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JP3105396B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3105396B2
JP3105396B2 JP06131412A JP13141294A JP3105396B2 JP 3105396 B2 JP3105396 B2 JP 3105396B2 JP 06131412 A JP06131412 A JP 06131412A JP 13141294 A JP13141294 A JP 13141294A JP 3105396 B2 JP3105396 B2 JP 3105396B2
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amorphous silicon
forming
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silicon film
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は結晶性を有する半導体、
特に薄膜状シリコン半導体とそれを用いた半導体装置及
びそれらの作製方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor having crystallinity,
In particular, the present invention relates to a thin film silicon semiconductor, a semiconductor device using the same, and a method for manufacturing them.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜デバイスとして用いられる薄膜トラ
ンジスタは、大きく分けて、プレーナー型とスタガー型
の2つに分けられる。このうち、スタガー型の薄膜トラ
ンジスタ(TFT)を作製は以下のようになされる。ま
ず、ソース/ドレイン領域となるN型もしくはP型アモ
ルファスシリコン領域41を形成する。(図4(A))
2. Description of the Related Art Thin film transistors used as thin film devices are broadly classified into two types: a planar type and a stagger type. Among them, a staggered thin film transistor (TFT) is manufactured as follows. First, an N-type or P-type amorphous silicon region 41 serving as a source / drain region is formed. (FIG. 4 (A))

【0003】それから、チャネル形成領域となる真性ア
モルファスシリコン層42をプラズマCVD法や減圧C
VD法、光CVD法、スパッタリング法等の手段によっ
て成膜する。真性アモルファスシリコン層42の厚さ
は、良好な結晶を得るために、1000Å以上、好まし
くは、1500Å以上とされた。(図4(B))
Then, the intrinsic amorphous silicon layer 42 serving as a channel formation region is formed by a plasma CVD method or a low pressure C
The film is formed by means such as a VD method, a photo CVD method, and a sputtering method. The thickness of the intrinsic amorphous silicon layer 42 is set to 1000 ° or more, preferably 1500 ° or more in order to obtain good crystals. (FIG. 4 (B))

【0004】そして、固相成長法(熱アニール法)をお
こない、結晶性シリコン膜43を得る。固相成長法の条
件としては、600〜750℃で24〜72時間が一般
的であった。(図4(C)) その後、ゲート絶縁膜44をスパッタリング法やプラズ
マCVD法等によって数千Åの膜厚に成膜し、さらに、
結晶性シリコン膜43とゲート絶縁膜44をエッチング
し,ソース/ドレイン領域41にコンタクトホールを開
ける。(図4(D))
Then, a crystalline silicon film 43 is obtained by performing a solid phase growth method (thermal annealing method). The conditions for the solid phase growth method were generally at 600 to 750 ° C. for 24 to 72 hours. (FIG. 4C) Thereafter, a gate insulating film 44 is formed to a thickness of several thousand Å by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.
The crystalline silicon film 43 and the gate insulating film 44 are etched to make contact holes in the source / drain regions 41. (FIG. 4 (D))

【0005】その後、スパッタ法等で金属電極45a、
45b、45cを形成する。ここで45a、45cはソ
ース/ドレイン電極、45bはゲート電極である。この
ようにしてTFTを作製する。(図4(D))
After that, the metal electrodes 45a,
45b and 45c are formed. Here, 45a and 45c are source / drain electrodes, and 45b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (FIG. 4 (D))

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来、上記の工程にお
いて、固相成長法は、最低でも600℃の温度で12時
間以上の長時間にわたる熱アニールが必要であるため、
高価な石英基板を使わなければならずコストが高くなる
という問題があった。しかも、高温で熱アニールを行う
ため、ソース/ドレイン領域となるN型もしくはP型ア
モルファスシリコン領域から、n+ あるいはp+ がチャ
ネル中に拡散するという問題があった。また、結晶化す
る際、結晶成長の方向がランダムであるため、チャネル
形成領域となる結晶性シリコン半導体薄膜の結晶方向が
ばらばらになり、TFTの特性が悪くなるといった問題
があった。
Conventionally, in the above-described process, the solid phase growth method requires a long-time thermal annealing at a temperature of at least 600 ° C. for 12 hours or more.
There was a problem that an expensive quartz substrate had to be used and the cost was high. In addition, since thermal annealing is performed at a high temperature, there is a problem that n + or p + diffuses into a channel from an N-type or P-type amorphous silicon region serving as a source / drain region. In addition, during crystallization, the crystal growth direction is random, so that the crystalline direction of the crystalline silicon semiconductor thin film serving as a channel formation region is varied, which causes a problem that TFT characteristics are deteriorated.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、アモルファス
シリコン膜にニッケル等のアモルファスシリコンの結晶
化を促進せしめる触媒元素を含有する層を添加すること
で、通常のアモルファスシリコンの結晶化温度よりも低
い温度で、かつ、短時間の熱アニールで結晶性シリコン
半導体薄膜が得られることを利用して、上記の課題を解
決するものである。本発明人は、アモルファスシリコン
膜に微量のニッケルを添加することにより、結晶化が促
進されることを見出した。この結晶化は、アモルファス
シリコンとニッケルが容易に化合して、ニッケルシリサ
イドが形成され、これが、隣接するアモルファスシリコ
ンと以下のような反応を起こすことによって進行するも
のと推測される。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a crystallization temperature of normal amorphous silicon is increased by adding a layer containing a catalytic element such as nickel to promote crystallization of amorphous silicon to an amorphous silicon film. The object of the present invention is to solve the above-mentioned problem by utilizing the fact that a crystalline silicon semiconductor thin film can be obtained by thermal annealing at a low temperature for a short time. The present inventors have found that crystallization is promoted by adding a small amount of nickel to an amorphous silicon film. It is presumed that the crystallization easily proceeds by the amorphous silicon and nickel being easily combined to form nickel silicide, which reacts with the adjacent amorphous silicon as follows.

【0008】アモルファスシリコン(シリコンA)+ニ
ッケルシリサイド(シリコンB)→ニッケルシリサイド
(シリコンA)+結晶性シリコン(シリコンB) (シリコンA、シリコンBはシリコンの位置を示す) この反応式は、ニッケルがアモルファスシリコンを結晶
性シリコンに造り変えながら進行してゆくことを示して
いる。実際には、580℃以下で反応が開始され、45
0℃でも反応が観測されることが明らかになっている。
また、この反応の結果、シリコン中には1×1016/c
3 以上のニッケルが残存した。
Amorphous silicon (silicon A) + nickel silicide (silicon B) → nickel silicide (silicon A) + crystalline silicon (silicon B) (silicon A and silicon B indicate the position of silicon) Shows that the process proceeds while converting amorphous silicon into crystalline silicon. Actually, the reaction starts below 580 ° C.
It is clear that the reaction is observed even at 0 ° C.
As a result of this reaction, 1 × 10 16 / c is contained in silicon.
m 3 or more of nickel remained.

【0009】また、このことは、結晶化が一方向に進行
することをも意味し、すなわち、結晶化の方向を制御で
きることをも意味している。特にニッケルの移動が横方
向におこる場合は、結晶化は横方向に進行する(これ
を、ニッケル添加低温結晶化プロセスの横成長プロセス
という)。このようなアモルファスシリコンの結晶化を
促進せしめる元素としては、ニッケル(Ni)の他に、
8族元素である鉄(Fe)、コバルト(Co)、ルテニ
ウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(P
d)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金
(Pt)、また3d元素であるスカンジウム(Sc)、
バナジウム(V)、マンガン(Mn)、銅(Cu)、亜
鉛(Zn)、さらに、金(Au)、銀(Ag)も利用で
きる。本発明は上記のようなアモルファスシリコンの結
晶化を促進せしめる元素(以下、触媒元素という)の添
加による結晶化の特色を利用することにより、従来の方
法で問題であった、熱アニール温度の低下と結晶化方向
の制御を同時におこなうものである。
[0009] This also means that crystallization proceeds in one direction, that is, that the direction of crystallization can be controlled. In particular, when the movement of nickel occurs in the lateral direction, the crystallization proceeds in the lateral direction (this is called a lateral growth process of a nickel-added low-temperature crystallization process). Elements that promote the crystallization of amorphous silicon include nickel (Ni),
Group 8 elements iron (Fe), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (P
d), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), and 3d element scandium (Sc);
Vanadium (V), manganese (Mn), copper (Cu), zinc (Zn), gold (Au), and silver (Ag) can also be used. The present invention utilizes the characteristic of crystallization by the addition of an element that promotes the crystallization of amorphous silicon (hereinafter referred to as a catalyst element) as described above to reduce the thermal annealing temperature, which is a problem in the conventional method. And control of the crystallization direction at the same time.

【0010】本発明においては、チャネル形成領域とな
る結晶性シリコン半導体薄膜の結晶方向をそろえるため
に、ソース/ドレイン領域となるアモルファスシリコン
領域の下もしくは上に、触媒元素もしくは触媒元素化合
物の層(触媒元素含有層)を設け、触媒元素がソース/
ドレインからチャネルの方向に進行することにより、結
晶化をソース/ドレインからチャネルの方向におこなう
ことを利用するものである。TFTの電流はソースから
ドレイン(もしくはその逆)の方向に流れるものである
ので、上記のような方向に結晶化することはTFTの特
性を向上せしめる上で効果がある。
In the present invention, in order to align the crystallographic direction of the crystalline silicon semiconductor thin film serving as a channel forming region, a layer of a catalytic element or a catalytic element compound (below or above an amorphous silicon region serving as a source / drain region). A catalyst element-containing layer), and the catalyst element contains a source /
The crystallization is performed in the direction from the source / drain to the channel by proceeding from the drain to the channel. Since the current of the TFT flows from the source to the drain (or vice versa), crystallization in the above-described direction is effective in improving the characteristics of the TFT.

