the range of 10~200mW / cm 3 power density of the RF power supplied to the CVD electrode, for example, as 80 mW / cm 3, was deposited a-Si film 103.

【0138】次に、a−Si膜103の表面上に微量の
ニッケル105を添加する。ニッケル105の添加は、
ニッケルを溶解した溶液をa−Si膜103上に保持
し、スピナーによりニッケル溶液を基板101上に均一
に延ばし乾燥させることにより行う。本実施例1では、
溶質として酢酸ニッケル、溶媒として水を用い、溶液中
のニッケル濃度が10ppmとなるように調整した。添
加されたニッケルの濃度は、全反射蛍光X線分析(TR
XRF)法を用いた測定により、5×1012atoms
/cm3程度であった。
Next, a small amount of nickel 105 is added on the surface of the a-Si film 103. The addition of nickel 105
The solution in which nickel is dissolved is held on the a-Si film 103, and the nickel solution is uniformly spread on the substrate 101 by a spinner and dried. In the first embodiment,
Using nickel acetate as a solute and water as a solvent, the nickel concentration in the solution was adjusted to 10 ppm. The concentration of the added nickel was determined by total reflection X-ray fluorescence analysis (TR
XRF) method, 5 × 10 12 atoms
It was about / cm 3 .

【0139】次に、微量のニッケル105が添加された
a−Si膜103を不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素
ガス雰囲気下で加熱処理を行う。この加熱処理において
は、昇温途中に、まず、a−Si膜103中に含まれる
水素の離脱処理を行い、その後さらに高温条件として、
a−Si膜103の結晶化を行った。具体的には、第1
ステップの加熱処理として450℃〜520℃の温度条
件として1〜2時間にわたる処理時間によりアニール処
理を行い、第2ステップの加熱処理として、520℃〜
570℃の温度条件で2〜8時間にわたる処理時間によ
りアニール処理を行う。本実施例1では、500℃の温
度条件で1時間にわたる加熱処理を行った後、550℃
の温度条件で4時間にわたる加熱処理を行った。この加
熱処理において、a−Si膜103の表面に添加された
ニッケルは、a−Si膜103中に拡散すると共に、シ
リサイド化が起こり、このシリサイドを核として、a−
Si膜103は、結晶化が進行して、結晶性のケイ素膜
103’となる。
Next, the a-Si film 103 to which a small amount of nickel 105 has been added is heat-treated in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere. In this heat treatment, hydrogen contained in the a-Si film 103 is first desorbed during the temperature rise, and then, as a high temperature condition,
The a-Si film 103 was crystallized. Specifically, the first
As the heat treatment of the step, the annealing treatment is performed at a temperature condition of 450 ° C. to 520 ° C. for a treatment time of 1 to 2 hours, and the heat treatment of the second step is 520 ° C.
Annealing treatment is performed at a temperature of 570 ° C. for a treatment time of 2 to 8 hours. In Example 1, after heat treatment was performed at a temperature of 500 ° C. for 1 hour, 550 ° C.
The heat treatment was carried out for 4 hours under the temperature conditions of. In this heat treatment, nickel added to the surface of the a-Si film 103 diffuses into the a-Si film 103, and silicidation occurs.
The Si film 103 is crystallized to become a crystalline silicon film 103 ′.

【0140】次いで、図1(b)に示すように、レーザ
ー光107を結晶性のケイ素膜103’上に照射するこ
とにより、結晶性のケイ素膜103’を再結晶化し、そ
の結晶性を向上させる。このときのパルスレーザー光と
して、本実施例1では、XeClエキシマレーザー(波
長308nm、パルス幅40nsec)を用いた。レー
ザー光107の照射条件は、照射時に基板101を20
0〜450℃、例えば400℃に加熱し、エネルギー密
度を250〜450mJ/cm3、例えば、350mJ
/cm3で照射する照射条件とした。また、レーザー光
107のビームサイズは、基板101の表面上で150
mm×1mmの長尺形状となるようにビームスポットに
成形し、このビームスポットの長尺方向に対して垂直な
方向に0.05mmステップ幅で順次走査した。これに
より、結晶性のケイ素膜103’の任意の一点につい
て、計20回のレーザー光107の照射が行われること
になる。このようなレーザー光107が繰り返して照射
されることにより、固相結晶化により得られた結晶性の
ケイ素膜103’は、レーザー光107の照射による溶
融固化過程により結晶欠陥が低減され、より高品質な結
晶性ケイ素膜103’となる。
Then, as shown in FIG. 1B, the crystalline silicon film 103 'is recrystallized by irradiating the crystalline silicon film 103' with a laser beam 107 to improve its crystallinity. Let As the pulsed laser beam at this time, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used in Example 1. The irradiation conditions of the laser beam 107 are as follows:
It is heated to 0 to 450 ° C., for example 400 ° C., and the energy density is 250 to 450 mJ / cm 3 , for example 350 mJ.
The irradiation conditions were such that irradiation was performed at / cm 3 . The beam size of the laser beam 107 is 150 on the surface of the substrate 101.
A beam spot was formed into an elongated shape of mm × 1 mm, and the beam spot was sequentially scanned in a direction perpendicular to the longitudinal direction with a step width of 0.05 mm. As a result, the laser beam 107 is irradiated 20 times in total on any one point of the crystalline silicon film 103 ′. By repeatedly irradiating the laser beam 107 as described above, the crystalline silicon film 103 ′ obtained by the solid-phase crystallization is reduced in crystal defects due to the melting and solidification process by the irradiation of the laser beam 107, and thus the higher crystallinity It becomes a crystalline silicon film 103 'of high quality.

【0141】その後、結晶性ケイ素膜103’の不要な
部分をエッチングにより除去して素子間分離を行う。こ
のような工程を経て、図1(c)に示すように、後の工
程で、TFTの活性領域(ソース/ドレイン領域、チャ
ネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜108が形成さ
れる。
After that, unnecessary portions of the crystalline silicon film 103 'are removed by etching to separate the elements. Through these steps, as shown in FIG. 1C, in a later step, an island-shaped crystalline silicon film 108 to be the active region (source / drain region, channel region) of the TFT is formed.

【0142】次に、図1(d)に示すように、活性領域
となる結晶性のケイ素膜108上を覆うように、20〜
150nmの膜厚、例えば、100nmの膜厚にゲート
絶縁膜である酸化ケイ素膜109を成膜する。この酸化
ケイ素膜109の形成には、本実施例1では、TEOS
(Tetra Ethoxy Ortho Silic
ate)を原料として、酸素共存下に基板温度を150
〜600℃、好ましくは、300〜450℃に加温し
て、RFプラズマCVD法により分解・堆積した。ある
いは、TEOSを原料として、オゾンガス共存下に基板
温度を350〜600℃、好ましくは、400〜550
℃に加温して、減圧CVD法もしくは常圧CVD法によ
り酸化ケイ素膜109を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 1D, 20 to 20 are formed so as to cover the crystalline silicon film 108 to be the active region.
A silicon oxide film 109 which is a gate insulating film is formed to have a film thickness of 150 nm, for example, 100 nm. In the first embodiment, TEOS is used to form the silicon oxide film 109.
(Tetra Ethoxy Ortho Silic
ate) as a raw material and the substrate temperature is set to 150 in the presence of oxygen.
To 600 ° C., preferably 300 to 450 ° C., and decomposed and deposited by the RF plasma CVD method. Alternatively, the substrate temperature is 350 to 600 ° C., preferably 400 to 550, in the presence of ozone gas using TEOS as a raw material.
The silicon oxide film 109 may be formed by heating at 0 ° C. and using a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method.

【0143】続いて、スパッタリング法によって、高融
点メタルを堆積し、これをパターニングして、結晶性の
ケイ素膜108上となる所定の部分に位置するゲート電
極110を形成する。この高融点メタルとしては、タン
タル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(M
o)等を用いることが望ましい。本実施例1では、微量
の窒素が添加されたTaを用い、300〜600nmの
膜厚、例えば450nmの膜厚になるように形成した。
Subsequently, a refractory metal is deposited by a sputtering method and is patterned to form a gate electrode 110 located at a predetermined portion on the crystalline silicon film 108. As the refractory metal, tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (M
It is desirable to use o) or the like. In the present Example 1, Ta containing a slight amount of nitrogen was used to form a film having a film thickness of 300 to 600 nm, for example, 450 nm.

【0144】続いて、イオンドーピング法を用いて、ゲ
ート電極110をマスクとして結晶性のケイ素膜108
の活性領域となる領域に低濃度の不純物(リン)112
を注入する。本実施例1では、リンをドーピングするた
めのドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)を
用い、ドーピング条件としては、加速電圧を60〜90
kV、例えば、80kVとし、ドーズ量を1×1012
1×1014cm-2とした。
Subsequently, using the ion doping method, the crystalline silicon film 108 is formed using the gate electrode 110 as a mask.
Of a low concentration of impurities (phosphorus) 112 in the region that becomes the active region of
Inject. In the first embodiment, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas for doping phosphorus, and the accelerating voltage is 60 to 90 as the doping condition.
kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 1 × 10 12 to
It was set to 1 × 10 14 cm −2 .

【0145】この工程により、ゲート電極110にマス
クされてリンが注入されない結晶性のケイ素膜108の
領域108aは、後の工程を経てTFTのチャネル領域
113となる。
By this step, the region 108a of the crystalline silicon film 108 which is masked by the gate electrode 110 and to which phosphorus is not implanted becomes the channel region 113 of the TFT through the subsequent steps.

【0146】次に、図1(e)に示すように、ゲート電
極110を一回り大きく覆ったフォトレジストをゲート
電極110上に設け、ドーピングマスク116とする。
その後、イオンドーピング法を用いて、ドーピングマス
ク116をマスクとして活性領域となる領域に不純物
(リン)117を注入する。この場合、リンをドーピン
グするためのドーピングガスをして、フォスフィン(P
3)を用い、ドーピング条件としては、加速電圧を6
0〜90kV、例えば、80kVとし、ドーズ量を1×
1015〜8×1015cm-2、例えば、2×1015cm-2
とする。この工程により、ドーピングマスク116によ
りマスクされず、高濃度に不純物(リン)117が注入
された結晶性のケイ素膜108の領域108bは、後の
工程によりTFTのソース/ドレイン領域118とな
る。また、ドーピングマスク116によりマスクされて
高濃度の不純物(リン)117が導入されない領域10
8cが、領域08aと領域108cとの間に形成され
る。この領域108cは、後の工程を経て、低濃度にリ
ンが導入されたLDD領域114となる。
Next, as shown in FIG. 1E, a photoresist that covers the gate electrode 110 once is provided on the gate electrode 110 to form a doping mask 116.
After that, using an ion doping method, an impurity (phosphorus) 117 is implanted into a region to be an active region using the doping mask 116 as a mask. In this case, a phosphine (P
H 3 ) and the accelerating voltage is 6 as the doping condition.
0 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 1 ×
10 15 to 8 × 10 15 cm -2 , for example, 2 × 10 15 cm -2
And By this step, the region 108b of the crystalline silicon film 108, which is not masked by the doping mask 116 and into which the impurity (phosphorus) 117 is implanted at a high concentration, becomes the source / drain region 118 of the TFT in a later step. In addition, the region 10 where the high-concentration impurity (phosphorus) 117 is not introduced by being masked by the doping mask 116
8c is formed between the region 08a and the region 108c. This region 108c becomes the LDD region 114 in which phosphorus is introduced at a low concentration through the subsequent steps.

【0147】そして、ドーピングマスク116を除去し
た後、不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素ガス雰囲気下
にて熱処理を行う。本実施例1では、窒素ガス雰囲気
中、400℃〜550℃の温度条件として30分から2
時間にわたる処理を行った。この加熱条件は、450〜
52℃の温度範囲として30分から2時間にわたって行
うことがより望ましい。また、この加熱処理において
は、加熱処理温度までの昇温速度及び加熱処理温度から
降温する降温速度は、少なくとも5℃/分以上であるこ
とが望ましい。本実施例1では、加熱温度を500℃と
して、1時間にわたって加熱処理を行い、基板を200
℃程度に余熱した状態から加熱温度である500℃まで
30分で昇温し(昇温速度10℃/分)、加熱処理を終
了した後には、この加熱温度(500℃)から200℃
まで、30分で降温した。
After removing the doping mask 116, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere. In Example 1, in a nitrogen gas atmosphere, the temperature condition of 400 ° C. to 550 ° C. was 30 minutes to 2 minutes.
Processed over time. This heating condition is 450-
More preferably, the temperature range of 52 ° C. is 30 minutes to 2 hours. In this heat treatment, it is desirable that the rate of temperature rise up to the temperature of heat treatment and the rate of temperature decrease from the temperature of heat treatment be at least 5 ° C / minute or more. In Example 1, the heating temperature was set to 500 ° C., and the heat treatment was performed for 1 hour, and
The temperature is raised from the preheated state of about ℃ to the heating temperature of 500 ℃ in 30 minutes (temperature rising rate of 10 ℃ / min), and after the heat treatment is completed, the heating temperature (500 ℃) to 200 ℃
Until the temperature dropped in 30 minutes.

【0148】この加熱処理工程を行うことにより、結晶
性のケイ素膜108の領域108bに高濃度にドーピン
グされているリン117によって、結晶性のケイ素膜1
08の領域108aに残存しているニッケルが、図1
(f)中の矢印122にて示すように、領域108aか
ら領域108b及び108cに移動される。また、この
加熱処理は、領域108a中のニッケル濃度と、ゲッタ
リングシンクとなる高濃度にリンがドーピングされた領
域108b及び108c中のニッケル濃度とが、熱平衡
の偏析状態に達しないため、領域108aと領域108
cとの接合部の近傍領域において、集中的にニッケルが
ゲッタリングされる。その結果、チャネル領域となる領
域108a及びLDD領域となる領域108cにおい
て、図6に示すようなニッケルの濃度勾配が得られるこ
ととなる。この加熱処理において、加熱処理後の領域1
08aにおける領域108cとの接合部の近傍部分に残
留するニッケル濃度は、1×1016atoms/cm3
程度にまで低減される。また、この領域108aに残留
しているニッケルは、領域108cとの接合部近傍にお
いて、シリサイド状態ではなく、格子間ニッケルとして
固溶した状態で存在している。
By performing this heat treatment step, the crystalline silicon film 1 is formed by the phosphorus 117 which is highly doped in the region 108b of the crystalline silicon film 108.
The nickel remaining in the area 108a of FIG.
As indicated by the arrow 122 in (f), the area 108a is moved to the areas 108b and 108c. Further, in this heat treatment, the nickel concentration in the region 108a and the nickel concentration in the regions 108b and 108c doped with phosphorus at a high concentration that serves as a gettering sink do not reach the segregated state of thermal equilibrium, so that the region 108a And area 108
Nickel is intensively gettered in the region near the joint with c. As a result, a nickel concentration gradient as shown in FIG. 6 is obtained in the region 108a that becomes the channel region and the region 108c that becomes the LDD region. In this heat treatment, the region 1 after the heat treatment
The concentration of nickel remaining in the vicinity of the junction with the region 108c at 08a is 1 × 10 16 atoms / cm 3
It is reduced to the extent. Further, the nickel remaining in the region 108a exists in the state of a solid solution as interstitial nickel, not in the silicide state, in the vicinity of the junction with the region 108c.