【0011】また、一般的にチャネル形成領域の厚さは
薄いほど良好な特性が得られることが分かっていたが、
従来の固相成長法においては、良好な結晶性シリコン膜
を得るには、界面による影響を少なくする必要から、シ
リコン膜の厚さを少なくとも、1000Å以上、好まし
くは、1500Å以上とする必要があり、薄膜トランジ
スタの特性を制限する要因となっていた。しかしなが
ら、上記のように触媒元素を添加すると、300〜10
00Åという薄いアモルファスシリコン膜も結晶化する
ことが明らかになった。そのため、触媒元素添加によ
り、薄膜トランジスタのチャネル形成領域の厚さを薄く
することができ、よって、特性の向上を図ることができ
る。
In general, it has been found that the thinner the channel forming region, the better the characteristics can be obtained.
In the conventional solid-phase growth method, in order to obtain a good crystalline silicon film, it is necessary to reduce the influence of the interface, so that the thickness of the silicon film needs to be at least 1000 ° or more, preferably 1500 ° or more. This has been a factor limiting the characteristics of the thin film transistor. However, when the catalyst element is added as described above, 300 to 10
It has been found that a thin amorphous silicon film as thin as 00 ° also crystallizes. Therefore, by adding a catalytic element, the thickness of the channel formation region of the thin film transistor can be reduced, so that characteristics can be improved.

【0012】本発明の第1は、以下の工程を経ることに
よって、上記の目的を達する。まず、基板上に触媒元素
もしくは触媒元素化合物層(触媒元素含有層)を形成す
る。触媒元素含有層の下に、適当な金属材料の被膜を形
成してもよい。このような被膜は後にソース/ドレイン
の導電性を向上させる上で効果がある。この際に用いる
べき金属材料としては、後の熱アニール工程でシリコン
と反応しない、耐熱性に優れたものが望ましく、例え
ば、タングステン(W)、モリブテン(Mo)、チタン
(Ti)、クロム(Cr)等が望ましい。(工程1−
1) 触媒元素含有層を形成したのちに、不純物が添加された
N型もしくはP型アモルファスシリコンを化学気相成長
法によって数百〜数千Åの膜厚で成膜する。または、ア
モルファスシリコン膜をスパッタリング法やプラズマC
VD法等によって成膜し、その後、イオンドーピング法
によって不純物を添加することによって、N型もしくは
P型アモルファスシリコンとしてもよい。(工程1−
2)
In the first aspect of the present invention, the above object is achieved through the following steps. First, a catalytic element or catalytic element compound layer (catalytic element-containing layer) is formed on a substrate. Under the catalytic element-containing layer, a coating of an appropriate metal material may be formed. Such a coating is effective in improving the source / drain conductivity later. As the metal material to be used at this time, a material that does not react with silicon in a subsequent thermal annealing step and has excellent heat resistance is desirable. For example, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr) ) Is desirable. (Step 1-
1) After forming the catalyst element-containing layer, N-type or P-type amorphous silicon to which impurities are added is formed to a thickness of several hundreds to several thousand に よ っ て by a chemical vapor deposition method. Alternatively, an amorphous silicon film is formed by sputtering or plasma C.
N-type or P-type amorphous silicon may be formed by forming a film by a VD method or the like and then adding an impurity by an ion doping method. (Step 1-
2)

【0013】この状態においてパターニング、アモルフ
ァスシリコン膜と触媒元素層をエッチングし、ソース/
ドレイン領域となるN型もしくはP型アモルファスシリ
コン領域を形成せしめる。N型もしくはP型アモルファ
スシリコン領域の下には触媒元素含有層があり、その形
状はソース/ドレイン領域と実質的に同じである。ま
た、工程1−1において、触媒元素含有層の下に、適当
な金属材料の被膜を形成した場合には、この被膜も同時
にエッチングし、その形状をソース/ドレイン領域と実
質的に同じものとする。(工程1−3) つぎにチャネル形成領域となる真性アモルファスシリコ
ン層をプラズマCVD法やLPCVD法によって500
〜1000Åに成膜する。(工程1−4)
In this state, patterning, etching of the amorphous silicon film and the catalytic element layer are performed,
An N-type or P-type amorphous silicon region serving as a drain region is formed. Below the N-type or P-type amorphous silicon region is a catalytic element-containing layer, whose shape is substantially the same as that of the source / drain regions. In the case where a film of an appropriate metal material is formed under the catalytic element-containing layer in step 1-1, the film is also etched at the same time, and the shape is substantially the same as that of the source / drain regions. I do. (Step 1-3) Next, an intrinsic amorphous silicon layer serving as a channel formation region is formed by plasma CVD or LPCVD to a thickness of 500 nm.
A film is formed to a thickness of about 1000 °. (Step 1-4)

【0014】そして、400〜580℃、好ましくは、
450〜550℃で熱アニールをおこなう。この工程に
よって、触媒元素含有層からニッケルが真性アモルファ
スシリコン層およびソース/ドレイン領域に拡散し、結
晶化する。特に、真性アモルファスシリコン層におい
て、ソース/ドレイン領域に挟まれたところ(この部分
は後でTFTのチャネルとなる)では、ソース/ドレイ
ンの電流の向きに結晶化が進行する。このようにして、
チャネル領域およびソース/ドレイン領域の結晶化をお
こなう。(工程1−5)
And, at 400-580 ° C., preferably
Thermal annealing is performed at 450 to 550 ° C. By this step, nickel diffuses from the catalytic element-containing layer into the intrinsic amorphous silicon layer and the source / drain regions and crystallizes. In particular, in the intrinsic amorphous silicon layer, where it is sandwiched between the source / drain regions (this portion will later become a channel of the TFT), crystallization proceeds in the direction of the source / drain current. In this way,
The crystallization of the channel region and the source / drain region is performed. (Step 1-5)

【0015】上記工程1−1において、触媒元素含有層
を形成するには、触媒元素を含有した溶液を塗布したの
ち、乾燥させる方法(例えば、スピンコーティング法や
ディッピング法)や、触媒元素もしくは触媒元素化合物
をスパッタリング法によって成膜する方法、あるいは、
ガス状の有機ニッケルを熱・光やプラズマによって分解
・堆積させる方法(気相成長法)を用いればよい。いず
れの方法も、層の厚さは必要とする触媒元素の量によっ
て決定すればよい。一般に、シリコン膜中において、許
容されるニッケルの濃度は1×1019原子/cm3 以下
であるので、触媒元素もしくは触媒元素化合物層の厚さ
は、極めて薄いものとなる。したがって、実際には膜状
とはならない場合もある。
In the above step 1-1, in order to form a catalyst element-containing layer, a method of applying a solution containing the catalyst element and then drying it (for example, a spin coating method or a dipping method), A method of forming a film of an elemental compound by a sputtering method, or
A method of decomposing and depositing gaseous organic nickel by heat, light, or plasma (gas phase growth method) may be used. In any method, the thickness of the layer may be determined according to the required amount of the catalytic element. In general, the allowable concentration of nickel in a silicon film is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, so that the thickness of the catalyst element or the catalyst element compound layer is extremely small. Therefore, it may not actually be in the form of a film.

【0016】触媒元素もしくは触媒元素化合物層をスパ
ッタリング法によって堆積する場合には、スパッタリン
グターゲットの素材としては、触媒元素単体以外に、触
媒元素シリサイドを用いてもよい。触媒元素もしくは触
媒元素化合物層を形成する方法のうち、溶液の塗布・乾
燥による方法に関しては、溶液として水溶液、有機溶媒
溶液等を用いればよい。ここで含有とは、化合物として
含ませるという意味と、単に分散させることにより含ま
せるという意味との両方を含む。
When the catalyst element or the catalyst element compound layer is deposited by a sputtering method, a catalyst element silicide may be used as a material of the sputtering target in addition to the catalyst element alone. Among the methods for forming the catalyst element or the catalyst element compound layer, with respect to the method of applying and drying a solution, an aqueous solution, an organic solvent solution, or the like may be used as the solution. Here, “containing” includes both the meaning of being included as a compound and the meaning of being included simply by being dispersed.

【0017】溶媒としては、極性溶媒である水、アルコ
ール、酸、アンモニアから選ばれたものを用いる場合、
溶質となる触媒元素化合物としては、代表的には臭化
物、酢酸塩、蓚酸塩、炭酸塩、沃化塩、硝酸塩、硫酸
塩、蟻酸塩、触媒元素のアセチルアセトネート化合物、
4─シクロヘキシル酪酸塩、酸化物、水酸化物、から選
ばれたものが用いられる。
When the solvent used is selected from polar solvents such as water, alcohol, acid and ammonia,
As the catalyst element compound to be a solute, typically, bromide, acetate, oxalate, carbonate, iodide, nitrate, sulfate, formate, acetylacetonate compound of the catalyst element,
Those selected from 4-cyclohexyl butyrate, oxides and hydroxides are used.

【0018】また、無極性溶媒であるベンゼン、トルエ
ン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテルか
ら選ばれたものが用いる場合は、触媒元素化合物として
は代表的には、触媒元素のアセチルアセトネート、2─
エチルヘキサン酸塩から選ばれたものをものを用いるこ
とができる。もちろん、その他の溶媒・溶質を用いても
よい。
When a non-polar solvent selected from benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform and ether is used, the catalyst element compound is typically acetylacetonate, a catalyst element. 2─
Those selected from ethylhexanoates can be used. Of course, other solvents and solutes may be used.