【0149】本実施例1では、ガラス基板101とし
て、320mm×400mmで厚さ0.7mmのコーニ
ング社コード1737のノンアニール品ガラス基板を用
いているが、上記加熱処理によって、反り・たわみ、割
れ等は発生しなかった。さらに、本発明者らの実験で
は、他のメートルサイズの大型ガラス基板を用いた場合
にも、上記の加熱処理によって、反り・たわみ、割れ等
が発生することがなく、使用可能であることを確認して
いる。
In Example 1, a non-annealed glass substrate of Corning Code 1737 having a size of 320 mm × 400 mm and a thickness of 0.7 mm is used as the glass substrate 101, but the heat treatment causes warping, bending, cracking, etc. Did not occur. Furthermore, in the experiments of the present inventors, even when using a large-sized glass substrate of another meter size, the above heat treatment does not cause warpage, bending, cracking, or the like, and it can be used. I'm confirming.

【0150】また、本実施例1においては、図8に示す
ような基板101の平面形状と概略相似形の断面形状を
もつ炉心管の中に、基板面を炉心方向に向け、炉心管と
基板との間のスペースを最小となるような配置としたフ
ァーネス炉を用いて加熱処理を行った。炉心管は、本実
施例1で使用したガラス基板サイズの320×400m
mより一回り大きな矩形状の断面形状に形成されてお
り、基板を収納するための炉心管の内部のスペースの大
きさは、400mm×480mmになっている。1回の
加熱処理を同時に行うために炉心管にチャージされる基
板のチャージ枚数は20枚となっている。そして、窒素
ガスが炉心管の上方より供給され、各基板間に拡散さ
れ、各基板を面内均一に加熱することが可能になってい
る。図8において、石英チューブ(炉心管)703は、
石英チューブ703の外側に設けられたヒーターによっ
て、520℃に加熱されており、石英チューブ703下
のホームポジション707では、200℃に余熱され
る。そして、矢印704に示すように、基板701をチ
ャージした石英ボード702が石英チューブ703内に
入っていくと共に昇温がなされ、石英ボード702の全
体が、アニールゾーン708に完全に挿入されることに
よって、基板701の熱処理が開始される。降温は、石
英ボード702を余熱ゾーンであるホームポジション7
07に降ろすことによって行われる。このような装置を
用いることによって、昇降温速度を高速化することがで
きると共に、昇降温時の基板内の温度分布をほぼ一定に
保つことができ、メートルサイズの大型ガラス基板に対
しても、割れや反りのない安定した処理を実現すること
が可能である。
Further, in the present Example 1, in the core tube having a cross-sectional shape substantially similar to the plane shape of the substrate 101 as shown in FIG. The heat treatment was performed using a furnace in which the space between and was minimized. The core tube is the glass substrate size 320 × 400 m used in the first embodiment.
It is formed in a rectangular cross-sectional shape slightly larger than m, and the size of the space inside the core tube for housing the substrate is 400 mm × 480 mm. The number of substrates to be charged in the core tube is 20 in order to perform one heat treatment at the same time. Then, nitrogen gas is supplied from above the core tube, diffused between the substrates, and each substrate can be uniformly heated in the plane. In FIG. 8, a quartz tube (core tube) 703 is
It is heated to 520 ° C. by a heater provided outside the quartz tube 703, and at a home position 707 below the quartz tube 703, it is preheated to 200 ° C. Then, as indicated by an arrow 704, the quartz board 702 charged with the substrate 701 enters the quartz tube 703 and is heated, and the entire quartz board 702 is completely inserted into the annealing zone 708. The heat treatment of the substrate 701 is started. For cooling, the quartz board 702 is used in the home position 7 which is a residual heat zone.
It is done by taking it down to 07. By using such a device, it is possible to increase the temperature rising / falling speed, and it is possible to keep the temperature distribution in the substrate during temperature rising / falling substantially constant, and even for a large glass substrate of a meter size, It is possible to realize stable processing without cracking or warping.

【0151】また、この加熱処理によって、触媒元素で
あるニッケルがゲッタリングされるが、この作用に加え
て、イオン注入によって注入された不純物(リン)が活
性化されると共に、不純物の導入によって劣化した結晶
性が改善される。このようにして得られたソース/ドレ
イン領域118のシート抵抗値は、0.8〜1.5kΩ
/□であり、LDD領域114のシート抵抗値は、30
〜100kΩであった。また、ゲート絶縁膜109の焼
成処理が上記の加熱処理によって同時に行われ、ゲート
絶縁膜109自身のバルク特性及び結晶性のケイ素膜1
08とゲート絶縁膜109との界面部分の界面特性の向
上を図ることができる。
Also, by this heat treatment, nickel which is a catalytic element is gettered. In addition to this action, impurities (phosphorus) implanted by ion implantation are activated and deteriorated by the introduction of impurities. The improved crystallinity is improved. The source / drain region 118 thus obtained has a sheet resistance value of 0.8 to 1.5 kΩ.
/ □, and the sheet resistance value of the LDD region 114 is 30
Was about 100 kΩ. In addition, the gate insulating film 109 is fired at the same time as the above heat treatment, so that the gate insulating film 109 itself has bulk characteristics and crystalline silicon film 1.
08, it is possible to improve the interface characteristics at the interface between the gate insulating film 108 and the gate insulating film 109.

【0152】次に、図1(g)に示すように、600n
m程度の膜厚の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を形
成して層間絶縁膜124とする。層間絶縁膜124とし
て酸化ケイ素膜を形成する場合には、TEOSを原料と
して、酸素共存下でのプラズマCVD法、もしくは、オ
ゾン共存下での減圧CVD法あるいは常圧CVD法を用
いることにより、段差被覆性に優れた良好な酸化ケイ素
膜が形成される。また、層間絶縁膜124として、窒化
ケイ素膜を形成する場合は、SiH4及びNH3を原料ガ
スとしてプラズマCVD法を用いることにより形成され
る。この窒化ケイ素膜は、活性領域となる結晶性のケイ
素膜108とゲート絶縁膜109との界面に水素原子を
供給して、TFT特性を劣化させる不対結合手を低減さ
せることができる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about m is formed to form the interlayer insulating film 124. When a silicon oxide film is formed as the interlayer insulating film 124, by using TEOS as a raw material, a plasma CVD method in the presence of oxygen, or a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method in the presence of ozone, A good silicon oxide film having excellent coverage is formed. Further, when a silicon nitride film is formed as the interlayer insulating film 124, it is formed by using a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as source gases. This silicon nitride film can supply hydrogen atoms to the interface between the crystalline silicon film 108 serving as the active region and the gate insulating film 109, and reduce dangling bonds that deteriorate the TFT characteristics.

【0153】次いで、層間絶縁膜124の結晶性ケイ素
膜108上のソース・ドレイン領域118に該当する部
分に、これらの領域に到達するコンタクトホールを形成
する。層間絶縁膜124に形成されたコンタクトホール
には、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムと
の二層膜によって、TFTのソース・ドレイン領域11
8に電気的に接続される電極・配線125を形成する。
窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するこ
とを防止するためのバリア膜として設けられる。また、
このTFTを液晶表示装置の画素スイッチング用等に用
いる場合には、ドレイン電極には、ITO等の透明電極
膜からなる画素電極を用いればよい。さらに、この場
合、他方のソース電極には、ソースバスラインを構成す
ることになり、このソースバスラインを介して、ビデオ
信号等の電気信号が供給され、ゲートバスラインのゲー
ト信号に基づいて、画素電極に必要な電荷が書き込まれ
る。
Next, contact holes reaching these regions are formed in the portions of the interlayer insulating film 124 corresponding to the source / drain regions 118 on the crystalline silicon film 108. The source / drain region 11 of the TFT is formed in the contact hole formed in the interlayer insulating film 124 by a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum.
The electrodes / wirings 125 electrically connected to 8 are formed.
The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Also,
When this TFT is used for pixel switching of a liquid crystal display device, a pixel electrode made of a transparent electrode film such as ITO may be used for the drain electrode. Further, in this case, the other source electrode constitutes a source bus line, an electric signal such as a video signal is supplied through the source bus line, and based on the gate signal of the gate bus line, The necessary charge is written in the pixel electrode.

【0154】最後に、1気圧の水蒸気雰囲気下、350
℃の温度条件として1時間にわたるアニールを行い、所
望のTFT126を完成させる。なお、このTFT12
6を保護するために、さらに、窒化ケイ素膜等の保護膜
を設けてもよい。
Finally, in a steam atmosphere of 1 atm, 350
Annealing is performed for 1 hour under the temperature condition of ° C to complete the desired TFT 126. In addition, this TFT 12
A protective film such as a silicon nitride film may be further provided to protect 6.

【0155】以上、本実施例1で説明した工程を経て製
造されるTFTは、電界効果移動度が250cm2/V
s程度、閾値電圧が1.5V程度となり、非常に高性能
な性能が得られ、従来の製造方法により得られたTFT
で高頻度に見られたTFTのオフ動作時のリーク電流の
異常な増大が全くなく、単位W当たり1pA以下と、非
常に低い値を安定して示した。この値は、触媒元素を用
いずに作製した従来のTFTを比較しても全く差がな
く、製造歩留まりを大きく向上させることができた。
As described above, the TFT manufactured through the steps described in the first embodiment has a field effect mobility of 250 cm 2 / V.
s, threshold voltage is about 1.5 V, and very high performance is obtained, and TFT obtained by the conventional manufacturing method.
There was no abnormal increase in the leak current during the off operation of the TFT, which was frequently observed in 1., and a very low value of 1 pA or less per unit W was stably shown. This value has no difference even when compared with the conventional TFT manufactured without using the catalyst element, and the manufacturing yield could be greatly improved.

【0156】さらに、本実施例1のTFTは、繰り返し
測定、バイアス、温度ストレスによる耐久性試験を行っ
ても特性劣化がほとんどみられず、従来の方法により製
造されたTFTに比較しても非常に信頼性が高い。
Further, the TFT of the present Example 1 showed almost no deterioration in characteristics even after repeated measurement, durability test by bias and temperature stress, and it was very much compared with the TFT manufactured by the conventional method. Highly reliable.

【0157】本実施例1のTFTを用いた液晶表示用ア
クティブマトリクス基板を実際に点灯評価したところ、
従来法により作製されたTFTを用いたものに比較して
表示ムラが明らかに少なく、TFTリークによる画素欠
陥を極めて少なく、コントラスト比の高い高表示品位の
液晶パネルを得ることができた。
When the active matrix substrate for liquid crystal display using the TFT of Example 1 was actually evaluated for lighting,
It was possible to obtain a liquid crystal panel of high display quality with a high contrast ratio, in which display unevenness was significantly smaller than that using a TFT manufactured by a conventional method, pixel defects due to TFT leakage were extremely small.

【0158】なお、以上に説明した本実施例1のTFT
作製工程は、アクティブマトリクス基板の画素電極を対
象として説明を行ったが、本実施例1のTFTは、薄膜
集積回路等にも適用可能であり、その場合は、ゲート電
極上にもコンタクトホールを形成し、必要とする配線を
設ければよい。 (実施例2)本実施例2では、上記の実施例1と同様
に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のドライバ
ー回路、画素部分、薄膜集積回路に用いられるN型TF
Tをガラス基板上に作製する工程について説明する。
The TFT of the first embodiment described above is used.
Although the manufacturing process has been described for the pixel electrode of the active matrix substrate, the TFT of the first embodiment can be applied to a thin film integrated circuit or the like. In that case, a contact hole is also formed on the gate electrode. It may be formed and a required wiring may be provided. (Embodiment 2) In Embodiment 2, as in Embodiment 1 above, an N-type TF used for a driver circuit, a pixel portion, and a thin film integrated circuit of an active matrix type liquid crystal display device.
A process of producing T on the glass substrate will be described.

【0159】図2(a)〜(h)は、それぞれ、本実施
例2のNチャネル型TFTの製造方法を工程毎に説明す
る断面図である。
2 (a) to 2 (h) are cross-sectional views for explaining each step of the method for manufacturing the N-channel TFT of the second embodiment.

【0160】本実施例2のNチャネル型TFTを製造す
るには、まず、図2(a)に示すように、後の工程によ
りガラス基板201から不純物が拡散することを防止す
るため、ガラス基板201上に、例えば、プラズマCV
D法によって、300〜500nm程度の膜厚を有する
酸化ケイ素膜からなる下地膜202を形成する。次に、
プラズマCVD法を用いて、厚さ20〜80nm、例え
ば、40nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)203を成膜する。
To manufacture the N-channel TFT of the second embodiment, first, as shown in FIG. 2A, in order to prevent impurities from diffusing from the glass substrate 201 in a subsequent step, the glass substrate 201 201, for example, a plasma CV
By the D method, the base film 202 made of a silicon oxide film having a film thickness of about 300 to 500 nm is formed. next,
An intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-S) having a thickness of 20 to 80 nm, for example 40 nm, is formed by using the plasma CVD method.
i film) 203 is formed.