【0019】また触媒元素を含有させた溶液に界面活性
剤を添加することも有用である。これは、被塗布面に対
する密着性を高め吸着性を制御するためである。この界
面活性剤は予め被塗布面上に塗布するのでもよい。
It is also useful to add a surfactant to the solution containing the catalyst element. This is to increase the adhesion to the surface to be coated and control the adsorption. This surfactant may be applied in advance on the surface to be coated.

【0020】以上述べたのは、触媒元素が完全に溶解し
た溶液を用いる例であるが、触媒元素が完全に溶解して
いなくとも、触媒元素単体あるいは触媒元素の化合物か
らなる粉末が分散媒中に均一に分散したエマルジョンの
如き材料を用いてもよい。溶液に含ませる触媒元素の量
は、その溶液の種類にも依存するが、概略の傾向として
は触媒元素量として溶液に対して200ppm〜1pp
m、好ましくは50ppm〜1ppm(重量換算)とす
ることが望ましい。これは、結晶化終了後における膜中
の触媒元素濃度や耐フッ酸性に鑑みて決められる値であ
る。
The above is an example in which a solution in which the catalytic element is completely dissolved is used. However, even if the catalytic element is not completely dissolved, the powder composed of the catalytic element alone or the compound of the catalytic element is dispersed in the dispersion medium. A material such as an emulsion which is uniformly dispersed in the emulsion may be used. The amount of the catalyst element contained in the solution depends on the type of the solution, but as a general tendency, the amount of the catalyst element is 200 ppm to 1 pp relative to the solution.
m, preferably 50 ppm to 1 ppm (in terms of weight). This is a value determined in view of the concentration of the catalyst element in the film after the crystallization and the resistance to hydrofluoric acid.

【0021】また、上記工程1−5において、熱アニー
ル後、結晶性シリコンの結晶性をより良くするために、
レーザーもしくはそれと同等な強光を照射してもかまわ
ない。このとき用いられるレーザーとしては、各種エキ
シマレーザーのごとき紫外線レーザーや、Nd:YAG
レーザー、Nd:ガラスレーザー、ルビーレーザーのご
とき赤外線。可視光線レーザーがよい。いずれもパルス
レーザーであることが好ましい。さらに、上記工程1−
5において、熱アニールの前にゲート絶縁膜を成膜し、
その後、熱アニールをおこなってもよい。
In the above step 1-5, after thermal annealing, to improve the crystallinity of the crystalline silicon,
A laser or an equivalent strong light may be irradiated. As a laser used at this time, an ultraviolet laser such as various excimer lasers, Nd: YAG
Laser, Nd: infrared rays such as glass laser and ruby laser. Visible light lasers are preferred. Both are preferably pulse lasers. Further, the above step 1-
5, a gate insulating film is formed before thermal annealing;
Thereafter, thermal annealing may be performed.

【0022】本発明の第2は、以下の構成を有する。ま
ず、不純物が添加されたN型もしくはP型アモルファス
シリコンを化学気相成長法によって数百〜数千Åの膜厚
で成膜する。または、アモルファスシリコン膜をスパッ
タリング法やプラズマCVD法等によって成膜し、その
後、イオンドーピング法によって不純物を添加すること
によって、N型もしくはP型アモルファスシリコンとし
てもよい。また、前記N型もしくはP型アモルファスシ
リコン膜の下に、適当な金属材料の被膜を形成してもよ
い。このような被膜は後にソース/ドレインの導電性を
向上させる上で効果がある。この際に用いるべき金属材
料としては、後の熱アニール工程でシリコンと反応しな
い、耐熱性に優れたものが望ましく、例えば、タングス
テン(W)、モリブテン(Mo)、チタン(Ti)、ク
ロム(Cr)等が望ましい。(工程2−1)
The second aspect of the present invention has the following configuration. First, N-type or P-type amorphous silicon to which impurities are added is formed to a thickness of several hundred to several thousand Å by a chemical vapor deposition method. Alternatively, N-type or P-type amorphous silicon may be formed by forming an amorphous silicon film by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like, and then adding an impurity by an ion doping method. Further, a film of an appropriate metal material may be formed under the N-type or P-type amorphous silicon film. Such a coating is effective in improving the source / drain conductivity later. As the metal material to be used at this time, a material that does not react with silicon in a subsequent thermal annealing step and has excellent heat resistance is desirable. For example, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr) ) Is desirable. (Step 2-1)

【0023】その後、触媒元素もしくは触媒元素化合物
層(触媒元素含有層)をN型もしくはP型アモルファス
シリコン膜上に形成する。ここで、触媒元素含有層を形
成するのにスピンコーティング法やディッピング法等を
用いる場合には、溶液溶媒として水の如き極性溶媒を用
いて、直接、アモルファスシリコン膜に塗布すると、溶
液が弾かれてしまい、均一に塗布できない。このような
場合には、100Å以下の薄い酸化膜をまず形成し、そ
の上に触媒元素を含有させた溶液を塗布することで、均
一に溶液を塗布することができる。また、界面活性剤の
如き材料を溶液中に添加する方法により濡れを改善する
方法も有効である。
Thereafter, a catalytic element or catalytic element compound layer (catalytic element-containing layer) is formed on the N-type or P-type amorphous silicon film. Here, when using a spin coating method, a dipping method, or the like to form the catalyst element-containing layer, when a polar solvent such as water is used as a solution solvent and directly applied to the amorphous silicon film, the solution is repelled. It cannot be applied uniformly. In such a case, a thin oxide film having a thickness of 100 ° or less is first formed, and a solution containing a catalyst element is applied thereon, whereby the solution can be applied uniformly. It is also effective to improve the wetting by adding a material such as a surfactant to the solution.

【0024】また、溶液として2─エチルヘキサン酸ニ
ッケルのトルエン溶液の如き無極性溶媒を用いること
で、アモルファスシリコン膜に直接塗布することができ
る。この場合にはレジスト塗布の際に使用されている密
着剤の如き材料を予め塗布すると効果的でよい。しかし
塗布量が多すぎる場合には逆にアモルファスシリコン中
への触媒元素の添加を妨害してしまうために注意が必要
である。(工程2−2)
By using a non-polar solvent such as a toluene solution of nickel 2-ethylhexanoate as a solution, it can be directly applied to an amorphous silicon film. In this case, it is effective to apply a material such as an adhesive used in applying the resist in advance. However, care must be taken when the amount of coating is too large, since this would hinder the addition of the catalytic element into the amorphous silicon. (Step 2-2)

【0025】この状態においてパターニング、アモルフ
ァスシリコン膜と触媒元素層をエッチングし、ソース/
ドレイン領域となるN型もしくはP型アモルファスシリ
コン領域を形成せしめる。N型もしくはP型アモルファ
スシリコン領域の上には触媒元素含有層があり、その形
状はソース/ドレイン領域と実質的に同じである。ま
た、N型もしくはP型アモルファスシリコン領域の下に
金属材料の被膜を形成した場合には、この被膜も同時に
エッチングし、その形状をソース/ドレイン領域と実質
的に同じものとする。(工程2−3) つぎにチャネル形成領域となる真性アモルファスシリコ
ン層をプラズマCVD法やLPCVD法によって500
〜1000Åに成膜する。(工程2−4)
In this state, patterning, etching of the amorphous silicon film and the catalytic element layer are performed,
An N-type or P-type amorphous silicon region serving as a drain region is formed. A catalyst element-containing layer is provided on the N-type or P-type amorphous silicon region, and its shape is substantially the same as that of the source / drain region. In the case where a film of a metal material is formed under the N-type or P-type amorphous silicon region, this film is also etched at the same time to make the shape substantially the same as the source / drain regions. (Step 2-3) Next, an intrinsic amorphous silicon layer serving as a channel formation region is formed by a plasma CVD method or an LPCVD method to a thickness of 500 nm.
A film is formed to a thickness of about 1000 °. (Step 2-4)

【0026】そして、400〜580℃、好ましくは、
450〜550℃で熱アニールをおこなう。この工程に
よって、触媒元素含有層からニッケルが真性アモルファ
スシリコン層およびソース/ドレイン領域に拡散し、結
晶化する。特に、真性アモルファスシリコン層におい
て、ソース/ドレイン領域に挟まれたところ(この部分
は後でTFTのチャネルとなる)では、ソース/ドレイ
ンの電流の向きに結晶化が進行する。このようにして、
チャネル領域およびソース/ドレイン領域の結晶化をお
こなう。この場合も、熱アニールの前にゲート絶縁膜を
成膜し、その後、熱アニールをおこなってもよい。ま
た、熱アニールの後で、レーザーもしくはそれと同等な
強光を照射して、結晶化をより向上させてもよい。(工
程2−5)
And, at 400-580 ° C., preferably,
Thermal annealing is performed at 450 to 550 ° C. By this step, nickel diffuses from the catalytic element-containing layer into the intrinsic amorphous silicon layer and the source / drain regions and crystallizes. In particular, in the intrinsic amorphous silicon layer, where it is sandwiched between the source / drain regions (this portion will later become a channel of the TFT), crystallization proceeds in the direction of the source / drain current. In this way,
The crystallization of the channel region and the source / drain region is performed. Also in this case, a gate insulating film may be formed before thermal annealing, and then thermal annealing may be performed. Further, after the thermal annealing, a laser or a strong light equivalent thereto may be irradiated to further improve the crystallization. (Step 2-5)

【0027】本発明の第3は、以下の構成を有する。ま
ず、不純物が添加されたN型もしくはP型アモルファス
シリコンを化学気相成長法によって数百〜数千Åの膜厚
で成膜する。または、アモルファスシリコン膜をスパッ
タリング法やプラズマCVD法等によって成膜し、その
後、イオンドーピング法によって不純物を添加すること
によって、N型もしくはP型アモルファスシリコンとし
てもよい。また、前記N型もしくはP型アモルファスシ
リコン膜の下に、適当な金属材料の被膜を形成してもよ
い。このような被膜は後にソース/ドレインの導電性を
向上させる上で効果がある。この際に用いるべき金属材
料としては、後の熱アニール工程でシリコンと反応しな
い、耐熱性に優れたものが望ましく、例えば、タングス
テン(W)、モリブテン(Mo)、チタン(Ti)、ク
ロム(Cr)等が望ましい。(工程3−1) この後、前記アモルファスシリコン膜をエッチングし、
ソース/ドレイン領域となるN型もしくはP型アモルフ
ァスシリコン領域を形成せしめる。なお、N型もしくは
P型アモルファスシリコン領域の下に金属材料の被膜を
形成した場合には、この被膜も同時にエッチングし、そ
の形状をソース/ドレイン領域と実質的に同じものとす
る。(工程3−2)
The third aspect of the present invention has the following configuration. First, N-type or P-type amorphous silicon to which impurities are added is formed to a thickness of several hundred to several thousand Å by a chemical vapor deposition method. Alternatively, N-type or P-type amorphous silicon may be formed by forming an amorphous silicon film by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like, and then adding an impurity by an ion doping method. Further, a film of an appropriate metal material may be formed under the N-type or P-type amorphous silicon film. Such a coating is effective in improving the source / drain conductivity later. As the metal material to be used at this time, a material that does not react with silicon in a subsequent thermal annealing step and has excellent heat resistance is desirable. For example, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr) ) Is desirable. (Step 3-1) Thereafter, the amorphous silicon film is etched,
An N-type or P-type amorphous silicon region serving as a source / drain region is formed. When a film of a metal material is formed under the N-type or P-type amorphous silicon region, this film is also etched at the same time to make the shape substantially the same as that of the source / drain regions. (Step 3-2)

【0028】つぎにチャネル形成領域となる真性アモル
ファスシリコン層をプラズマCVD法やLPCVD法に
よって500〜1000Åに成膜する。(工程3−3) さらに、ゲート絶縁膜となる絶縁膜を形成し、これをエ
ッチングし、ソース/ドレイン領域に対してコンタクト
ホールを形成する。(工程3−4) その後、触媒元素もしくは触媒元素化合物層(触媒元素
含有層)を全面に形成するが、ソース/ドレイン領域の
うち上記のコンタクトホールの開けられた部分では、触
媒元素含有層が直接、接することとなる。(工程3−
5)
Next, an intrinsic amorphous silicon layer serving as a channel formation region is formed to a thickness of 500 to 1000 ° by a plasma CVD method or an LPCVD method. (Step 3-3) Further, an insulating film serving as a gate insulating film is formed, and this is etched to form a contact hole for the source / drain region. (Step 3-4) After that, a catalyst element or a catalyst element compound layer (catalyst element-containing layer) is formed on the entire surface. You will be in direct contact. (Step 3-
5)

【0029】そして、400〜580℃、好ましくは、
450〜550℃で熱アニールをおこなう。この工程に
よって、触媒元素含有層から触媒元素が、まず、ソース
/ドレイン領域に拡散し、この領域が結晶化する。次
に、触媒元素は真性アモルファスシリコン層に拡散し、
この部分が結晶化する。本発明の第1および第2と同様
に、真性アモルファスシリコン層において、ソース/ド
レイン領域に挟まれたところ(この部分は後でTFTの
チャネルとなる)では、ソース/ドレインの電流の向き
に結晶化が進行する。このようにして、チャネル領域お
よびソース/ドレイン領域の結晶化をおこなう。この場
合も、熱アニールの後で、レーザーもしくはそれと同等
な強光を照射して、結晶化をより向上させてもよい。
(工程3−6)
Then, at 400 to 580 ° C., preferably,
Thermal annealing is performed at 450 to 550 ° C. By this step, the catalyst element is first diffused from the catalyst element-containing layer into the source / drain regions, and this region is crystallized. Next, the catalyst element diffuses into the intrinsic amorphous silicon layer,
This part crystallizes. As in the first and second embodiments of the present invention, when the intrinsic amorphous silicon layer is sandwiched between the source / drain regions (this portion will later become a channel of the TFT), the crystal is oriented in the direction of the source / drain current. Progress. Thus, crystallization of the channel region and the source / drain regions is performed. Also in this case, crystallization may be further improved by irradiating a laser or an equivalent strong light after the thermal annealing.
(Step 3-6)

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、触媒元素としてニッケルを用
いたもので、スタガー型の薄膜トランジスタ(TFT)
を作製する際、チャネル形成領域となる半導体層を結晶
化させる工程において、ニッケル添加低温結晶化プロセ
スの横成長プロセスを利用した例である。本実施例にお
いては、基板としてコーニング7059ガラスを用い
る。またその大きさは100mm×100mmとする。
[Embodiment 1] This embodiment uses nickel as a catalyst element, and is a staggered thin film transistor (TFT).
This is an example in which a lateral growth process of a nickel-added low-temperature crystallization process is used in a step of crystallizing a semiconductor layer to be a channel formation region when fabricating the semiconductor device. In this embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate. The size is 100 mm × 100 mm.

【0031】まず、ガラス基板1上に数〜数十Åのニッ
ケル含有層を形成する。ニッケルを含有した層を作製す
るには、ニッケルを含有した溶液を塗布したのち、乾燥
させる方法(たとえば、スピンコーティング法やディッ
ピング法)や、ニッケルもしくはニッケル化合物をスパ
ッタリング法によって成膜する方法、あるいは、ガス状
の有機ニッケルを熱・光やプラズマによって分解・堆積
させる方法(気相成長法)によって形成すればよい。こ
こでは、ニッケル層をスパッタリング法によって20Å
の膜厚に成膜する。このときニッケルもしくはニッケル
化合物層の厚さは、極めて薄いため、実際には膜状とは
ならない場合もある。
First, a few to several tens of nickel-containing layer is formed on a glass substrate 1. In order to form a layer containing nickel, a method of applying a solution containing nickel and then drying (for example, a spin coating method or a dipping method), a method of forming a film of nickel or a nickel compound by a sputtering method, or Alternatively, it may be formed by a method of decomposing and depositing gaseous organic nickel by heat, light or plasma (gas phase growth method). Here, a nickel layer is formed by sputtering to a thickness of 20 °.
To a film thickness of At this time, since the thickness of the nickel or nickel compound layer is extremely small, it may not actually be a film.

【0032】その後、不純物が添加されたN型もしくは
P型アモルファスシリコンを化学気相成長法によって数
百Å〜1μmの膜厚で成膜する。ここでは、PH 3 、S
iH4、H2混合ガスによるプラズマCVD法によってN
型アモルファスシリコン膜を3000Åの膜厚に成膜す
る。この状態においてパターニングを行い、アモルファ
スシリコン膜とニッケル層をエッチングし、ソース/ド
レイン領域3となるN型アモルファスシリコン領域を形
成せしめる。N型アモルファスシリコン領域の下にはニ
ッケル領域2がある。(図1(A))
Thereafter, N-type or P-type amorphous silicon to which impurities are added is formed in a thickness of several hundreds of .mu.m to 1 .mu.m by chemical vapor deposition. Here, PH 3 , S
N by plasma CVD using iH 4 and H 2 mixed gas
A type amorphous silicon film is formed to a thickness of 3000 °. In this state, patterning is performed, the amorphous silicon film and the nickel layer are etched, and an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 3 is formed. The nickel region 2 is located below the N-type amorphous silicon region. (Fig. 1 (A))

【0033】つぎにチャネル形成領域となる真性アモル
ファスシリコン層4をプラズマCVD法やLPCVD法
によって300〜1000Åに成膜する。本実施例にお
いてはプラズマCVD法によって500Åの膜厚に成膜
する。この状態において、ソース/ドレイン領域となる
半導体層であるN型アモルファスシリコン領域3は、ア
モルファスシリコン層4に全面を覆われている。(図1
(B))
Next, an intrinsic amorphous silicon layer 4 serving as a channel forming region is formed to a thickness of 300 to 1000 ° by a plasma CVD method or an LPCVD method. In this embodiment, the film is formed to a thickness of 500 ° by the plasma CVD method. In this state, the N-type amorphous silicon region 3 which is a semiconductor layer serving as a source / drain region is entirely covered with the amorphous silicon layer 4. (Figure 1
(B))

【0034】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、4時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層4および
ソース/ドレイン領域3に拡散し、結晶化する。特に、
アモルファスシリコン層4においてソース/ドレイン領
域3に挟まれたところ(この部分は後でTFTのチャネ
ルとなる)では、横方向に結晶化が進行する。このよう
にして結晶性シリコン膜5を得る。
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 4 and the source / drain regions 3 and crystallizes. In particular,
Where the amorphous silicon layer 4 is sandwiched between the source / drain regions 3 (this portion will later become a channel of the TFT), crystallization proceeds in the lateral direction. Thus, the crystalline silicon film 5 is obtained.