【0161】次に、a−Si膜203の表面上に微量の
ニッケル205を添加する。ニッケル205の添加は、
ニッケルを溶解した溶液をa−Si膜203上に保持
し、スピナーによりニッケル溶液を基板201上に均一
に延ばし乾燥させることにより行った。本実施例2で
は、溶質として酢酸ニッケル、溶媒として水を用い、溶
液中のニッケル濃度が10ppmとなるように調整し
た。添加されたニッケルのa−Si基板201上のニッ
ケル濃度は、全反射蛍光X線分析(TRXRF)法を用
いた測定により、5×1012atoms/cm3程度で
あった。
Next, a small amount of nickel 205 is added on the surface of the a-Si film 203. The addition of nickel 205 is
The solution in which nickel was dissolved was held on the a-Si film 203, and the nickel solution was uniformly spread on the substrate 201 by a spinner and dried. In Example 2, nickel acetate was used as the solute and water was used as the solvent, and the nickel concentration in the solution was adjusted to 10 ppm. The nickel concentration of the added nickel on the a-Si substrate 201 was about 5 × 10 12 atoms / cm 3 as measured by the total reflection fluorescent X-ray analysis (TRXRF) method.

【0162】次に、微量のニッケル205が添加された
a−Si膜203を不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素
ガス雰囲気下で加熱処理を行う。この加熱処理は、52
0〜570℃、例えば、550℃の温度条件として、2
〜8時間、例えば、4時間にわたって処理時間とした。
このアニール処理によって、a−Si膜203は、結晶
性のケイ素膜203’に結晶化される。
Next, the a-Si film 203 to which a small amount of nickel 205 has been added is heat-treated in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere. This heat treatment is 52
As a temperature condition of 0 to 570 ° C., for example, 550 ° C., 2
The treatment time was -8 hours, for example, 4 hours.
By this annealing treatment, the a-Si film 203 is crystallized into a crystalline silicon film 203 '.

【0163】次いで、図2(b)に示すように、レーザ
ー光207を結晶性のケイ素膜203’上に照射するこ
とにより、結晶性のケイ素膜203’を再結晶化し、そ
の結晶性を向上させる。このときのパルスレーザー光と
して、本実施例2では、XeClエキシマレーザー(波
長308nm、パルス幅40nsec)を用いた。レー
ザー光207の照射条件は、照射時に基板201を20
0〜450℃、例えば、400℃に加熱し、エネルギー
密度を250〜450mJ/cm3、例えば、350m
J/cm3で照射する照射条件とした。このようなレー
ザー光207が繰り返して照射されることにより、固相
結晶化により得られた結晶性のケイ素膜203’は、レ
ーザー光207の照射による溶融固化過程により結晶欠
陥が低減され、より高品質な結晶性ケイ素膜となる。
Next, as shown in FIG. 2B, the crystalline silicon film 203 'is recrystallized by irradiating the crystalline silicon film 203' with laser light 207 to improve its crystallinity. Let In this example 2, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) was used as the pulsed laser light at this time. The irradiation conditions of the laser light 207 are as follows:
0 to 450 ° C., for example, heated to 400 ° C., and energy density is 250 to 450 mJ / cm 3 , for example, 350 m
The irradiation conditions were irradiation at J / cm 3 . By repeatedly irradiating with the laser light 207 as described above, the crystalline silicon film 203 ′ obtained by the solid-phase crystallization is reduced in crystal defects due to the melting and solidification process by the irradiation of the laser light 207, and thus the crystallinity is higher. It becomes a high quality crystalline silicon film.

【0164】その後、結晶性ケイ素膜203’の不要な
部分をエッチングにより除去して素子間分離を行う。こ
の工程を経て、図2(c)に示すように、後の工程によ
ってTFTの活性領域(ソース/ドレイン領域。チャネ
ル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜208が形成され
る。
After that, unnecessary portions of the crystalline silicon film 203 'are removed by etching to separate the elements. After this step, as shown in FIG. 2C, an island-shaped crystalline silicon film 208 to be an active region (source / drain region. Channel region) of the TFT is formed by a subsequent process.

【0165】次に、図2(d)に示すように、活性領域
となる結晶性のケイ素膜208上を覆うように、20〜
150nmの膜厚、例えば、100nmの膜厚にゲート
絶縁膜である酸化ケイ素膜209を成膜する。この酸化
ケイ素膜209の形成には、本実施例2では、TEOS
(Tetra Ethoxy Ortho Silic
ate)を原料として、酸素共存下に基板温度を150
〜600℃、好ましくは、300〜450℃に加温し
て、RFプラズマCVD法により分解・堆積した。酸化
ケイ素膜209の成膜後、酸化ケイ素膜209自身のバ
ルク特性及び結晶性ケイ素膜208と酸化ケイ素膜20
9との間の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲
気下で、500〜600℃の温度条件で、1〜4時間に
わたるアニールを行った。
Next, as shown in FIG. 2D, 20 to 20 are formed so as to cover the crystalline silicon film 208 to be the active region.
A silicon oxide film 209 which is a gate insulating film is formed to a thickness of 150 nm, for example, 100 nm. In the second embodiment, TEOS is used to form the silicon oxide film 209.
(Tetra Ethoxy Ortho Silic
ate) as a raw material and the substrate temperature is set to 150 in the presence of oxygen.
To 600 ° C., preferably 300 to 450 ° C., and decomposed and deposited by the RF plasma CVD method. After the formation of the silicon oxide film 209, the bulk characteristics of the silicon oxide film 209 itself and the crystalline silicon film 208 and the silicon oxide film 20 are formed.
In order to improve the interfacial characteristics with the No. 9 film, annealing was performed in an inert gas atmosphere at a temperature condition of 500 to 600 ° C. for 1 to 4 hours.

【0166】続いて、スパッタリング法によって、40
0〜800nmの膜厚、例えば、600nmの膜厚にア
ルミニウムを成膜し、これをパターニングして、結晶性
のケイ素膜208上となる所定の部分に位置するゲート
電極210を形成する。次いで、このアルミニウムから
なるゲート電極210の表面を陽極酸化することによ
り、ゲート電極210の表面上に酸化物層211を形成
する。なお、本実施例2にて作製されるTFTをアクテ
ィブマトリクス基板の画素TFTとする場合には、この
ゲート電極210は、ゲートバスラインを構成する際
に、同時に同一平面上に形成されることとなる。ゲート
電極210の陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエ
チレングリコール溶液中で、最初に一定電流を流した後
に220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持する
ことにより得られる。得られた酸化物層211の厚さは
300nmであった。なお、この酸化物層211は、後
のイオンドーピング工程において、オフセットゲート電
極を形成する厚さとなるため、オフセットゲート電極の
長さを上記の陽極酸化構成によって決定することができ
る。
Then, by a sputtering method, 40
Aluminum is formed into a film thickness of 0 to 800 nm, for example, 600 nm, and is patterned to form a gate electrode 210 located at a predetermined portion on the crystalline silicon film 208. Then, the surface of the gate electrode 210 made of aluminum is anodized to form an oxide layer 211 on the surface of the gate electrode 210. When the TFT manufactured in Example 2 is used as the pixel TFT of the active matrix substrate, the gate electrode 210 is formed on the same plane at the same time when the gate bus line is formed. Become. The anodic oxidation of the gate electrode 210 is obtained by first applying a constant current in an ethylene glycol solution containing tartaric acid in an amount of 1 to 5%, then increasing the voltage to 220 V, and maintaining the state for 1 hour. The thickness of the obtained oxide layer 211 was 300 nm. Note that since the oxide layer 211 has a thickness to form an offset gate electrode in a later ion doping step, the length of the offset gate electrode can be determined by the above anodic oxidation structure.

【0167】続いて、イオンドーピング法を用いて、不
純物であるリン217を注入する。この場合、酸化ケイ
素膜209上に形成されたゲート電極210及びその周
囲の酸化物層211がマスクとなり、ゲート電極210
及び酸化物層211の下の部分に該当する結晶性のケイ
素膜208中にはリン217は注入されない。本実施例
2では、リン217をドーピングするためのドーピング
ガスとして、フォスフィン(PH3)を用い、ドーピン
グ条件としては、加速電圧を60〜90kV、例えば、
80kVとし、ドーズ量を1×1015〜8×1015cm
-2、例えば、2×1015cm-2とした。
Subsequently, phosphorus 217 as an impurity is implanted by using the ion doping method. In this case, the gate electrode 210 formed on the silicon oxide film 209 and the oxide layer 211 around the gate electrode 210 serve as a mask, and the gate electrode 210
And, phosphorus 217 is not implanted into the crystalline silicon film 208 corresponding to the lower part of the oxide layer 211. In the second embodiment, phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas for doping phosphorus 217, and the accelerating voltage is 60 to 90 kV, for example, as the doping condition.
80 kV, dose amount 1 × 10 15 to 8 × 10 15 cm
-2 , for example, 2 × 10 15 cm -2 .

【0168】この工程により、ゲート電極210にマス
クされてリン211が注入されない結晶性ケイ素膜20
8の領域208aは、後の工程を経てTFTのチャネル
領域となる。また、ゲート電極210及び酸化物層21
1にマスクされずにリン217が注入された結晶性のケ
イ素膜208の領域208bは、後の工程を経てTFT
のソース/ドレイン領域となる。また、酸化物層211
の下に該当する領域208cは、酸化物層211がマス
クとなってリン217が注入されず、領域208aと同
様の状態となるが、ゲート電極210とは重なっておら
ず、この領域208cは、後の工程を経てオフセット領
域となる。
By this step, the crystalline silicon film 20 masked by the gate electrode 210 and into which the phosphorus 211 is not implanted.
The region 208a of No. 8 becomes a channel region of the TFT through the subsequent steps. In addition, the gate electrode 210 and the oxide layer 21
The region 208b of the crystalline silicon film 208 into which the phosphorus 217 is implanted without being masked to 1 is formed on the TFT through a subsequent process.
Source / drain regions. In addition, the oxide layer 211
In the region 208c corresponding to the lower part, the oxide layer 211 serves as a mask and phosphorus 217 is not implanted, and the state is similar to that of the region 208a, but the region 208c does not overlap with the gate electrode 210, and this region 208c is It becomes an offset region through the subsequent steps.

【0169】不純物がそれぞれの濃度に導入された各領
域を形成した後、この状態で、イオンドーピング法を用
いてアルゴンを導入する。ドーピングガスとしては、1
00%のArガスを用い、加速電圧を、例えば、80k
Vとし、ドーズ量としては、1×1015〜1×1016
-2、例えば、2×1015cm-2とした。この工程を行
った後、領域208bには、リン217に加えてアルゴ
ンが含まれた領域となる。この状態の領域208b中の
アルゴンの濃度は、2×1020〜5×1020atoms
/cm3程度であった。
After forming each region in which impurities are introduced to each concentration, in this state, argon is introduced by the ion doping method. The doping gas is 1
An accelerating voltage of, for example, 80 k
V and the dose amount is 1 × 10 15 to 1 × 10 16 c
m −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . After this step is performed, the region 208b becomes a region containing argon in addition to phosphorus 217. The concentration of argon in the region 208b in this state is 2 × 10 20 to 5 × 10 20 atoms.
It was about / cm 3 .

【0170】そして、不活性ガス雰囲気下、例えば、窒
素ガス雰囲気下にて熱処理を行う。本実施例2では、窒
素ガス雰囲気中、400〜550℃の温度条件として3
0分から2時間にわたる処理を行った。この加熱条件
は、450〜520℃の温度範囲として、30分〜2時
間にわたって行うことがより望ましい。また、この加熱
処理においては、加熱処理温度までの昇温速度及び加熱
処理温度から降温する降温速度は、少なくとも5℃/分
以上であることが望ましい。本実施例2では、実際に
は、加熱温度を500℃として、1時間にわたって加熱
処理を行い、基板を200℃程度に余熱した状態から加
熱温度である500℃まで30分で昇温し(昇温速度1
0℃/分)、加熱処理を終了した後には、この加熱温度
(500℃)から200℃まで、30分で降温した。
Then, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere, for example, in a nitrogen gas atmosphere. In Example 2, in a nitrogen gas atmosphere, a temperature condition of 400 to 550 ° C. was set to 3
The treatment was carried out for 0 minutes to 2 hours. It is more preferable that the heating condition is a temperature range of 450 to 520 ° C. and a heating time of 30 minutes to 2 hours. In this heat treatment, it is desirable that the rate of temperature rise up to the temperature of heat treatment and the rate of temperature decrease from the temperature of heat treatment be at least 5 ° C / minute or more. In Example 2, in reality, the heating temperature was set to 500 ° C., the heat treatment was performed for 1 hour, and the substrate was preheated to about 200 ° C. and then heated to 500 ° C. in 30 minutes (increase). Temperature rate 1
(0 ° C./min), and after the heat treatment was completed, the temperature was lowered from this heating temperature (500 ° C.) to 200 ° C. in 30 minutes.

【0171】この加熱処理工程を行うことにより、領域
208bに高濃度にドーピングされているリン及びアル
ゴンによって、領域208aに残存しているニッケル
が、図2(f)中の矢印222にて示すように、領域2
08aから領域208bに移動される。また、この加熱
処理は、領域208a中のニッケル濃度とゲッタリング
シンクとなる高濃度にリン及びアルゴンが導入された領
域208b中のニッケル濃度とが、熱平衡の偏析状態に
達しないため、領域208aと領域208b及び208
cとの接合部の近傍領域において、集中的にニッケルが
ゲッタリングされる。その結果、領域208a及び領域
208b208cにおいて、図5に示すようなニッケル
の濃度勾配が得られることになる。
By carrying out this heat treatment step, the nickel remaining in the region 208a due to the phosphorus and the argon which are highly doped in the region 208b are changed as shown by an arrow 222 in FIG. 2 (f). In area 2
Moved from 08a to region 208b. In addition, in this heat treatment, since the nickel concentration in the region 208a and the nickel concentration in the region 208b in which phosphorus and argon are introduced at a high concentration serving as a gettering sink do not reach the segregated state of thermal equilibrium, Regions 208b and 208
Nickel is intensively gettered in the region near the joint with c. As a result, a nickel concentration gradient as shown in FIG. 5 is obtained in the regions 208a and 208b208c.

【0172】さらに、本実施例2では、実施例1に比較
して、領域208bにドーピングされたアルゴンが、よ
り大きな格子間歪みを生じ、その歪みがニッケルに対す
る偏析トラップとなるため、より強力にニッケルをゲッ
タリングすることができる。この結果、熱処理後の領域
208aにおける領域208bとの接合部の近傍におけ
る残留ニッケルの濃度は、SIMSによる測定でも測定
下限以下となる、1×1016atoms/cm3以下に
まで低減された。また、この領域208aに残留してい
るニッケルは、シリサイド状態ではなく、格子間ニッケ
ルとして固溶した状態で存在している。
Further, in the second embodiment, as compared with the first embodiment, the argon doped in the region 208b causes a larger interstitial strain, and the strain becomes a segregation trap for nickel. It is possible to getter nickel. As a result, the concentration of residual nickel in the vicinity of the junction with the region 208b in the region 208a after the heat treatment was reduced to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, which is less than or equal to the measurement lower limit in the measurement by SIMS. Further, the nickel remaining in the region 208a exists not as a silicide state but as a solid solution as interstitial nickel.

【0173】本実施例2では、ガラス基板201とし
て、320mm×400mmで厚さ0.7mmのコーニ
ング社コード1737のノンアニール品ガラス基板を用
いているが、上記加熱処理によって、反り・たわみ、割
れ等は発生しなかった。さらに、本発明者らの実験で
は、他のメートルサイズの大型ガラス基板を用いた場合
にも、上記の加熱処理によって、反り・たわみ、割れ等
が発生することがなく、使用可能であることを確認して
いる。
In Example 2, a non-annealed glass substrate of Corning Code 1737 having a size of 320 mm × 400 mm and a thickness of 0.7 mm is used as the glass substrate 201. However, the above heat treatment causes warpage, bending, cracking, or the like. Did not occur. Furthermore, in the experiments of the present inventors, even when using a large-sized glass substrate of another meter size, the above heat treatment does not cause warpage, bending, cracking, or the like, and it can be used. I'm confirming.

【0174】また、本実施例2においては、図8に示す
ような基板101を平面形状と概略相似形の断面形状を
有する炉心管の中に、基板面を炉心方向に向け、炉心管
と基板とのスペースを最初となるような配置とたファー
ネス炉を用いて加熱処理を行った。
In the second embodiment, the substrate 101 as shown in FIG. 8 is placed in a core tube having a cross-sectional shape similar to that of the plane shape, and the substrate surface is oriented in the core direction to make the core tube and the substrate Heat treatment was performed using a furnace in which the space between and was placed first.

【0175】次に、図2(g)に示すように、レーザー
光223を照射してアニールを行うことにより、イオン
注入した不純物を活性化すると同時に、上記の不純物の
導入工程により結晶性が劣化した部分の結晶性を改善す
る。アルゴンをドーピングした場合、結晶性の崩れが大
きく、前述の550℃の熱処理だけでは、ドーピングダ
メージを十分に回復し活性化することは困難であり、こ
のために、本実施例2ではレーザー光照射によるアニー
ル工程を追加している。
Next, as shown in FIG. 2 (g), laser light 223 is irradiated to anneal to activate the ion-implanted impurities, and at the same time, the crystallinity is deteriorated by the above-mentioned impurity introduction step. Improve the crystallinity of the damaged part. In the case of doping with argon, the crystallinity is largely destroyed, and it is difficult to sufficiently recover and activate the doping damage only by the heat treatment at 550 ° C. described above. Annealing process is added.

【0176】この際、レーザー光223としては、Xe
Clエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40
nsec)を用い、エネルギー密度を150〜400m
J/cm2、好ましくは、200〜250mJ/cm2
した。このようにして形成されたN型不純物であるリン
が導入された領域208bのシート抵抗は、200〜5
00Ω/□であった。
At this time, Xe is used as the laser beam 223.
Cl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40
nsec) and energy density of 150 to 400 m
J / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . The sheet resistance of the region 208b in which phosphorus, which is an N-type impurity, formed in this manner is 200 to 5
It was 00Ω / □.

【0177】次に、図2(h)に示すように、600n
m程度の膜厚の酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を形
成して層間絶縁膜224とする。層間絶縁膜224とし
て酸化ケイ素膜を形成する場合には、TEOSを原料と
して、酸素共存下でのプラズマCVD法、もしくは、オ
ゾン共存下での減圧CVD法あるいは常圧CVD法を用
いることにより、段差被覆性に優れた良好な酸化ケイ素
膜が形成される。また、層間絶縁膜224として、窒化
ケイ素膜を形成する場合は、SiH4及びNH3を原料ガ
スとしてプラズマCVD法を用いることにより形成され
る。この窒化ケイ素膜は、活性領域となる結晶性のケイ
素膜208と酸化ケイ素膜209との界面に水素原子を
供給して、TFT特性を劣化させる不対結合手を低減す
ることができる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of about m is formed to be an interlayer insulating film 224. When a silicon oxide film is formed as the interlayer insulating film 224, by using TEOS as a raw material, a plasma CVD method in the presence of oxygen, or a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method in the presence of ozone is used. A good silicon oxide film having excellent coverage is formed. When a silicon nitride film is formed as the interlayer insulating film 224, it is formed by using a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as source gases. This silicon nitride film can supply hydrogen atoms to the interface between the crystalline silicon film 208 and the silicon oxide film 209, which are active regions, and reduce dangling bonds that deteriorate the TFT characteristics.

【0178】次いで、層間絶縁膜224のTFTの結晶
性ケイ素膜208上のソース・ドレイン領域となる領域
208b上に該当する部分に、これらの領域に到達する
コンタクトホールを形成する。層間絶縁膜224に形成
されたコンタクトホールには、金属材料、例えば、窒化
チタンとアルミニウムとの二層膜によって、TFTのソ
ース・ドレイン領域218に電気的に接続される電極・
配線225を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウム
が半導体層に拡散することを防止するためのバリア膜と
して設けられる。また、このTFTを液晶表示装置の画
素スイッチング用等に用いる場合には、ドレイン電極に
は、ITO等の透明電極膜からなる画素電極を用いれば
よい。
Next, contact holes reaching these regions are formed in the interlayer insulating film 224 in the portions corresponding to the source / drain regions 208b on the crystalline silicon film 208 of the TFT. In the contact hole formed in the interlayer insulating film 224, an electrode / electrode electrically connected to the source / drain region 218 of the TFT is formed by a two-layer film of a metal material such as titanium nitride and aluminum.
The wiring 225 is formed. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. When this TFT is used for pixel switching of a liquid crystal display device, a pixel electrode made of a transparent electrode film such as ITO may be used as the drain electrode.

【0179】最後に、1気圧の水蒸気雰囲気下、350
℃の温度条件として1時間にわたるアニールを行い、所
望のTFT226を完成させる。なお、このTFT22
6を保護するために、さらに、窒化ケイ素膜等の保護膜
を設けてもよい。
Finally, in a water vapor atmosphere of 1 atm, 350
Annealing is performed for 1 hour under the temperature condition of ° C to complete the desired TFT 226. In addition, this TFT 22
A protective film such as a silicon nitride film may be further provided to protect 6.

【0180】以上、本実施例2で説明した各工程を経て
製造されるTFTは、実施例1と同様、電界効果移動度
が250cm2/Vs程度、閾値電圧が1.5V程度と
なり、非常に高性能となり、従来の製造方法により得ら
れたTFTで高頻度に見られたTFTのオフ動作時のリ
ーク電流の異常な増大が全くなく、単位W当たり1pA
以下と、非常に低い値を安定して示した。この値は、触
媒元素を用いずに作製した従来のTFTと比較しても全
く差がなく、製造歩留まりを大きく向上することができ
た。(実施例3)本実施例3では、アクティブマトリク
ス型の液晶表示装置の周辺駆動回路、一般の薄膜集積乖
離を形成するNチャネル型TFTとPチャネル型TFT
とを相補的に構成したCMOS構造を有する回路をガラ
ス基板上に作製する工程について説明する。
As described above, the TFT manufactured through the steps described in the second embodiment has a field effect mobility of about 250 cm 2 / Vs and a threshold voltage of about 1.5 V, which is very similar to that of the first embodiment. High performance, no abnormal increase in leakage current during off operation of TFT, which was frequently observed in the TFT obtained by the conventional manufacturing method, and 1 pA per unit W
The following and stable low values were shown. This value has no difference as compared with the conventional TFT manufactured without using the catalytic element, and the manufacturing yield could be greatly improved. (Third Embodiment) In the third embodiment, a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device, an N-channel type TFT and a P-channel type TFT which form a general thin film integrated gap.
A process of forming a circuit having a CMOS structure in which and are complementary to each other on a glass substrate will be described.

【0181】図3は、本実施例3の回路構造の作製工程
の概要を示す平面図である。図4(a)〜(I)は、そ
れぞれ、本実施例3のNチャネル型TFTとPチャネル
型TFTとを相補的に構成したCMOS構造を製造する
方法を工程毎に説明する図3のA−A’線に沿う断面図
である。
FIG. 3 is a plan view showing the outline of the manufacturing process of the circuit structure of the third embodiment. 4 (a) to 4 (I) are explanatory diagrams for each step of a method for manufacturing a CMOS structure in which the N-channel TFT and the P-channel TFT of the third embodiment are configured in a complementary manner. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line -A ′.

【0182】本実施例3のCMOS構造を製造する場合
には、まず、図4(a)に示すように、後の工程により
ガラス基板301から不純物を拡散することを防止する
ため、ガラス基板301上に、例えば、スパッタリング
法によって、300〜500nm程度の膜厚を有する酸
化ケイ素膜からなる下地膜302を形成する。次に、プ
ラズマCVD法を用いて、厚さ20〜80nm、例え
ば、40nmの真性(I型)の非晶質ケイ素膜(a−S
i膜)303を成膜する。
In manufacturing the CMOS structure of the third embodiment, first, as shown in FIG. 4A, the glass substrate 301 is used to prevent impurities from diffusing from the glass substrate 301 in the subsequent steps. A base film 302 made of a silicon oxide film and having a film thickness of about 300 to 500 nm is formed thereon by, for example, a sputtering method. Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film (a-S) having a thickness of 20 to 80 nm, for example 40 nm, is formed by using the plasma CVD method.
i film) 303 is formed.

【0183】次に、a−Si膜303上の全面にわたっ
て酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等の絶縁性薄膜を堆
積した後、パターニングすることによりマスク304を
形成する。本実施例3では、a−Si膜302上に、T
EOS(Tetra Ethoxy Ortho Si
licate)を原料として、酸素共存下でRFプラズ
マCVD法により分解・堆積することにより酸化ケイ素
膜を堆積した。マスク304の厚さは、100〜400
nmの範囲であることが望ましく、本実施例3では、こ
の酸化ケイ素膜の厚さを150nmとした。このマスク
304には、スルーホール304aが形成されており、
このスルーホール304aによって、図4(a)に示す
ように、a−Si膜303が露呈した領域303aがス
リット状に形成され、領域303a以外の部分はマスク
304によってa−Si膜303が露呈していない状態
になっている。この場合、a−Si膜303が露呈して
いる各領域303aのライン幅Lは、2〜15μmの範
囲に形成されることが望ましく、本実施例3では、領域
303aのライン幅Lを10μmとした。
Next, after depositing an insulating thin film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film over the entire surface of the a-Si film 303, patterning is performed to form a mask 304. In the third embodiment, T is formed on the a-Si film 302.
EOS (Tetra Ethoxy Ortho Si
A silicon oxide film was deposited by decomposing and depositing by using an RF plasma CVD method in the presence of oxygen. The thickness of the mask 304 is 100 to 400.
The thickness is preferably in the range of nm, and in the third embodiment, the thickness of this silicon oxide film is set to 150 nm. Through holes 304a are formed in the mask 304,
As shown in FIG. 4A, the through hole 304a forms a region 303a in which the a-Si film 303 is exposed in a slit shape, and the portion other than the region 303a is exposed by the mask 304 in the a-Si film 303. Not in a state. In this case, the line width L of each region 303a exposed by the a-Si film 303 is preferably formed in the range of 2 to 15 μm. In the third embodiment, the line width L of the region 303a is set to 10 μm. did.

【0184】次に、a−Si膜303及びマスク304
の表面上に微量のニッケルを添加する。添加されるニッ
ケルとしては、純ニッケル(99.0%以上)のターゲ
ットを用い、DCスパッタリング法により添加した。具
体的には、DCパワーを50W程度の極低パワーとし
て、基板301を2000mm/minに高速回転した
状態で、スパッタリング処理を行った。本実施例3で
は、このスパッタリング処理に用いられるガスとして、
アルゴンを用い、スパッタリング時のガス圧力を10P
a以上の高圧条件として、極低濃度条件でのニッケルの
スパッタリングを行った。
Next, the a-Si film 303 and the mask 304.
Add a small amount of nickel on the surface of the. As the nickel to be added, a target of pure nickel (99.0% or more) was used and was added by the DC sputtering method. Specifically, the sputtering treatment was performed with the DC power set to an extremely low power of about 50 W and the substrate 301 rotated at a high speed of 2000 mm / min. In the third embodiment, as the gas used in this sputtering process,
Argon is used and the gas pressure during sputtering is 10P.
As a high pressure condition of a or higher, nickel was sputtered under an extremely low concentration condition.

【0185】スパッタリングされたニッケル305は、
図4(a)には、図面を見易くするため薄膜状として表
示しているが、実際には、単原子層程度またはそれ以下
の状態に形成されている。実際に、DCパワーを60
W、アルゴンガス圧を18Paの条件としてスパッタリ
ングを行ったところ、領域303aで露呈しているa−
Si膜303上のニッケルの濃度は、6×1013ato
ms/cm2程度(TRIXRF測定値)とであった。
The sputtered nickel 305 is
In FIG. 4A, a thin film is shown for the sake of clarity, but in reality, it is formed in a state of about a monoatomic layer or less. Actually, the DC power is 60
When sputtering was performed under the conditions of W and an argon gas pressure of 18 Pa, a-exposed in the region 303a was observed.
The concentration of nickel on the Si film 303 is 6 × 10 13 ato.
It was about ms / cm 2 (measured by TRIXRF).

【0186】次に、図4(b)に示すように、ニッケル
が低濃度にスパッタされた状態で、不活性ガス雰囲気
下、例えば、窒素ガス雰囲気下で、加熱温度を530〜
600℃、例えば、580℃として、11時間にわたっ
てアニールする。
Next, as shown in FIG. 4B, in a state where nickel is sputtered to a low concentration, under an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere, the heating temperature is set to 530 to 530.
Anneal for 11 hours at 600 ° C., for example 580 ° C.