【0035】この工程の後、ゲート絶縁膜をスパッタリ
ング法やプラズマCVD法等によって数百〜数千Åの膜
厚に成膜する。本実施例においてはプラズマCVD法に
よって、酸化シリコン膜6を1000Åの厚さに形成す
る。さらにソース/ドレイン領域3にコンタクトホール
を開ける。(図1(C)) その後、スパッタ法でAl膜を7000Å堆積し、エッ
チングを行いAl電極7a、7b、7cを形成する。こ
こで7a、7cはソース/ドレイン電極、7bはゲート
電極である。このようにしてTFTを作製する。(図1
(D))
After this step, a gate insulating film is formed to a thickness of several hundreds to several thousand degrees by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. In this embodiment, a silicon oxide film 6 is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. Further, a contact hole is opened in the source / drain region 3. (FIG. 1 (C)) Thereafter, an Al film is deposited at 7000 ° by a sputtering method and etched to form Al electrodes 7a, 7b and 7c. Here, 7a and 7c are source / drain electrodes, and 7b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (Figure 1
(D))

【0036】〔実施例2〕本実施例は、触媒元素として
ニッケルを用い、実施例1と同様にアモルファスシリコ
ンの結晶化を熱アニールで行った後に、さらに、レーザ
ーアニールを行うことにより、TFTの特性をより向上
せしめる例である。この場合、実施例1に比べて、レー
ザー照射の工程が増えるが、作製したTFTの性能(特
にモビリティー、しきい値電圧、サブスレシュホールド
特性)が改善されるという利点がある。
[Embodiment 2] In this embodiment, nickel is used as a catalyst element, and amorphous silicon is crystallized by thermal annealing in the same manner as in Embodiment 1, and then laser annealing is further performed. This is an example for further improving the characteristics. In this case, although the number of laser irradiation steps is increased as compared with Example 1, there is an advantage that the performance (in particular, mobility, threshold voltage, and sub-threshold characteristics) of the manufactured TFT is improved.

【0037】本実施例においては、実施例1と同様に基
板としてコーニング7059ガラスを用いる。またその
大きさは100mm×100mmとする。まず、ガラス
基板21上に、ニッケル化合物膜をスピンコーティング
法によって20Åの膜厚に成膜する。本実施例において
は、酢酸ニッケル層を形成する。これは以下のように作
製する。まず、酢酸塩溶液中にニッケルを添加した酢酸
塩溶液を作る。ニッケルの濃度は25ppmとする。そ
して、回転させた基板上にこの酢酸塩溶液を基板表面に
2ml滴下し、この状態を5分間保持してこの酢酸ニッ
ケル溶液を均一に基板上に行き渡らせる。その後、基板
の回転数を上げてスピンドライ(2000rpm,60
秒)を行なう。
In the present embodiment, Corning 7059 glass is used as the substrate as in the first embodiment. The size is 100 mm × 100 mm. First, a nickel compound film is formed on a glass substrate 21 to a thickness of 20 ° by a spin coating method. In this embodiment, a nickel acetate layer is formed. This is produced as follows. First, an acetate solution is prepared by adding nickel to the acetate solution. The concentration of nickel is 25 ppm. Then, 2 ml of this acetate solution is dropped on the surface of the rotated substrate, and this state is maintained for 5 minutes to spread the nickel acetate solution uniformly over the substrate. Thereafter, the number of rotations of the substrate is increased and spin dry (2000 rpm, 60
Seconds).

【0038】酢酸塩溶液中におけるニッケル濃度は、1
ppm以上であれば実用になる。このニッケル溶液の塗
布工程を、1回〜複数回行うことにより、スピンドライ
後のアモルファスシリコン膜の表面に20Åの平均の膜
厚を有する酢酸ニッケル層を形成することが出来る。他
のニッケル化合物を用いても同様にできる。その後、不
純物が添加されたN型アモルファスシリコン膜をP
3 、SiH4、H2混合ガスによるプラズマCVD法に
よって2000Åの膜厚に成膜する。
The nickel concentration in the acetate solution is 1
If it is at least ppm, it will be practical. By performing this nickel solution application step once to a plurality of times, a nickel acetate layer having an average thickness of 20 ° can be formed on the surface of the amorphous silicon film after spin drying. The same can be done using other nickel compounds. Then, the N-type amorphous silicon film to which
A film is formed to a thickness of 2000 ° by a plasma CVD method using a mixed gas of H 3 , SiH 4 and H 2 .

【0039】この状態においてパターニング、エッチン
グを行い、アモルファスシリコン膜とニッケル層をエッ
チングし、ソース/ドレイン領域23となるN型アモル
ファスシリコン領域を形成せしめる。N型アモルファス
シリコン領域の下には酢酸ニッケル層からなる領域(ニ
ッケル領域)22がある。(図2(A))
In this state, patterning and etching are performed to etch the amorphous silicon film and the nickel layer, thereby forming an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 23. Below the N-type amorphous silicon region, there is a region (nickel region) 22 made of a nickel acetate layer. (Fig. 2 (A))

【0040】つぎにチャネル形成領域となる真性アモル
ファスシリコン層24をプラズマCVD法によって80
0Åの膜厚に成膜する。この状態において、ソース/ド
レイン領域となる半導体層であるN型アモルファスシリ
コン領域23は、アモルファスシリコン層24に全面を
覆われている。(図2(B))
Next, the intrinsic amorphous silicon layer 24 serving as a channel formation region is formed by plasma CVD.
The film is formed to a thickness of 0 °. In this state, the entire surface of the N-type amorphous silicon region 23 which is a semiconductor layer serving as a source / drain region is covered with the amorphous silicon layer 24. (FIG. 2 (B))

【0041】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、4時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層24およ
びソース/ドレイン領域23に拡散し、結晶化する。特
に、アモルファスシリコン層24においてソース/ドレ
イン領域23に挟まれたところ(この部分は後でTFT
のチャネルとなる)では、横方向に結晶化が進行する。
このようにして結晶性シリコン膜25を得る。
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 24 and the source / drain regions 23 and crystallizes. In particular, a portion sandwiched between the source / drain regions 23 in the amorphous silicon layer 24 (this portion will be
In this case, crystallization proceeds in the lateral direction.
Thus, the crystalline silicon film 25 is obtained.

【0042】その後、レーザーアニールを行うことによ
って、より結晶性のよいシリコン膜25を得ることがで
きる。このとき用いられるレーザーとしては、各種エキ
シマレーザーのごとき紫外線レーザーや、Nd:YAG
レーザー、Nd:ガラスレーザー、ルビーレーザーのご
とき赤外線。可視光線レーザーがよい。いずれもパルス
レーザーであることが好ましい。本実施例では、KrF
エキシマレーザー(波長248nm、パルス幅30ns
ec)を大気中において200〜350mJ/cm2
パワー密度で1〜50ショット、好ましくは1〜10シ
ョット照射し、シリコン層の結晶性を更に向上させる。
(図2(C))
Thereafter, a silicon film 25 having better crystallinity can be obtained by performing laser annealing. As a laser used at this time, an ultraviolet laser such as various excimer lasers, Nd: YAG
Laser, Nd: infrared rays such as glass laser and ruby laser. Visible light lasers are preferred. Both are preferably pulse lasers. In this embodiment, KrF
Excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 30 ns
ec) is irradiated in the air at a power density of 200 to 350 mJ / cm 2 for 1 to 50 shots, preferably 1 to 10 shots, to further improve the crystallinity of the silicon layer.
(Fig. 2 (C))

【0043】このようなレーザー照射を行ってTFTの
性能が向上するのは、熱アニールだけでは結晶性シリコ
ン中にアモルファスシリコン成分が一部残留しており、
レーザーアニールを行うことによって、その残留成分の
結晶化が成されるためと考えられる。この工程の後、プ
ラズマCVD法によって、ゲート絶縁膜として酸化シリ
コン膜26を1000Åの厚さに形成する。さらにコン
タクトホール開けパターニングを行った後(図2
(D))Al電極27a〜cを形成しTFTが完成す
る。(図2(E))
The reason that the performance of the TFT is improved by performing such laser irradiation is that a portion of the amorphous silicon component remains in the crystalline silicon only by thermal annealing.
It is considered that the residual component is crystallized by performing the laser annealing. After this step, a silicon oxide film 26 is formed as a gate insulating film to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. After contact hole opening and patterning (Fig. 2
(D)) The Al electrodes 27a to 27c are formed to complete the TFT. (FIG. 2 (E))

【0044】〔実施例3〕本実施例は、触媒元素として
ニッケルを用い、CMOS型のTFT作製を行った場合
を示す。まず、ガラス基板31上に、ニッケル膜32を
スパッタリング法によって20Åの膜厚に成膜し、さら
に、1500Åのアモルファスシリコン膜を成膜する。
アモルファスシリコン膜の成膜方法としては、スパッタ
リング法やプラズマCVD法等によって行う。
[Embodiment 3] This embodiment shows a case where a CMOS type TFT is manufactured using nickel as a catalyst element. First, a nickel film 32 is formed to a thickness of 20 ° on a glass substrate 31 by a sputtering method, and further, an amorphous silicon film of 1500 ° is formed.
An amorphous silicon film is formed by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.