【0187】この際、ニッケルがa−Si膜303の表
面上に添加された領域303aでは、微量のニッケル3
05を核として結晶化が起こり、ニッケルを核として結
晶成長した領域303aが形成される。そして、引き続
いて、領域303aの周辺領域において、図3及び図4
(b)のそれぞれにおいて矢印306で示すように、領
域303aから横方向(基板に平行な方向)に結晶が成
長して、横方向に結晶が成長した領域303bがマスク
304の下部に該当する部分に形成される。
At this time, in the region 303a where nickel is added on the surface of the a-Si film 303, a small amount of nickel 3
Crystallization occurs with 05 as a nucleus, and a region 303a in which crystal is grown with nickel as a nucleus is formed. Then, subsequently, in the peripheral area of the area 303a, as shown in FIG.
In each of (b), as indicated by an arrow 306, a crystal grows laterally (parallel to the substrate) from the region 303a, and the region 303b where the crystal grows in the lateral direction corresponds to a lower portion of the mask 304. Is formed.

【0188】領域303a及び303b以外の領域は、
そのまま非晶質ケイ素膜領域として残ることとなるが、
実際には、このように横方向に結晶成長した結晶性ケイ
素膜の領域303bは、隣接する他の領域303aより
成長した結晶性ケイ素膜の領域303bとぶつかり合っ
て結晶成長が終了し、両方向から結晶成長した結晶性ケ
イ素膜同士がぶつかり合った部分に結晶境界303eが
形成される。
Areas other than the areas 303a and 303b are
Although it will remain as an amorphous silicon film region as it is,
In practice, the region 303b of the crystalline silicon film that has grown in the lateral direction as described above collides with the region 303b of the crystalline silicon film that has grown from the adjacent other region 303a, and the crystal growth ends, and the crystal growth ends in both directions. A crystal boundary 303e is formed in a portion where the crystal-grown crystalline silicon films collide with each other.

【0189】この場合、マスク304上に存在するニッ
ケルは、マスク304によってマスクされるために下層
のa−Si膜303には到達せず、領域303aに導入
されたニッケルのみにより、a−Si膜303の結晶化
が進行する。このような横方向に結晶成長した結晶性ケ
イ素膜の領域303b中のニッケル濃度は、5×10 17
〜1×1018atoms/cm3程度であり、直接ニッ
ケルが添加されて結晶成長した領域303a中のニッケ
ル濃度は、1×1019atoms/cm3程度であっ
た。また、上記の結晶成長に際し、矢印306で示され
る基板と平行な方向の結晶成長された長さは、周辺部分
が全て非晶質領域であり、横方向の結晶成長のぶつかり
合いが生じない場合には、130μm程度であった。
In this case, the niches existing on the mask 304 are
Kell is masked by the mask 304,
Is not introduced into the a-Si film 303 and is introduced into the region 303a.
Of the a-Si film 303 only by the deposited nickel
Progresses. Crystalline crystals that have grown in such a lateral direction
The nickel concentration in the silicon film region 303b is 5 × 10 5. 17
~ 1 x 1018atoms / cm3The degree is
Nickel in the region 303a in which crystal growth has been added
The concentration is 1 × 1019atoms / cm3To the extent
It was Further, in the above crystal growth, an arrow 306 indicates
The length of crystal growth in the direction parallel to the substrate is
Are all amorphous regions, and the collision of crystal growth in the lateral direction
When there was no match, it was about 130 μm.

【0190】次に、図4(c)に示すように、マスク3
04をエッチング除去した後、レーザー光307を照射
することにより、横方向に結晶成長した領域303bを
再結晶化させ、より高品質な結晶性ケイ素膜とする。
Next, as shown in FIG. 4C, the mask 3
After etching away 04, the laser beam 307 is irradiated to recrystallize the region 303b in which the crystal has grown in the lateral direction to form a higher quality crystalline silicon film.

【0191】このときのレーザー光307として、本実
施例3では、XeClエキシマレーザー(波長308n
m、パルス幅40nsec)を用い、照射時に基板を2
00〜450℃、例えば、400℃に加熱し、エネルギ
ー密度200〜450mJ/cm3、例えば、350m
J/cm3で照射する照射条件とした。また、レーザー
光307のビームサイズは、基板301の表面上で15
0mm×1mmの長尺形状となるようなビームスポット
に成形し、このビームスポットの長尺方向に対して垂直
な方向に0.05mmのステップ幅で順次走査した。こ
れにより、結晶性のケイ素膜303の任意の一点につい
て、計20回のレーザー光307の照射が行われること
になる。このようなレーザー光307が繰り返して照射
されることにより、固相結晶化により得られた結晶性の
ケイ素膜303に残存している結晶欠陥、微小な非晶質
領域等が優先的に溶解し、結晶化領域の良好な結晶性の
みを反映してケイ素膜の全体が再結晶化され、より高品
質な結晶性ケイ素膜となる。
As the laser beam 307 at this time, in the third embodiment, a XeCl excimer laser (wavelength 308n) is used.
m, pulse width 40 nsec.)
Energy density of 200 to 450 mJ / cm 3 , for example, 350 m by heating to 00 to 450 ° C., for example, 400 ° C.
The irradiation conditions were irradiation at J / cm 3 . The beam size of the laser light 307 is 15 on the surface of the substrate 301.
A beam spot having a long shape of 0 mm × 1 mm was formed, and the beam spot was sequentially scanned in a direction perpendicular to the long direction with a step width of 0.05 mm. As a result, an arbitrary point on the crystalline silicon film 303 is irradiated with the laser light 307 a total of 20 times. By repeatedly irradiating the laser light 307 as described above, crystal defects, minute amorphous regions, etc. remaining in the crystalline silicon film 303 obtained by solid-phase crystallization are preferentially dissolved. The entire silicon film is recrystallized by reflecting only the good crystallinity of the crystallized region, resulting in a higher quality crystalline silicon film.

【0192】次に、図4(d)に示すように、横方向に
結晶成長させた結晶性ケイ素膜の領域303bを用い
て、不要な部分のケイ素膜を除去することにより素子間
分離を行い、後にN型TFTの活性領域となる結晶性ケ
イ素膜308n及び後にP型TFTの活性領域となる結
晶性ケイ素膜308pを形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, element isolation is performed by removing an unnecessary portion of the silicon film by using the region 303b of the crystalline silicon film in which the crystal is grown in the lateral direction. Then, a crystalline silicon film 308n to be an active region of the N-type TFT later and a crystalline silicon film 308p to be an active region of the P-type TFT later are formed.

【0193】次に、図4(e)に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜308n及び308p上をそれぞ
れ覆うように、20〜150nmの膜厚、例えば、10
0nmの膜厚にゲート絶縁膜である酸化ケイ素膜309
を成膜する。この酸化ケイ素膜309の形成には、本実
施例3では、TEOS(Tetra EthoxyOr
tho Silicate)を原料として、酸素共存下
に基板温度を150〜600℃、好ましくは、300〜
450℃に加温して、RFプラズマCVD法により分解
・堆積した。続いて、スパッタリング法によって、酸化
ケイ素膜309上に高融点メタルを堆積し、これをパタ
ーニングして、結晶性ケイ素膜303上の所定部分に位
置するゲート電極310n、310pを形成する。ゲー
ト電極310n、310pを形成するために用いられる
高融点メタルとしては、タンタル(Ta)、タングステ
ン(W)が望ましい。本実施例3では、タングステンを
用い、厚さが300〜600nm、例えば、450nm
になるようにゲート電極310n、310pを形成し
た。
Next, as shown in FIG. 4E, a film thickness of 20 to 150 nm, for example, 10 nm, is formed so as to cover the crystalline silicon films 308n and 308p to be the active regions, respectively.
Silicon oxide film 309 as a gate insulating film having a film thickness of 0 nm
To form a film. To form the silicon oxide film 309, in the third embodiment, TEOS (Tetra EthoxyOr) is used.
The substrate temperature is 150 to 600 ° C., preferably 300 to 600 ° C., in the presence of oxygen.
It was heated to 450 ° C. and decomposed and deposited by the RF plasma CVD method. Subsequently, a refractory metal is deposited on the silicon oxide film 309 by a sputtering method, and this is patterned to form gate electrodes 310n and 310p located at predetermined portions on the crystalline silicon film 303. Tantalum (Ta) and tungsten (W) are desirable as the refractory metal used to form the gate electrodes 310n and 310p. In the third embodiment, tungsten is used and has a thickness of 300 to 600 nm, for example, 450 nm.
The gate electrodes 310n and 310p are formed so that

【0194】続いて、イオンドーピング法を用いて、リ
ン(P)312を注入する。この場合、ゲート電極31
0n、310pがマスクとなり、ゲート電極310n、
310pの下の部分の結晶性ケイ素膜308n及び30
8p中には、リン312は注入されない。本実施例3で
は、リン312をドーピングするためのドーピングガス
としてフォスフィン(PH3)を用い、ドーピング条件
としては、加速電圧を60〜90kV、例えば、80k
Vとし、ドーズ量を1×1012〜1×1014cm-2、例
えば、2×1013cm-2とした。
Subsequently, phosphorus (P) 312 is implanted by using the ion doping method. In this case, the gate electrode 31
0n and 310p serve as masks, and gate electrodes 310n and 310n
310p and crystalline silicon films 308n and 30 underneath
Phosphorus 312 is not injected during 8p. In the third embodiment, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas for doping phosphorus 312, and the doping condition is an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example, 80 kV.
V and the dose amount was 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 , for example, 2 × 10 13 cm −2 .

【0195】この工程により、島状のケイ素膜308
n、308pにおいて、ゲート電極310n、310p
に覆われていない領域は低濃度のリン312が注入され
た領域314n、314pとなり、ゲート電極310
n、310pにそれぞれマスクされ不純物312が注入
されない領域313n、313pは、後の工程を経てT
FTのチャネル領域となる。
By this step, the island-shaped silicon film 308 is formed.
n and 308p, gate electrodes 310n and 310p
The regions not covered with the regions become the regions 314n and 314p into which the low-concentration phosphorus 312 is implanted, and
The regions 313n and 313p, which are respectively masked by the n and 310p and into which the impurity 312 is not implanted, are formed in the T
It becomes the channel region of FT.

【0196】次に、図5(a)に示すように、フォトリ
ソグラフィ工程により、結晶性ケイ素膜308n、30
8p上のゲート電極310n、310p上をそれぞれ一
回り覆うフォトレジストを設け、P型の不純物が注入さ
れないための選択ドーピング用のマスク316とする。
Next, as shown in FIG. 5A, a crystalline silicon film 308n, 30n is formed by a photolithography process.
Photoresists are provided to cover the gate electrodes 310n and 310p on the 8p once, respectively, and serve as a mask 316 for selective doping so that P-type impurities are not implanted.

【0197】そして、この状態で、イオンドーピング法
によって、レジストマスク316をマスクとして、活性
領域にさらに不純物(リン)320を注入する。このと
きのドーピングは、ゲート絶縁膜309越しに行う、所
謂スルードーピングを適用した。本実施例3では、リン
320をドーピングするためのドーピングガスとして、
フォスフィン(PH3)を用い、ドーピング条件として
は、加速電圧を60〜90kV、例えば、80kVと
し、ドーズ量を2×1015〜8×1015cm-2、例え
ば、5×1015cm-2とした。
Then, in this state, an impurity (phosphorus) 320 is further implanted into the active region by ion doping using the resist mask 316 as a mask. As the doping at this time, so-called through doping is applied, which is performed through the gate insulating film 309. In the third embodiment, as a doping gas for doping phosphorus 320,
Using phosphine (PH 3 ), the accelerating voltage is 60 to 90 kV, for example, 80 kV, and the dose amount is 2 × 10 15 to 8 × 10 15 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2. And

【0198】この工程により、Nチャネル型TFTにお
けるN型の不純物領域318nが形成される。Pチャネ
ル型TFTにおいては、そのソース・ドレイン領域とな
る領域が、この段階では、リンがドーピングされている
ことによりN型の不純物領域となっている。また、ゲー
ト電極310n、310p及びレジストマスク316に
よってマスクされた領域には、リン320が注入されな
い。Nチャネル型TFTにおいては、ゲート電極310
nの外側のレジストマスク316に覆われた領域314
nは、後の工程により、TFTの低濃度不純物(LD
D)領域となる。
By this step, the N-type impurity region 318n in the N-channel TFT is formed. In the P-channel TFT, the regions serving as the source / drain regions are N-type impurity regions at this stage because they are doped with phosphorus. Further, phosphorus 320 is not implanted into the regions masked by the gate electrodes 310n and 310p and the resist mask 316. In the N-channel TFT, the gate electrode 310
region 314 covered by resist mask 316 outside n
n is a low concentration impurity (LD
D) area.

【0199】次に、リンを選択的にドーピングするため
のマスクとして用いたフォトレジスト316を除去した
後、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程
により、N型TFTとなる結晶性ケイ素膜308n上の
ゲート絶縁膜309及びゲート電極310n上を覆うフ
ォトレジスト319を設け、P型の不純物が注入されな
いための選択ドーピング用のマスクとする。
Next, after removing the photoresist 316 used as a mask for selectively doping phosphorus, as shown in FIG. 5B, a crystalline silicon to be an N-type TFT is formed by a photolithography process. A photoresist 319 is provided to cover the gate insulating film 309 on the film 308n and the gate electrode 310n to serve as a mask for selective doping so that P-type impurities are not implanted.

【0200】このマスク319は、図3に示すように、
N型TFTの活性領域308nの一部が露出するように
設けられる。P型TFTは完全に露出した状態になって
いる。
This mask 319, as shown in FIG.
It is provided so that a part of the active region 308n of the N-type TFT is exposed. The P-type TFT is completely exposed.

【0201】そして、この状態で、イオンドーピング法
によって、P型TFTの全面とN型TFTの一部の領域
にホウ素を注入する。本実施例3では、ホウ素を注入す
るためのドーピングガスとして、ジボラン(B26)を
用い、1×1016〜5×10 16cm-2、例えば、2×1
16cm-2の高ドーズ量にて、40〜80kV、例え
ば、65kVの加速電圧を印加することによりドーピン
グを行った。
Then, in this state, the ion doping method is used.
Depending on the entire surface of the P-type TFT and a part of the N-type TFT
Implant boron. In the third embodiment, boron is implanted.
Diborane (B2H6)
Use 1 x 1016~ 5 x 10 16cm-2, For example, 2 × 1
016cm-2At a high dose of 40-80 kV, for example
For example, by applying an acceleration voltage of 65 kV
I went

【0202】この工程において、P型TFTにおいて
は、ゲート電極310pが設けられていない領域321
には、ホウ素が注入され、所謂カウンタードーピングが
なされる結果、過剰なホウ素により、リンをキャンセル
し特性が反転されて、P型不純物領域321p及び32
1p’となる。したがって、高濃度のリンがドーピング
された領域318pと低濃度のリンがドーピングされた
領域314pでは、ホウ素の注入により共にP型領域に
特性が反転し、高濃度のP型不純物領域となる。この領
域321pがP型TFTのソース・ドレイン領域とな
る。N型TFTでは、レジストマスク319から露出し
ている領域にホウ素がドーピングされ、TFTの外側に
ホウ素がカウンタードーピングされてP型に特性が反転
した領域321nが形成される。このようにして、Nチ
ャネル型TFTとPチャネル型TFTとを、それぞれ同
一基板上に形成することができる。
In this step, in the P-type TFT, the region 321 where the gate electrode 310p is not provided.
As a result of so-called counter-doping being performed, boron is injected into the silicon, and phosphorus is canceled and the characteristics are inverted by the excess boron, so that the P-type impurity regions 321p and 32
1p '. Therefore, in the high-concentration phosphorus-doped region 318p and the low-concentration phosphorus-doped region 314p, the characteristics are both inverted to the P-type region by the implantation of boron, and become the high-concentration P-type impurity region. This region 321p becomes the source / drain region of the P-type TFT. In the N-type TFT, the region exposed from the resist mask 319 is doped with boron, and the region outside the TFT is counter-doped with boron to form a region 321n in which the characteristics are inverted to P-type. In this way, the N-channel TFT and the P-channel TFT can be formed on the same substrate.

【0203】次に、図5(d)に示すように、選択ドー
ピングのためのマスクとして設けられたフォトレジスト
319を除去した後、不活性ガス雰囲気下、例えば、窒
素ガス雰囲気下にて、高速熱アニール処置を施す。この
高速熱アニール処理におけるアニール温度としては、6
00〜750℃の範囲、処理時間は、1秒〜10分、さ
らに、620〜700℃の温度条件として、1〜5分の
処理時間とすることがより望ましい。また、高速熱アニ
ール処理温度までの昇温速度としては、500℃以下の
余熱温度から、少なくとも100℃/分以上、さらに、
200℃/分以上であることがより望ましい。本実施例
3においては、余熱温度400℃から昇温速度200℃
/分で高速熱アニール処理温度650℃まで昇温し、2
分にわたるアニール処理を行った後、400℃まで10
0℃/分で降温した。本実施例3では、このような高速
熱アニール処理を、抵抗性加熱炉を用いて炉内で温度勾
配を持たせ、炉内のアニール位置で基板表面に対して高
温の窒素ガスを吹き付けることにより行った。また、ア
ニール処理温度までの昇降温は、基板を上記の炉内に挿
入する速度を制御することにより行った。
Next, as shown in FIG. 5D, after removing the photoresist 319 provided as a mask for selective doping, high speed etching is performed in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen gas atmosphere. Apply thermal annealing treatment. The annealing temperature in this rapid thermal annealing is 6
The range of 00 to 750 ° C., the processing time is 1 second to 10 minutes, and more preferably the processing time is 1 to 5 minutes under the temperature condition of 620 to 700 ° C. The rate of temperature increase up to the rapid thermal annealing temperature is from the residual heat temperature of 500 ° C. or lower to at least 100 ° C./minute or higher, and
It is more preferable that the temperature is 200 ° C./minute or more. In Example 3, the residual heat temperature of 400 ° C. to the heating rate of 200 ° C.
The rapid thermal annealing treatment temperature is raised to 650 ° C./min, and 2
After annealing for about 10 minutes,
The temperature was lowered at 0 ° C / min. In the third embodiment, such a rapid thermal annealing process is performed by using a resistance heating furnace to provide a temperature gradient in the furnace and blowing a high temperature nitrogen gas onto the substrate surface at the annealing position in the furnace. went. Further, the temperature increase / decrease up to the annealing temperature was performed by controlling the speed of inserting the substrate into the furnace.

【0204】この高速熱アニール工程を行うことによ
り、ソース・ドレイン領域に高濃度にドーピングされて
いるリンと領域321n、321pにそれぞれドーピン
グされているホウ素とによって、チャネル領域313
n、313pに残存しているニッケルがチャネル領域に
隣接するソース・ドレイン領域に図3及び図4(h)に
矢印322でそれぞれ示す方向に移動される。この高速
熱アニール処理では、チャネル領域313n、313p
中のニッケル濃度とゲッタリングシンクとなる高濃度に
リンがドーピングされたソース・ドレイン領域中のニッ
ケル濃度とが熱平衡の偏析状態に達しないため、チャネ
ル領域において、ソース・ドレイン領域と接合する接合
部の近傍のニッケルが集中的にゲッタリングされる。そ
の結果、チャネル領域及びソース・ドレイン領域におい
て、図6に示すようなニッケルの濃度勾配が得られるこ
とになる。
By performing this rapid thermal annealing step, the channel region 313 is formed by the phosphorus heavily doped in the source / drain regions and the boron doped in the regions 321n and 321p.
The nickel remaining in n and 313p is moved to the source / drain regions adjacent to the channel region in the directions indicated by arrows 322 in FIGS. 3 and 4H. In this rapid thermal annealing process, the channel regions 313n, 313p
Since the nickel concentration in the source and the drain concentration in the source / drain region where phosphorus is doped to a high concentration as the gettering sink does not reach the thermal equilibrium segregation state, the junction portion that joins the source / drain region in the channel region Nickel in the vicinity of is gettered intensively. As a result, a nickel concentration gradient as shown in FIG. 6 is obtained in the channel region and the source / drain regions.

【0205】さらに、前述の実施例1に比較して、P型
TFTのソース・ドレイン領域には、リンに加えてホウ
素がカウンタードーピングされており、リンのみがドー
プされた場合に比べてゲッタリング効率が向上されて、
より強力なゲッタリングシンクとして作用する。この結
果、加熱処置が終了した後のP型TFTのチャネル領域
におけるソース・ドレイン領域との接合部近傍に残存す
るニッケル濃度は、SIMSでの測定下限以下である、
1×1016atoms/cm3以下にまで低減された。
また、この領域で残留しているニッケルは、シリサイド
状態ではなく、格子間ニッケルとして固溶した状態で存
在している。
Further, as compared with the above-described first embodiment, the source / drain regions of the P-type TFT are counter-doped with boron in addition to phosphorus, and gettering compared to the case where only phosphorus is doped. Efficiency is improved,
Acts as a stronger gettering sink. As a result, the concentration of nickel remaining in the vicinity of the junction with the source / drain region in the channel region of the P-type TFT after completion of the heat treatment is equal to or lower than the lower limit of measurement by SIMS,
It was reduced to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
Further, the nickel remaining in this region is not in a silicide state but exists in a solid solution state as interstitial nickel.

【0206】また、この高速熱アニール工程では、ソー
ス・ドレイン領域及びLDD領域の活性化が同時になさ
れ、この加熱処理が終了した後に得られたN型不純物領
域のシート抵抗値は、0.4〜0.8kΩ/□であり、
P型不純物領域のシート抵抗値は、1〜1.5kΩ/□
であった。さらに、上記の加熱処理によって、ゲート絶
縁膜の焼成処理が同時に行われ、酸化ケイ素膜自身のバ
ルク特性及び結晶性ケイ素膜と酸化ケイ素膜との界面特
性の向上を図ることができる。
In this rapid thermal annealing process, the source / drain regions and the LDD regions are activated at the same time, and the sheet resistance value of the N-type impurity region obtained after this heat treatment is 0.4 to 0.8 kΩ / □,
The sheet resistance value of the P-type impurity region is 1 to 1.5 kΩ / □
Met. Further, by the above heat treatment, baking treatment of the gate insulating film is performed at the same time, so that bulk characteristics of the silicon oxide film itself and interface characteristics between the crystalline silicon film and the silicon oxide film can be improved.

【0207】次に、図5(d)に示すように、層間絶縁
膜324として、900nmの膜厚の酸化ケイ素膜をプ
ラズマCVD法を用いて形成する。そして、層間絶縁膜
324のそれぞれのTFTの結晶性ケイ素膜上のソース
領域及びドレイン領域に該当する部分に、それぞれコン
タクトホールを形成する。層間絶縁膜324に形成され
た各コンタクトホールには、金属材料、例えば、窒化チ
タンとアルミニウムとの二層膜によって、TFTのソー
ス・ドレイン領域に電気的に接続される電極・配線32
5を形成する。その後、1気圧の水素雰囲気下、350
℃の温度条件として、1時間にわたるアニールを行うこ
とにより、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTと
が完成する。さらに、必要に応じて、N型及びP型のT
FTのゲート電極上にもコンタクトホールを設け、配線
を接続するようにすることも可能である。また、N型及
びP型のTFTを保護するために、TFT上に窒化ケイ
素膜等からなる保護膜を設けてもよい。
Next, as shown in FIG. 5D, a silicon oxide film having a film thickness of 900 nm is formed as an interlayer insulating film 324 by the plasma CVD method. Then, contact holes are formed in portions of the interlayer insulating film 324 corresponding to the source region and the drain region on the crystalline silicon film of each TFT. An electrode / wiring 32 electrically connected to the source / drain region of the TFT is formed in each contact hole formed in the interlayer insulating film 324 by a metal material, for example, a two-layer film of titanium nitride and aluminum.
5 is formed. Then, under a hydrogen atmosphere of 1 atm, 350
The N-channel TFT and the P-channel TFT are completed by annealing for 1 hour under the temperature condition of ° C. Furthermore, if necessary, N-type and P-type T
It is also possible to provide a contact hole on the gate electrode of the FT and connect the wiring. Further, in order to protect the N-type and P-type TFTs, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on the TFTs.

【0208】以上説明した工程を経て製造されるCMO
S構造回路において、それぞれのTFTの電界効果移動
度は、N型TFTで250〜300cm2/Vs、P型
TFTで120〜150cm2/Vsという高い値が得
られ、また、閾値電圧は、N型TFTで1V程度、P型
TFTで−1.5V程度と非常に良好な特性が得られ
た。しかも、従来法により製造されるTFTにおいて頻
繁に発生するTFTのオフ動作時のリーク電流の異常な
増大が全くなく、リーク電流自体が、単位W当たり1p
A以下と、非常に低い値を安定して示した。この値は、
触媒元素を用いずに作製した従来のTFTと比較しても
全く差がないものであり、製造歩留まりを大きく向上す
ることができた。
CMO manufactured through the steps described above
In S configuration circuit, the field effect mobility of each TFT, 250~300cm 2 / Vs in the N-type TFT, the high value of 120~150cm 2 / Vs in the P-type TFT obtained, the threshold voltage, N Very good characteristics of about 1 V for the p-type TFT and about -1.5 V for the p-type TFT were obtained. Moreover, there is no abnormal increase in the leak current during the OFF operation of the TFT, which frequently occurs in the TFT manufactured by the conventional method, and the leak current itself is 1 p per unit W.
A very low value of A or less was stably shown. This value is
There was no difference in comparison with the conventional TFT manufactured without using a catalytic element, and the manufacturing yield could be greatly improved.

【0209】さらに、本実施例3のTFTは、繰り返し
測定、バイアス、温度ストレスによる耐久性試験を行っ
ても特性劣化がほとんどみられず、従来の方法により製
造されたTFTに比較しても非常に信頼性が高く、安定
した回路特性を示した。
Further, the TFT of the present Example 3 showed almost no deterioration in characteristics even after repeated measurements, durability tests by bias and temperature stress, and it was very much compared with the TFT manufactured by the conventional method. The circuit characteristics are highly reliable and stable.

【0210】以上、本発明に基づく3つの実施例につい
て具体的に説明したが、本発明は、上記3つの実施例に
限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく
各種の変形が可能である。
Although the three embodiments based on the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above three embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is possible.

【0211】例えば、上記の3つの実施例においては、
ニッケルをゲッタリングする際の加熱処理として、基板
の外形と概略相似形状の内周を有する炉心管を用いる方
法を示したが、通常の形状を有する抵抗性加熱炉(ファ
ーネス炉)を用いても同様の処理を行うことは可能であ
る。また、その他の枚葉式等のRTAライクなアニール
方法を用いることもできる。また、高速熱アニール処理
により加熱処理を行う場合には、ハロゲンランプ、UV
ランプ、アークランプ等のランプ加熱方式を用いても同
様の処理を行うことができる。
For example, in the above three embodiments,
As a heat treatment for gettering nickel, a method of using a furnace core tube having an inner circumference of a shape substantially similar to the outer shape of the substrate was shown, but a resistive heating furnace (furnace furnace) having a normal shape is also used. It is possible to perform similar processing. Also, other RTA-like annealing methods such as a single wafer method can be used. When heat treatment is performed by rapid thermal annealing, a halogen lamp, UV
The same treatment can be performed by using a lamp heating method such as a lamp or an arc lamp.

【0212】また、ニッケルを導入する方法としては、
非晶質ケイ素膜の表面にニッケル塩を溶解した溶液を塗
布する方法を用いたが、非晶質ケイ素膜を成膜する前
に、下地膜の表面にニッケルを導入し、非晶質ケイ素膜
の下層側からニッケルを拡散させて結晶成長を行うよう
にしてもよい。すなわち、結晶成長は、非晶質ケイ素膜
の上面側から行ってももよく、下面側から行ってもよ
い。
As a method of introducing nickel,
The method of applying a solution of nickel salt on the surface of the amorphous silicon film was used. Before the amorphous silicon film was formed, nickel was introduced to the surface of the base film to form the amorphous silicon film. The crystal may be grown by diffusing nickel from the lower layer side. That is, crystal growth may be performed from the upper surface side or the lower surface side of the amorphous silicon film.

【0213】また、ニッケルの導入方法として、上記実
施例の方法の他、種々の方法を用いることができる。例
えば、ニッケル塩を溶解させる溶媒として、SOG(ス
ピンオングラス)材料を用い、SiO2膜より拡散させ
る方法がある。また、上記の実施例3に示したスパッタ
リング法の他、蒸着法、メッキ法により薄膜形成する方
法、イオンドーピング法により直接導入する方法等を利
用することができる。
As the method of introducing nickel, various methods can be used in addition to the method of the above embodiment. For example, there is a method of using an SOG (spin on glass) material as a solvent for dissolving a nickel salt and diffusing it from a SiO 2 film. In addition to the sputtering method described in the third embodiment, a method of forming a thin film by a vapor deposition method, a plating method, a method of directly introducing it by an ion doping method, or the like can be used.