【0045】次に、このようにして得られたアモルファ
スシリコン膜に、イオンドーピング法によって不純物を
拡散させてN型の不純物領域33aとP型の不純物領域
33bを形成する。この際には、例えば、N型不純物と
して燐(ドーピングガスはPH3 )を用い、10〜30
kVの加速電圧で全面にドーピングを行い、次に、フォ
トレジストでNチャネル型TFTの領域を覆って、P型
不純物、例えばホウ素(ドーピングガスはB2 6)を用
い、10〜30kVの加速電圧で全面にドーピングすれ
ばよい。このときドーズ量は、例えば、燐を1×1015
cm-2、ホウ素を4×1015cm-2とする。領域33b
は燐とホウ素の双方がドーピングされるが、燐のドーズ
量がホウ素のドーズ量よりも小さいのでP型となる。
(図3(A))
Next, an impurity is diffused into the amorphous silicon film thus obtained by ion doping to form an N-type impurity region 33a and a P-type impurity region 33b. At this time, for example, phosphorus (doping gas is PH 3 ) is used as an N-type impurity,
Doping is performed on the entire surface at an acceleration voltage of kV, and then the region of the N-channel type TFT is covered with a photoresist, and a P-type impurity, for example, boron (doping gas is B 2 H 6 ) is used, and acceleration is performed at 10 to 30 kV. The entire surface may be doped with a voltage. At this time, the dose is, for example, 1 × 10 15 phosphorus.
cm −2 , and boron is 4 × 10 15 cm −2 . Area 33b
Is doped with both phosphorus and boron, but becomes a P-type since the dose of phosphorus is smaller than the dose of boron.
(FIG. 3 (A))

【0046】この状態においてパターニングを行い、ア
モルファスシリコン膜とニッケル層をエッチングし、ソ
ース/ドレイン領域となるN型およびP型アモルファス
シリコン領域を形成せしめる。N型およびP型アモルフ
ァスシリコン領域の下には酢酸ニッケル層からなる領域
(ニッケル領域)がある。つぎにチャネル形成領域とな
る真性アモルファスシリコン層34をプラズマCVD法
によって500Åの膜厚に成膜する。この状態におい
て、ソース/ドレイン領域となる半導体層であるN型お
よびP型アモルファスシリコン層は、アモルファスシリ
コン層に全面を覆われた状態になる。(図3(B))
In this state, patterning is performed, and the amorphous silicon film and the nickel layer are etched to form N-type and P-type amorphous silicon regions serving as source / drain regions. Below the N-type and P-type amorphous silicon regions, there is a region (nickel region) composed of a nickel acetate layer. Next, an intrinsic amorphous silicon layer 34 serving as a channel formation region is formed to a thickness of 500 ° by a plasma CVD method. In this state, the N-type and P-type amorphous silicon layers, which are the semiconductor layers serving as the source / drain regions, are in a state where the entire surface is covered with the amorphous silicon layer. (FIG. 3 (B))

【0047】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、4時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層34およ
びソース/ドレイン領域に拡散し、結晶化する。その
後、レーザーアニールを行うことによって、より結晶性
のよいシリコン膜35を得ることができ、かつN型およ
びP型アモルファスシリコン層の活性化が行われる。本
実施例ではエキシマレーザーを使用する。(図3
(C))
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 34 and the source / drain regions and crystallizes. Thereafter, by performing laser annealing, a silicon film 35 having better crystallinity can be obtained, and the N-type and P-type amorphous silicon layers are activated. In this embodiment, an excimer laser is used. (FIG. 3
(C))

【0048】この工程の後、プラズマCVD法によっ
て、ゲート絶縁膜として酸化シリコン膜36を1000
Åの厚さに形成する。さらにコンタクトホール開けパタ
ーニングを行った後(図3(D))、Al電極37a〜
eを形成し、Nチャネル型TFT38a、Pチャネル型
TFT38bを作製しCMOS型回路のTFTを作製す
る。(図3(E))
After this step, a silicon oxide film 36 as a gate insulating film is
Å thickness. Further, after patterning by opening contact holes (FIG. 3D), the Al electrodes 37a to
e, an N-channel TFT 38a and a P-channel TFT 38b are manufactured, and a TFT of a CMOS circuit is manufactured. (FIG. 3 (E))

【0049】〔実施例4〕 本実施例は、触媒元素としてニッケルを用い、スタガー
型の薄膜トランジスタ(TFT)を作製する工程におい
て、ゲート絶縁膜形成後に、チャネル形成領域となる半
導体層を結晶化させる例である。まず、ガラス基板51
上に、ニッケル化合物層をスピンコーティング法によっ
て20Åの膜厚に成膜する。その後、不純物が添加され
たN型アモルファスシリコン膜をPH 3 、SiH4、H2
混合ガスによるプラズマCVD法によって3500Åの
膜厚に成膜する。
Embodiment 4 In this embodiment, in a step of manufacturing a staggered thin film transistor (TFT) using nickel as a catalyst element, a semiconductor layer serving as a channel formation region is crystallized after forming a gate insulating film. It is an example. First, the glass substrate 51
A nickel compound layer is formed thereon by spin coating to a thickness of 20 °. After that, the N-type amorphous silicon film to which the impurities are added is made of PH 3 , SiH 4 , H 2
A film is formed to a thickness of 3500 ° by a plasma CVD method using a mixed gas.

【0050】この状態においてパターニング、エッチン
グを行い、アモルファスシリコン膜とニッケル層をエッ
チングし、ソース/ドレイン領域53となるN型アモル
ファスシリコン領域を形成せしめる。N型アモルファス
シリコン領域の下には酢酸ニッケル層からなる領域(ニ
ッケル領域)52がある。(図5(A))
In this state, patterning and etching are performed to etch the amorphous silicon film and the nickel layer, thereby forming an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 53. Below the N-type amorphous silicon region, there is a region (nickel region) 52 made of a nickel acetate layer. (FIG. 5 (A))

【0051】つぎにチャネル形成領域となる真性アモル
ファスシリコン層54をプラズマCVD法によって50
0Åの膜厚に成膜する。この状態において、ソース/ド
レイン領域となる半導体層であるN型アモルファスシリ
コン領域53は、アモルファスシリコン層54に全面を
覆われている。この工程の後、ゲート絶縁膜をスパッタ
リング法やプラズマCVD法等によって数千Åの膜厚に
成膜する。本実施例においてはプラズマCVD法によっ
て、酸化シリコン膜56を1000Åの厚さに形成す
る。(図5(B))
Next, the intrinsic amorphous silicon layer 54 serving as a channel formation region is formed by plasma CVD to a thickness of 50 nm.
The film is formed to a thickness of 0 °. In this state, the entire surface of the N-type amorphous silicon region 53 which is a semiconductor layer serving as a source / drain region is covered with the amorphous silicon layer 54. After this step, a gate insulating film is formed to a thickness of several thousand Å by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. In this embodiment, a silicon oxide film 56 is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. (FIG. 5 (B))

【0052】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、4時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層54およ
びソース/ドレイン領域53に拡散し、結晶化する。特
に、アモルファスシリコン層54においてソース/ドレ
イン領域53に挟まれたところ(この部分は後でTFT
のチャネルとなる)では、横方向に結晶化が進行する。
このようにして結晶性シリコン膜55を得る。(図5
(C))
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 54 and the source / drain regions 53 and crystallizes. In particular, a portion sandwiched between the source / drain regions 53 in the amorphous silicon layer 54 (this portion will be
In this case, crystallization proceeds in the lateral direction.
Thus, a crystalline silicon film 55 is obtained. (FIG. 5
(C))

【0053】さらに、酸化シリコン膜56および結晶性
シリコン膜55をエッチングし、ソース/ドレイン領域
53にコンタクトホールを開ける。(図5(D)) その後、スパッタ法でAl膜を7000Å堆積し、エッ
チングを行いAl電極57a、57b、57cを形成す
る。ここで57a、57cはソース/ドレイン電極、5
7bはゲート電極である。このようにしてTFTを作製
する。(図5(E))
Further, the silicon oxide film 56 and the crystalline silicon film 55 are etched to form a contact hole in the source / drain region 53. (FIG. 5D) Thereafter, an Al film is deposited at 7000 ° by a sputtering method, and etching is performed to form Al electrodes 57a, 57b, and 57c. Here, 57a and 57c are source / drain electrodes, 5
7b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (FIG. 5E)

【0054】〔実施例5〕 本実施例は触媒元素としてニッケルを用いたものであ
る。本実施例を図6に示す。まず、ガラス基板61上
に、不純物が添加されたN型もしくはP型アモルファス
シリコンを化学気相成長法によって数百Åの膜厚で成膜
する。ここでは、PH 3 、SiH4、H2混合ガスによる
プラズマCVD法によってN型アモルファスシリコン膜
を1500Åの膜厚に成膜する。
Embodiment 5 In this embodiment, nickel is used as a catalyst element. This embodiment is shown in FIG. First, N-type or P-type amorphous silicon to which an impurity is added is formed on a glass substrate 61 to a thickness of several hundred Å by a chemical vapor deposition method. Here, an N-type amorphous silicon film is formed to a thickness of 1500 ° by a plasma CVD method using a mixed gas of PH 3 , SiH 4 , and H 2 .

【0055】その後、数〜数十Åのニッケル層を形成す
る。ここでは、ニッケル層をスパッタリング法によって
平均して20Åの膜厚に成膜する。このときニッケル層
の厚さは、極めて薄いため、実際には膜状とはならない
場合もある。その後、アモルファスシリコン膜とニッケ
ル層をエッチングし、ソース/ドレイン領域63となる
N型アモルファスシリコン領域を形成せしめる。N型ア
モルファスシリコン領域の上にはニッケル領域62があ
る。(図6(A))
Thereafter, a nickel layer of several to several tens of mm is formed. Here, a nickel layer is formed to a thickness of 20 ° on average by a sputtering method. At this time, since the thickness of the nickel layer is extremely thin, the nickel layer may not actually be formed into a film. After that, the amorphous silicon film and the nickel layer are etched to form an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 63. Above the N-type amorphous silicon region is a nickel region 62. (FIG. 6 (A))

【0056】つぎに、チャネル形成領域となる真性アモ
ルファスシリコン層64をプラズマCVD法やLPCV
D法によって300〜1000Åに成膜する。本実施例
においてはプラズマCVD法によって500Åの膜厚に
成膜する。この状態において、ソース/ドレイン領域と
なる半導体層であるN型アモルファスシリコン領域63
は、真性アモルファスシリコン層64に全面を覆われて
いる。(図6(B))
Next, the intrinsic amorphous silicon layer 64 serving as a channel formation region is formed by plasma CVD or LPCV.
The film is formed to a thickness of 300 to 1000 ° by Method D. In this embodiment, the film is formed to a thickness of 500 ° by the plasma CVD method. In this state, the N-type amorphous silicon region 63 which is a semiconductor layer serving as a source / drain region
Are entirely covered with an intrinsic amorphous silicon layer 64. (FIG. 6 (B))

【0057】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、530℃、8時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層64およ
びソース/ドレイン領域63に拡散し、結晶化する。特
に、アモルファスシリコン層64においてソース/ドレ
イン領域63に挟まれたところ(この部分は後でTFT
のチャネルとなる)では、横方向に結晶化が進行する。
このようにして結晶性シリコン膜65を得る。
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 530 ° C. for 8 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 64 and the source / drain regions 63 and crystallizes. In particular, a portion sandwiched between the source / drain regions 63 in the amorphous silicon layer 64 (this portion will be
In this case, crystallization proceeds in the lateral direction.
Thus, a crystalline silicon film 65 is obtained.

【0058】この工程の後、ゲート絶縁膜をスパッタリ
ング法やプラズマCVD法等によって数千Åの膜厚に成
膜する。本実施例においてはプラズマCVD法によっ
て、酸化シリコン膜66を1000Åの厚さに形成す
る。さらにソース/ドレイン領域63にコンタクトホー
ルを開ける。(図6(C))
After this step, a gate insulating film is formed to a thickness of several thousand Å by a sputtering method, a plasma CVD method or the like. In this embodiment, a silicon oxide film 66 is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. Further, a contact hole is formed in the source / drain region 63. (FIG. 6 (C))

【0059】その後、スパッタ法でAl膜を7000Å
堆積し、エッチングを行いAl電極67a、67b、6
7cを形成する。ここで67a、67cはソース/ドレ
イン電極、67bはゲート電極である。このようにして
TFTを作製する。(図6(D))
Thereafter, the Al film was formed by sputtering at 7000 ° C.
After depositing and etching, the Al electrodes 67a, 67b, 6
7c is formed. Here, 67a and 67c are source / drain electrodes, and 67b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (FIG. 6 (D))

【0060】〔実施例6〕 本実施例は触媒元素としてニッケルを用いたものであ
る。本実施例を図7に示す。まず、ガラス基板71上
に、N型もしくはP型アモルファスシリコンを化学気相
成長法によって数百Åの膜厚で成膜する。ここでは、P
3 、SiH4、H2混合ガスによるプラズマCVD法に
よってN型アモルファスシリコン膜を3000Åの膜厚
に成膜する。
Embodiment 6 In this embodiment, nickel is used as a catalyst element. This embodiment is shown in FIG. First, N-type or P-type amorphous silicon is formed on a glass substrate 71 by a chemical vapor deposition method to a thickness of several hundreds of square meters. Here, P
An N-type amorphous silicon film is formed to a thickness of 3000 ° by a plasma CVD method using a mixed gas of H 3 , SiH 4 and H 2 .

【0061】その後、この状態においてパターニングを
行い、アモルファスシリコン膜をエッチングし、ソース
/ドレイン領域73となるN型アモルファスシリコン領
域を形成せしめる。つぎに、チャネル形成領域となる真
性アモルファスシリコン層74を、プラズマCVD法に
よって500Åの膜厚に成膜し、引き続き、ゲート絶縁
膜として酸化シリコン膜76を、プラズマCVD法によ
って、1000Åの厚さに形成する。(図7(A))
Thereafter, patterning is performed in this state, and the amorphous silicon film is etched to form an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 73. Next, an intrinsic amorphous silicon layer 74 serving as a channel formation region is formed to a thickness of 500 ° by a plasma CVD method. Subsequently, a silicon oxide film 76 is formed as a gate insulating film to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. Form. (FIG. 7 (A))

【0062】その後、真性アモルファスシリコン層74
および酸化シリコン膜76をエッチングし、ソース/ド
レイン領域73にコンタクトホールを開ける。(図7
(B)) その後、数〜数十Åのニッケル含有層72を形成する。
ここでは、ニッケル層をスパッタリング法によって20
Åの膜厚に成膜する。このとき、ニッケル含有層は、コ
ンタクトホール中にも堆積し、N型アモルファスシリコ
ン領域の上にニッケル領域72が形成される。(図7
(C))
Thereafter, the intrinsic amorphous silicon layer 74
Then, the silicon oxide film 76 is etched to form a contact hole in the source / drain region 73. (FIG. 7
(B)) Thereafter, a nickel-containing layer 72 of several to several tens of degrees is formed.
Here, the nickel layer is formed by sputtering to a thickness of 20 nm.
The film is formed to a thickness of Å. At this time, the nickel-containing layer is also deposited in the contact hole, and the nickel region 72 is formed on the N-type amorphous silicon region. (FIG. 7
(C))

【0063】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、8時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルが、ソース/ドレイン領域73に接
した部分よりソース/ドレイン領域73内部に拡散し、
ついで、アモルファスシリコン層74にも拡散し、これ
らの領域が結晶化する。特に、アモルファスシリコン層
74においてソース/ドレイン領域73に挟まれたとこ
ろ(この部分は後でTFTのチャネルとなる)では、横
方向に結晶化が進行する。このようにして結晶性シリコ
ン膜75を得る。ただし、上記の熱アニールの工程にお
いては、ゲート絶縁膜76上に形成されたニッケル膜は
ゲート絶縁膜によって遮られて、拡散することがなく、
そのまま残存する。熱アニール工程が修了した後、塩酸
系のエッチャントを用いて、エッチングを行い、ゲート
絶縁膜上に残ったニッケルを除去する。(図7(D))
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 8 hours.
As a result, nickel diffuses into the source / drain region 73 from the portion in contact with the source / drain region 73,
Then, the diffusion into the amorphous silicon layer 74 occurs, and these regions are crystallized. In particular, where the amorphous silicon layer 74 is sandwiched between the source / drain regions 73 (this portion will later become a channel of the TFT), crystallization proceeds in the lateral direction. Thus, a crystalline silicon film 75 is obtained. However, in the above thermal annealing step, the nickel film formed on the gate insulating film 76 is blocked by the gate insulating film and does not diffuse.
It remains as it is. After completion of the thermal annealing step, etching is performed using a hydrochloric acid-based etchant to remove nickel remaining on the gate insulating film. (FIG. 7 (D))

【0064】そして、スパッタ法でAl膜を7000Å
堆積し、エッチングを行いAl電極77a、77b、7
7cを形成する。ここで77a、77cはソース/ドレ
イン電極、67bはゲート電極である。このようにして
TFTを作製する。(図7(D))
Then, the Al film is formed by sputtering at 7000 ° C.
After depositing and etching, the Al electrodes 77a, 77b, 7
7c is formed. Here, 77a and 77c are source / drain electrodes, and 67b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (FIG. 7 (D))

【0065】〔実施例7〕本実施例は、触媒元素として
ニッケルを用いたもので、スタガー型の薄膜トランジス
タ(TFT)のソース/ドレインの導電性を向上させる
ためにソース/ドレインの下にチタン被膜を形成したも
のである。本実施例を図8に示す。最初に、ガラス基板
81上に厚さ500Åのチタン膜をスパッタリング法に
よって形成する。そして、実施例2に示したスピンコー
ティング法によって数〜数十Åのニッケル含有層を形成
する。
[Embodiment 7] In this embodiment, nickel is used as a catalyst element. In order to improve the conductivity of the source / drain of a staggered thin film transistor (TFT), a titanium film is formed under the source / drain. Is formed. This embodiment is shown in FIG. First, a titanium film having a thickness of 500 ° is formed on a glass substrate 81 by a sputtering method. Then, several to several tens of nickel-containing layers are formed by the spin coating method described in the second embodiment.