【0214】さらに、結晶化を助長する触媒元素として
は、ニッケルの他、コバルト、鉄、パラジウム、白金、
銅、金等を用いても同様の効果を得ることができる。
Further, as a catalyst element for promoting crystallization, in addition to nickel, cobalt, iron, palladium, platinum,
The same effect can be obtained by using copper, gold, or the like.

【0215】また、ニッケル導入によるゲッタリング効
果を得るために、5族B元素であるリンの他、窒素、ヒ
素、アンチモン、ビスマスを利用することができる。ま
た、上記の実施例2では、アルゴンをドーピングして用
いたが、アルゴンに代えて、クリプトファン、キセノン
等を用いても同様の効果を得ることができる。
Further, in order to obtain a gettering effect due to the introduction of nickel, nitrogen, arsenic, antimony, or bismuth can be used in addition to phosphorus which is a Group 5 B element. In addition, in the above-described Example 2, argon was used for doping. However, similar effects can be obtained by using cryptophane, xenon or the like instead of argon.

【0216】また、上記の実施例では、ニッケルにより
結晶化された結晶性のケイ素膜の結晶性をさらに向上す
る方法として、パルスレーザーであるエキシマレーザー
光の照射による加熱方法を用いたが、例えば、連続発振
Arレーザー照射等の他のレーザー光を照射しても同様
の処理が可能である。
Further, in the above embodiment, a heating method by irradiation of excimer laser light which is a pulse laser is used as a method for further improving the crystallinity of the crystalline silicon film crystallized by nickel. The same processing can be performed by irradiating other laser light such as continuous wave Ar laser irradiation.

【0217】また、本発明の半導体装置が適用される装
置としては、液晶表示用のアクティブマトリクス型基板
の他、例えば、密着型イメージセンサー、ドライバー内
蔵型のサーマルヘッド、有機EL等を発光素子としたド
ライバー内蔵型の光書き込み素子または表示素子、三次
元IC等に適用しても、これらの素子を高速、高解像度
化等の高性能化が実現される。
As a device to which the semiconductor device of the present invention is applied, in addition to an active matrix type substrate for liquid crystal display, for example, a contact type image sensor, a driver built-in thermal head, an organic EL or the like is used as a light emitting element. Even when applied to a driver-incorporated optical writing element or display element, a three-dimensional IC, or the like, these elements can achieve high performance such as high speed and high resolution.

【0218】さらに、本発明は、上記の実施例で説明し
たMOS型トランジスタに限定されず、結晶性半導体を
素材としたバイポーラトランジスタ、静電誘導トランジ
スタ等、幅広く半導体プロセスの全般に応用することが
できる。
Furthermore, the present invention is not limited to the MOS type transistors described in the above embodiments, but can be widely applied to a wide range of semiconductor processes such as bipolar transistors and electrostatic induction transistors made of crystalline semiconductor. it can.

【0219】[0219]

【発明の効果】本発明の半導体装置及びその製造方法
は、能動領域に含まれる触媒元素を高濃度不純物領域に
移動させる第2の加熱処理が、能動領域に含まれる触媒
元素の濃度と高濃度不純物領域に含まれる触媒元素の濃
度とが、少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達しないよ
うに行われる。このようにして得られた半導体装置は、
リーク電流の異常な増大等の特性ばらつきが少ない安定
した高性能半導体装置となる。
According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, the second heat treatment for moving the catalytic element contained in the active region to the high-concentration impurity region includes the concentration and the high concentration of the catalytic element contained in the active region. The concentration of the catalyst element contained in the impurity region is set so as not to reach the segregated state of the thermal equilibrium state. The semiconductor device thus obtained is
A stable, high-performance semiconductor device with few characteristic variations such as an abnormal increase in leak current is provided.

【0220】また、本発明によって集積度の高い高性能
半導体装置を簡便な製造プロセスにて製造することがで
き、製造工程において良品率を向上することができ、低
コスト化を図ることができる。特に、液晶表示装置に本
発明の半導体装置を適用すると、アクティブマトリクス
基板に要求される画素スイッチングTFTのスイッチン
グ特性の向上、周辺駆動回路部を構成するTFTに要求
される高性能化・高集積化を満足し、同一基板上にアク
ティブマトリクス部と周辺駆動回路部を構成するドライ
バモノシリック型アクティブマトリクス基板を実現で
き、モジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化
を図ることができる。
Further, according to the present invention, a high-performance semiconductor device having a high degree of integration can be manufactured by a simple manufacturing process, the non-defective rate can be improved in the manufacturing process, and the cost can be reduced. In particular, when the semiconductor device of the present invention is applied to a liquid crystal display device, the switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate are improved, and the high performance and high integration required for the TFT configuring the peripheral drive circuit section are achieved. And a driver monolithic active matrix substrate that constitutes an active matrix portion and a peripheral drive circuit portion on the same substrate can be realized, and the module can be made compact, high performance, and cost can be reduced.

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

【図1】(a)〜(g)は、それぞれ、本発明の実施例
1の半導体装置の製造方法を工程毎に説明する断面図で
ある。
1A to 1G are cross-sectional views each illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(h)は、それぞれ、本発明の実施例
2の半導体装置の製造方法を工程毎に説明する断面図で
ある。
FIGS. 2A to 2H are cross-sectional views each illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の半導体装置を示す平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(e)は、それぞれ、本発明の実施例
3の半導体装置の製造方法を工程毎に説明する断面図で
ある。
4A to 4E are cross-sectional views each illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, step by step.

【図5】(a)〜(d)は、それぞれ、本発明の実施例
3の半導体装置の製造方法を工程毎に説明する断面図で
ある。
5A to 5D are cross-sectional views each illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】図6(A)は、本発明の半導体装置のチャネル
領域からドレイン領域にわたる触媒元素の濃度勾配を示
しており、図6(B)は、本発明の半導体装置の平面図
を示している。
6A shows a concentration gradient of a catalytic element from a channel region to a drain region of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 6B shows a plan view of the semiconductor device of the present invention. ing.

【図7】図7(A)は、本発明の半導体装置の製造方法
により実際に作製したP型TFTの特性曲線を示すグラ
フであり、図7(B)は、素子領域の全体にわたって均
一な濃度で触媒元素を含む従来法により作製されたP型
TFTの特性曲線を示すグラフである。
7A is a graph showing a characteristic curve of a P-type TFT actually manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG. 7B is a graph showing a uniform characteristic over the entire element region. It is a graph which shows the characteristic curve of the P-type TFT produced by the conventional method which contains a catalytic element in concentration.

【図8】(a)は、本発明における第2の加熱処理を行
うための熱処理装置を示す概略図、(b)は、その要部
の平面図、(c)は、その動作説明図、(d)は、従来
の熱処理装置の要部の平面図である。
8A is a schematic view showing a heat treatment apparatus for performing a second heat treatment in the present invention, FIG. 8B is a plan view of a main part thereof, and FIG. 8C is an operation explanatory view thereof. (D) is a plan view of a main part of a conventional heat treatment apparatus.

【図9】(a)〜(c)は、それぞれ、N型TFTにお
けるチャネル領域からドレイン領域にかかる領域におけ
るバンド図を示している。
9A to 9C show band diagrams in a region extending from a channel region to a drain region in an N-type TFT, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301 ガラス基板 102、202、302 下地膜 103、203、303 a−Si膜 103’、203’ 結晶性ケイ素膜 304 マスク 105、205、305 ニッケル 306 結晶成長方向 107、207、307 レーザー光 108、208、308 結晶性ケイ素膜 109、209、309 酸化ケイ素膜 110、210、310 ゲート電極 211 酸化物層 112、312 リン(低濃度) 113、213、313 チャネル領域 114、314 LDD領域 215 オフセット領域 116、316 ドーピングマスク 117、217、317 リン(高濃度) 118、218、318 ソース・ドレイン領域 219 アルゴン 320 ホウ素 321 P型TFTのソース・ドレイン領域 122、222、322 ニッケルのゲッタリング方向 223 レーザー光 124、224、324 層間絶縁膜 125、225、325 電極・配線 126、226、326 Nチャネル型TFT 327 Pチャネル型TFT 101, 201, 301 glass substrate 102, 202, 302 Base film 103, 203, 303 a-Si film 103 ', 203' crystalline silicon film 304 mask 105, 205, 305 Nickel 306 Crystal growth direction 107, 207, 307 Laser light 108, 208, 308 crystalline silicon film 109, 209, 309 Silicon oxide film 110, 210, 310 Gate electrode 211 oxide layer 112, 312 Phosphorus (low concentration) 113, 213, 313 Channel region 114, 314 LDD region 215 Offset area 116, 316 doping mask 117, 217, 317 phosphorus (high concentration) 118, 218, 318 Source / drain regions 219 Argon 320 Boron Source / drain region of 321 P-type TFT 122, 222, 322 Nickel gettering direction 223 laser light 124, 224, 324 Interlayer insulating film 125,225,325 electrode / wiring 126, 226, 326 N-channel TFT 327 P-channel TFT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA25 JA28 JA46 KA04 KA10 MA08 MA22 MA27 MA29 MA30 NA21 NA25 5F052 AA11 AA17 BA07 CA02 DA02 EA16 FA06 FA19 HA06 JA01 5F110 AA01 AA06 AA28 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 EE01 EE03 EE04 EE34 EE44 FF02 FF29 FF30 FF32 GG02 GG13 GG25 GG35 GG45 HJ01 HJ02 HJ04 HJ12 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 HM15 NN03 NN04 NN23 NN24 NN35 PP01 PP03 PP04 PP05 PP06 PP29 PP34 PP35 PP36 QQ08 QQ23 QQ28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2H092 JA25 JA28 JA46 KA04 KA10                       MA08 MA22 MA27 MA29 MA30                       NA21 NA25                 5F052 AA11 AA17 BA07 CA02 DA02                       EA16 FA06 FA19 HA06 JA01                 5F110 AA01 AA06 AA28 BB02 BB04                       BB10 BB11 CC02 DD02 DD13                       EE01 EE03 EE04 EE34 EE44                       FF02 FF29 FF30 FF32 GG02                       GG13 GG25 GG35 GG45 HJ01                       HJ02 HJ04 HJ12 HL01 HL03                       HL07 HL11 HM14 HM15 NN03                       NN04 NN23 NN24 NN35 PP01                       PP03 PP04 PP05 PP06 PP29                       PP34 PP35 PP36 QQ08 QQ23                       QQ28

Claims (39)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性を有する基板上に、結晶性を有す
るケイ素膜が活性領域として形成された半導体装置であ
って、 該活性領域は、能動領域と高濃度不純物領域とを有し、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒
元素を含んでおり、該触媒元素の濃度は、該活性領域の
端部の近傍部分で低くなるよう構成されている半導体装
置。
1. A semiconductor device in which a crystalline silicon film is formed as an active region on an insulating substrate, the active region having an active region and a high-concentration impurity region, A semiconductor device in which the active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and the concentration of the catalytic element is low in the vicinity of the end of the active region.
【請求項2】 前記能動領域に含まれる触媒元素の濃度
は、能動領域の中央部から端部にかけて連続的に低くな
っていくように構成されている、請求項1に記載の半導
体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the catalytic element contained in the active region is configured to continuously decrease from the central portion to the end portion of the active region.
【請求項3】 絶縁性を有する基板上に、結晶性を有す
るケイ素膜が活性領域として形成された半導体装置であ
って、 該活性領域は、能動領域と高濃度不純物領域とを有し、 該活性領域は、非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒
元素を含んでおり、該触媒元素は、該活性領域の端部の
近傍では、シリサイド状態として析出することなく、固
溶した状態になっていることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device in which a crystalline silicon film is formed as an active region on an insulating substrate, the active region having an active region and a high-concentration impurity region, The active region contains a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, and the catalytic element does not precipitate as a silicide state in the vicinity of the end portion of the active region and becomes a solid solution state. A semiconductor device characterized by
【請求項4】 前記能動領域内において、触媒元素がシ
リサイド状態として析出することなく、固溶した状態に
なっている領域の長さは、該能動領域の端部から2μm
以上である、請求項3に記載の半導体装置。
4. The length of a region in which the catalytic element is in a solid solution state without being deposited as a silicide state in the active region is 2 μm from the end of the active region.
The semiconductor device according to claim 3, which is the above.
【請求項5】 前記高濃度不純物領域内に含まれる触媒
元素の濃度の平均値は、前記能動領域内に含まれる触媒
元素の濃度の平均値よりも高くなっている、請求項1〜
4のいずれかに記載の半導体装置。
5. The average value of the concentration of the catalyst element contained in the high-concentration impurity region is higher than the average value of the concentration of the catalyst element contained in the active region.
4. The semiconductor device according to any one of 4 above.
【請求項6】 前記高濃度不純物領域内に含まれる前記
触媒元素は、高濃度に不純物を含む結晶性ケイ素膜中に
シリサイドとして析出することなく、固溶した状態にな
っている、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装
置。
6. The catalyst element contained in the high-concentration impurity region is in a solid solution state without being deposited as silicide in a crystalline silicon film containing a high concentration of impurities. 6. The semiconductor device according to any one of 5 to 5.
【請求項7】 前記能動領域と前記高濃度不純物領域と
の間に、低濃度不純物領域が形成されている、請求項1
〜6のいずれかに記載の半導体装置。
7. The low concentration impurity region is formed between the active region and the high concentration impurity region.
7. The semiconductor device according to any one of to 6.
【請求項8】 前記能動領域と前記高濃度不純物領域と
の間に、該能動領域と同程度の濃度の不純物を含むオフ
セット領域が形成されている、請求項1〜6のいずれか
に記載の半導体装置。
8. The offset region according to claim 1, wherein an offset region containing an impurity having a similar concentration to that of the active region is formed between the active region and the high concentration impurity region. Semiconductor device.
【請求項9】 前記能動領域の端部近傍に含まれる触媒
元素の濃度は、該能動領域の中央部付近に含まれる触媒
元素の濃度の1/10以下になっている、請求項1〜8
のいずれかに記載の半導体装置。
9. The concentration of the catalytic element contained near the end of the active region is 1/10 or less of the concentration of the catalytic element contained near the center of the active region.
The semiconductor device according to any one of 1.
【請求項10】 前記能動領域の端部近傍に含まれる触
媒元素の濃度は、1×1015〜1×1017atoms/
cm3の範囲内である、請求項1〜9のいずれかに記載
の半導体装置。
10. The concentration of the catalytic element contained in the vicinity of the end of the active region is 1 × 10 15 to 1 × 10 17 atoms /
The semiconductor device according to claim 1, which is within a range of cm 3 .
【請求項11】 前記触媒元素は、Ni、Co、Fe、
Pd、Pt、Cu、Auから選択された一種または複数
種類である、請求項1〜10のいずれかに記載の半導体
装置。
11. The catalyst element is Ni, Co, Fe,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is one kind or a plurality of kinds selected from Pd, Pt, Cu, and Au.
【請求項12】 前記触媒元素として、少なくともNi
が含まれている、請求項11に記載の半導体装置。
12. The catalyst element is at least Ni.
The semiconductor device according to claim 11, wherein the semiconductor device is included.
【請求項13】 前記高濃度不純物領域には、P、A
s、Sbから選択された一種または複数種類の5族B元
素を含んでいる、請求項1〜10のいずれかに記載の半
導体装置。
13. The high-concentration impurity region has P, A
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, which contains one or more kinds of Group 5 B elements selected from s and Sb.
【請求項14】 前記高濃度不純物領域には、少なくと
もPを含んでいる、請求項13に記載の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the high-concentration impurity region contains at least P.
【請求項15】 前記高濃度不純物領域には、5族B元
素に加えて3族B元素をさらに含有する、請求項13ま
たは14に記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 13, wherein the high-concentration impurity region further contains a Group 3 B element in addition to a Group 5 B element.
【請求項16】 前記高濃度不純物領域には、5族Bか
ら選択された元素としてPを含み、3族Bから選択され
た元素としてBを含んでいる、請求項15に記載の半導
体装置。
16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the high-concentration impurity region contains P as an element selected from Group 5 B and B as an element selected from Group 3 B.
【請求項17】 前記高濃度不純物領域には、希ガス元
素から選択された元素として、Ar、Kr、Xeの一種
または複数種類を含んでいる、請求項1〜10のいずれ
かに記載の半導体装置。
17. The semiconductor according to claim 1, wherein the high-concentration impurity region contains one or more kinds of Ar, Kr, and Xe as an element selected from rare gas elements. apparatus.
【請求項18】 前記高濃度不純物領域には、前記希ガ
ス類から選ばれた元素として、少なくともArを含んで
いる、請求項17に記載の半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the high-concentration impurity region contains at least Ar as an element selected from the rare gases.
【請求項19】 絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ
素膜を形成し、該非晶質ケイ素膜上に非晶質ケイ素膜の
結晶化を促進する触媒元素を導入する触媒元素導入工程
と、 該非晶質ケイ素膜を結晶化するための第1の加熱処理を
行って、該非晶質ケイ素膜を結晶性のケイ素膜に結晶化
する結晶化工程と、 該結晶性のケイ素膜の一部の領域に選択的に5族Bから
選択された元素を導入し、高濃度不純物領域を形成する
不純物導入工程と、 該結晶性のケイ素膜に含まれる該触媒元素を該5族B元
素が導入された領域に移動させるための第2の加熱処理
を行って、該結晶性のケイ素膜の5族B元素が導入され
ていない能動領域となる領域に含まれる触媒元素を該高
濃度不純物領域に移動させる移動工程と、 を包含し、 該移動工程の第2の加熱処理は、該能動領域に含まれる
触媒元素の濃度と該高濃度不純物領域中に含まれる触媒
元素の濃度とが、少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達
しないように行われることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
19. A catalyst element introducing step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and introducing a catalyst element which promotes crystallization of the amorphous silicon film on the amorphous silicon film, A crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film into a crystalline silicon film by performing a first heat treatment for crystallizing the amorphous silicon film, and a part of the crystalline silicon film. An impurity introducing step of selectively introducing an element selected from Group 5B into the region to form a high-concentration impurity region, and introducing the catalyst element contained in the crystalline silicon film into the Group 5B element. A second heat treatment for moving the active region to a high-concentration impurity region by moving the catalytic element contained in the active region of the crystalline silicon film into which the group 5 B element is not introduced. And a second heat treatment of the moving step. A semiconductor device characterized in that the concentration of the catalytic element contained in the active region and the concentration of the catalytic element contained in the high-concentration impurity region are at least prevented from reaching a segregated state in a thermal equilibrium state. Method.
【請求項20】 絶縁表面を有する基板上に非晶質ケイ
素膜を形成し、該非晶質ケイ素膜の一部の領域に非晶質
ケイ素膜の結晶化を促進する触媒元素を導入する触媒元
素導入工程と、 該非晶質ケイ素膜を結晶化するための第1の加熱処理を
行って、該触媒元素が導入された一部の領域からその周
囲の領域へと、該基板表面に対して平行な方向である横
方向に該非晶質ケイ素膜を結晶性のケイ素膜に結晶化す
る結晶化工程と、 該横方向に結晶成長させた領域の結晶性のケイ素膜のみ
からなる結晶性のケイ素膜の領域を形成する領域形成工
程と、 該結晶性のケイ素膜の一部の領域に選択的に5族Bから
選択された元素を導入し、高濃度不純物領域を形成する
不純物導入工程と、 該結晶性のケイ素膜に含まれる該触媒元素を該5族B元
素が導入された領域に移動させるための第2の加熱処理
を行って、該5族B元素が導入されず能動領域となる領
域に含まれる触媒元素を該高濃度不純物領域に移動させ
る移動工程と、 を包含し、 該移動工程の第2の加熱処理は、該能動領域に含まれる
触媒元素の濃度と該高濃度不純物領域中に含まれる触媒
元素の濃度とが、少なくとも熱平衡状態の偏析状態に達
しないように行われることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
20. A catalytic element for forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface and introducing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film into a part of the amorphous silicon film. Introducing step and first heat treatment for crystallizing the amorphous silicon film are performed so as to be parallel to the substrate surface from a part of the region into which the catalytic element is introduced to the surrounding region. Crystallization step of crystallizing the amorphous silicon film into a crystalline silicon film in the horizontal direction, which is a horizontal direction, and a crystalline silicon film consisting only of the crystalline silicon film in the laterally grown region. A region forming step of forming a region of the crystalline silicon film, and an impurity introducing process of forming a high concentration impurity region by selectively introducing an element selected from Group 5B into a partial region of the crystalline silicon film, The Group 5 B element is introduced into the crystalline silicon film as the catalytic element. And a second heat treatment for moving the catalyst element contained in the region which becomes the active region without introducing the group 5 B element to the high-concentration impurity region. However, the second heat treatment of the transfer step is performed so that the concentration of the catalytic element contained in the active region and the concentration of the catalytic element contained in the high-concentration impurity region do not reach at least a segregated state in a thermal equilibrium state. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項21】 前記不純物導入工程を行う際、あるい
はその前後において、 前記高濃度不純物領域と該能動領域との間に、高濃度不
純物領域よりも低濃度に5族Bから選ばれた元素が導入
された領域を形成する工程をさらに含む、請求項19ま
たは20に記載の半導体装置の製造方法。
21. An element selected from Group 5B at a concentration lower than that of the high-concentration impurity region is provided between the high-concentration impurity region and the active region before or after performing the impurity introduction step. 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the step of forming the introduced region.
【請求項22】 前記不純物導入工程を行う際、あるい
はその前後において、 前記高濃度不純物領域と該能動領域との間に、5族元素
が導入されないオフセット領域を形成する工程をさらに
含む、請求項19または20に記載の半導体装置の製造
方法。
22. The method further comprising a step of forming an offset region into which the Group 5 element is not introduced between the high concentration impurity region and the active region, before or after performing the impurity introducing process. 21. The method for manufacturing a semiconductor device according to 19 or 20.
【請求項23】 前記移動工程の第2の加熱処理は、加
熱温度400℃〜550℃の温度範囲内で、30分から
2時間にわたる処理時間にて行う、請求項19〜22の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
23. The second heat treatment of the moving step is performed within a temperature range of a heating temperature of 400 ° C. to 550 ° C. for a treatment time of 30 minutes to 2 hours. Of manufacturing a semiconductor device of.
【請求項24】 前記移動工程の第2の加熱処理は、前
記基板が第2の加熱処理を行うための加熱処理温度に達
するまで、少なくとも5℃/分以上の昇温速度で昇温
し、第2の加熱処理が終了した後、少なくとも5℃/分
を以上の降温速度で降温する、請求項23に記載の半導
体装置の製造方法。
24. In the second heat treatment of the moving step, the substrate is heated at a heating rate of at least 5 ° C./minute or more until the substrate reaches a heat treatment temperature for performing the second heat treatment, The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein after the second heat treatment is completed, the temperature is decreased at least at 5 ° C./minute at a temperature decrease rate of the above.
【請求項25】 前記移動工程の第2の加熱処理は、前
記絶縁基板の平面形状に対して概略相似形の断面形状を
有する炉心管の中に、該絶縁基板の基板面を該炉心管方
向に向け、該炉心管の内周側面と該基板との距離が最小
となるような配置となっているファーネス炉を用いて行
う、請求項23または24に記載の半導体装置の製造方
法。
25. In the second heat treatment of the moving step, the substrate surface of the insulating substrate is oriented in the core tube direction in a core tube having a cross-sectional shape substantially similar to the planar shape of the insulating substrate. 25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein a furnace is arranged so that the distance between the inner peripheral side surface of the furnace core tube and the substrate is minimized.
【請求項26】 前記基板の平面形状は矩形状になって
おり、前記ファーネス炉の炉心管の断面形状は、該基板
の平面形状に対応して一回り大きな概略相似形となる矩
形状に形成されている、請求項25に記載の半導体装置
の製造方法。
26. The planar shape of the substrate is rectangular, and the cross-sectional shape of the furnace core tube of the furnace is formed in a rectangular shape that is one size larger and substantially similar to the planar shape of the substrate. 26. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein:
【請求項27】 前記移動工程の第2の加熱処理は、6
00〜750℃の温度範囲内で、1秒〜10分にわたる
処理時間とする高速熱アニール処理により行われる、請
求項19〜22のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
27. The second heat treatment of the moving step comprises
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein the rapid thermal annealing treatment is performed within a temperature range of 00 to 750 [deg.] C. for a treatment time of 1 second to 10 minutes.
【請求項28】 前記高速熱アニール処理は、500℃
以下の余熱温度から、高速熱アニール処理を行うアニー
ル温度まで、100℃/分以上の昇温速度で昇温させ
る、請求項27に記載の半導体装置の製造方法。
28. The rapid thermal annealing process is performed at 500.degree.
28. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 27, wherein the temperature is raised at a heating rate of 100 [deg.] C./minute or more from the following residual heat temperature to the annealing temperature for performing the rapid thermal annealing process.
【請求項29】 前記高速熱アニール処理は、タングス
テン−ハロゲンランプ、キセノンアークランプ、UVラ
ンプ等を用いたランプ照射、または、前記基板表面への
高温ガス吹き付けによる加熱処理を用いて行う、請求項
27または28に記載の半導体装置の製造方法。
29. The rapid thermal annealing treatment is performed by lamp irradiation using a tungsten-halogen lamp, xenon arc lamp, UV lamp, or the like, or a heating treatment by blowing a high temperature gas onto the substrate surface. 29. A method of manufacturing a semiconductor device according to 27 or 28.
【請求項30】 前記不純物導入工程を行う際、あるい
はその前後において、 前記高濃度不純物領域の少なくとも一部に、3族Bから
選ばれた元素を導入する工程をさらに含む、請求項19
〜22のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
30. The method further comprising the step of introducing an element selected from Group 3 B into at least a part of the high-concentration impurity region before or after performing the impurity introducing step.
23. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 22 to 22.
【請求項31】 前記不純物導入工程を行う際、あるい
は、その前後において、 前記高濃度不純物領域の少なくとも一部に、希ガス類か
ら選択された元素を導入する工程をさらに含む、請求項
19〜22のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
31. The method according to claim 19, further comprising a step of introducing an element selected from rare gases into at least a part of the high-concentration impurity region when performing the impurity introducing step or before or after the impurity introducing step. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
【請求項32】 前記5族Bから選択された元素は、
P、As、Sbから選択された一種または複数種類のも
のである、請求項19〜22のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。
32. The element selected from Group 5 B is
23. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 19, which is one or more kinds selected from P, As, and Sb.
【請求項33】 前記5族Bから選択された元素とし
て、少なくともPを含んでいる、請求項32に記載の半
導体装置の製造方法。
33. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 32, wherein at least P is contained as an element selected from Group 5 B.
【請求項34】 前記5族Bから選択された元素として
P、3族Bから選択された元素としてBを用いる、請求
項30に記載の半導体装置の製造方法。
34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 30, wherein P is used as an element selected from Group 5 B and B is used as an element selected from Group 3 B.
【請求項35】 前記希ガス類から選択された元素は、
Ar、Kr、Xeから選択された一種または複数種類の
ものを含む、請求項31に記載の半導体装置の製造方
法。
35. The element selected from the rare gases is
32. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 31, including one or more kinds selected from Ar, Kr, and Xe.
【請求項36】 前記希ガス類から選択された元素とし
て、少なくともArを含んでいる、請求項35に記載の
半導体装置の製造方法。
36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the element selected from the rare gases contains at least Ar.
【請求項37】 前記触媒元素は、Ni、Co、Fe、
Pd、Pt、Cu、Auから選択された一種または複数
種類のものである、請求項19〜36のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
37. The catalyst element is Ni, Co, Fe,
37. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 19, which is one or more kinds selected from Pd, Pt, Cu, and Au.
【請求項38】 前記触媒元素として、少なくともNi
を含んでいる、請求項37に記載の半導体装置の製造方
法。
38. At least Ni as the catalyst element
38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 37, comprising:
【請求項39】 前記結晶化工程と行った後、前記結晶
性のケイ素膜にレーザー光を照射して、その結晶性を高
める工程をさらに含む、請求項19〜22のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。
39. The semiconductor according to claim 19, further comprising a step of irradiating the crystalline silicon film with laser light to enhance its crystallinity after performing the crystallization step. Device manufacturing method.
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