【0066】その後、プラズマCVD法によってN型ア
モルファスシリコン膜を1000Åの膜厚に成膜する。
この状態においてパターニングを行い、アモルファスシ
リコン膜とニッケル含有層およびチタン膜をエッチング
し、ソース/ドレイン領域83となるN型アモルファス
シリコン領域を形成せしめる。N型アモルファスシリコ
ン領域の下にはニッケル含有領域82が、さらに下には
チタン領域80がある。(図8(A))
Thereafter, an N-type amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method.
In this state, patterning is performed, and the amorphous silicon film, the nickel-containing layer, and the titanium film are etched to form an N-type amorphous silicon region serving as the source / drain region 83. Below the N-type amorphous silicon region is a nickel-containing region 82, and further below is a titanium region 80. (FIG. 8A)

【0067】つぎにチャネル形成領域となる真性アモル
ファスシリコン層84をプラズマCVD法やLPCVD
法によって300〜1000Åに成膜する。本実施例に
おいてはプラズマCVD法によって500Åの膜厚に成
膜する。この状態において、ソース/ドレイン領域とな
る半導体層であるN型アモルファスシリコン領域83
は、アモルファスシリコン層84に全面を覆われてい
る。(図1(B))
Next, the intrinsic amorphous silicon layer 84 serving as a channel formation region is formed by plasma CVD or LPCVD.
The film is formed to a thickness of 300 to 1000 ° by the method. In this embodiment, the film is formed to a thickness of 500 ° by the plasma CVD method. In this state, an N-type amorphous silicon region 83 which is a semiconductor layer to be a source / drain region
Are entirely covered with an amorphous silicon layer 84. (FIG. 1 (B))

【0068】つぎに、450℃、1時間の水素出しを行
い、引き続き、550℃、4時間の熱アニールを行う。
その結果、ニッケルがアモルファスシリコン層4および
ソース/ドレイン領域83に拡散し、結晶化する。特
に、アモルファスシリコン層84においてソース/ドレ
イン領域3に挟まれたところ(この部分は後でTFTの
チャネルとなる)では、横方向に結晶化が進行する。こ
のようにして結晶性シリコン膜85を得る。
Next, dehydration is performed at 450 ° C. for 1 hour, followed by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours.
As a result, nickel diffuses into the amorphous silicon layer 4 and the source / drain regions 83 and crystallizes. In particular, in a portion sandwiched between the source / drain regions 3 in the amorphous silicon layer 84 (this portion will later become a channel of the TFT), crystallization proceeds in the lateral direction. Thus, a crystalline silicon film 85 is obtained.

【0069】この工程の後、プラズマCVD法によっ
て、酸化シリコン膜86を1000Åの厚さに形成す
る。さらにソース/ドレイン領域3にコンタクトホール
を開ける。この際には、コンタクトホールは他の実施例
とは異なり、酸化シリコン膜84、真性シリコン膜85
のみならず、N型シリコン領域(ソース/ドレイン領
域)83までエッチングする。(図1(C)) その後、スパッタ法でAl膜を7000Å堆積し、エッ
チングを行いAl電極7a、7b、7cを形成する。こ
こで7a、7cはソース/ドレイン電極、7bはゲート
電極である。このようにしてTFTを作製する。(図1
(D))
After this step, a silicon oxide film 86 is formed to a thickness of 1000 ° by a plasma CVD method. Further, a contact hole is opened in the source / drain region 3. At this time, the contact holes are different from those of the other embodiments in that the silicon oxide film 84 and the intrinsic silicon film 85 are formed.
In addition, etching is performed up to the N-type silicon region (source / drain region) 83. (FIG. 1 (C)) Thereafter, an Al film is deposited at 7000 ° by a sputtering method and etched to form Al electrodes 7a, 7b and 7c. Here, 7a and 7c are source / drain electrodes, and 7b is a gate electrode. Thus, a TFT is manufactured. (Figure 1
(D))

【0070】本実施例では、コンタクトホールの形成工
程が他の実施例とは異なる。他の実施例では真性シリコ
ン膜とソース/ドレイン領域との境界付近でエッチング
を停止させる必要がある。真性シリコンとソース/ドレ
イン領域とは同質の材料であるため、その境界でエッチ
ングを停止させることは非常に難しい。そのため、ソー
ス/ドレイン領域を厚くして、エッチングのマージンを
大きくする必要がある。また、ソース/ドレイン領域の
導電性を高める目的からも、ソース/ドレイン領域を厚
くすることが必要とされた。
This embodiment is different from the other embodiments in the step of forming a contact hole. In another embodiment, it is necessary to stop the etching near the boundary between the intrinsic silicon film and the source / drain regions. Since the intrinsic silicon and the source / drain regions are made of the same material, it is very difficult to stop the etching at the boundary. Therefore, it is necessary to increase the etching margin by increasing the thickness of the source / drain regions. Also, for the purpose of increasing the conductivity of the source / drain regions, it is necessary to increase the thickness of the source / drain regions.

【0071】これに対し、本実施例では、チタン領域8
0とソース/ドレイン領域83との境界でエッチングを
停止させる。チタンとソース/ドレインとは異質な材料
であるため、エッチングの選択比が大きく、したがっ
て、エッチングのためにそれほど大きなマージンを設け
る必要はない。すなわち、チタン領域もソース/ドレイ
ン領域も薄くできる。この結果、真性シリコン膜の段差
被覆性を改善することができる。また、チタンは導電性
が高いので、ソース/ドレイン領域を薄くしても、素子
の機能の障害とはならない。本実施例のように、導電性
の高い金属膜をソース/ドレイン領域の下に設けること
は効果的である。
On the other hand, in this embodiment, the titanium region 8
The etching is stopped at the boundary between 0 and the source / drain region 83. Since titanium and the source / drain are dissimilar materials, the etching selectivity is high, and therefore, it is not necessary to provide a large margin for the etching. That is, both the titanium region and the source / drain region can be made thin. As a result, the step coverage of the intrinsic silicon film can be improved. Further, since titanium has high conductivity, even if the source / drain regions are thinned, the function of the element is not hindered. It is effective to provide a highly conductive metal film below the source / drain regions as in this embodiment.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上、述べたように、本発明はアモルフ
ァスシリコン結晶化の低温化、短時間化を促進するとと
もに、チャネル領域の薄膜化を図るという意味で画期的
なものであり、また、そのための設備、装置、手法は極
めて一般的で、かつ量産性に優れたものであるので、産
業にもたらす利益は図りしれないものである。実施例で
は、触媒元素としてニッケルを用いた例を示したが、実
施例と同様な効果は、大小の差はあれ、他の触媒元素、
鉄(Fe)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、
ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム
(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、スカン
ジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、
クロム(Cr)、マンガン(Mn)、銅(Cu)、亜鉛
(Zn)、金(Au)、銀(Ag)を用いても得られる
ことは自明であろう。このように本発明は工業上、有益
であり、特許されるにふさわしいものである。
As described above, the present invention is epoch-making in that it promotes lowering the temperature and shortening the time of crystallization of amorphous silicon, and also aims to reduce the thickness of the channel region. Since the equipment, devices and methods for this are very common and excellent in mass productivity, the benefits brought to the industry are inevitable. In the embodiment, an example in which nickel is used as a catalyst element is shown. However, the same effect as that of the embodiment, although there is a difference in magnitude, other catalyst elements,
Iron (Fe), cobalt (Co), ruthenium (Ru),
Rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V),
It will be obvious that chromium (Cr), manganese (Mn), copper (Cu), zinc (Zn), gold (Au) and silver (Ag) can be used. Thus, the present invention is industrially useful and deserves a patent.

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

【図1】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例1
参照)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a process of an embodiment. (Example 1
reference)

【図2】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例2
参照)
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a process of the embodiment. (Example 2
reference)

【図3】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例3
参照)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a process of the embodiment. (Example 3
reference)

【図4】 従来の工程を示す。FIG. 4 shows a conventional process.

【図5】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例4
参照)
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the process of the embodiment. (Example 4
reference)

【図6】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例5
参照)
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a process in the example. (Example 5
reference)

【図7】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例6
参照)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a step in the example. (Example 6
reference)

【図8】 実施例の工程の断面図を示す。(実施例7
参照)
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the process of the example. (Example 7
reference)

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・ガラス基板 2・・・・ニッケル含有領域 3・・・・ソース/ドレイン領域 4・・・・真性アモルファスシリコン層 5・・・・結晶性シリコン層 6・・・・酸化シリコン膜 7a・・・ソース/ドレイン電極 7b・・・ゲ─ト電極 7c・・・ソース/ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate 2 ... Nickel containing area 3 ... Source / drain area 4 ... Intrinsic amorphous silicon layer 5 ... Crystalline silicon layer 6 ... Silicon oxide film 7a: source / drain electrode 7b: gate electrode 7c: source / drain electrode

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−128432(JP,A) 特開 平2−84772(JP,A) 特開 平2−222546(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/20 H01L 21/336 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-128432 (JP, A) JP-A-2-84772 (JP, A) JP-A-2-222546 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/20 H01L 21/336

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 N型もしくはP型の不純物を含有する
の半導体領域と、前記2つの 半導体領域の上もしくは下に設けられ、前記
2つの半導体領域と同じ形状のアモルファスシリコン
の結晶化を促進せしめる触媒元素を含有する層と、前記2つの 半導体領域を覆って設けられた結晶性半導体
層と 前記結晶性 半導体層を覆って設けられた絶縁膜と 前記 絶縁膜上に設けられたゲート電極と を有し、前記結晶性半導体層は、前記ゲート電極の下部
において前記2つの半導体領域を結ぶ方向に結晶化して
いることを特徴とする半導体装置。
1. A N-type or 2 containing P-type impurities
One of the semiconductor region, disposed above or below the two semiconductor regions, the
Covering the two semiconductor regions and the same shape, and a layer containing a catalytic element allowed to promote the crystallization of amorphous silicon, a crystalline semiconductor layer provided to cover the two semiconductor regions, the crystalline semiconductor layer an insulating film provided Te, have a, a gate electrode provided on the insulating film, the crystalline semiconductor layer, a lower portion of the gate electrode
Crystallize in the direction connecting the two semiconductor regions
Wherein a it is.
【請求項2】 N型もしくはP型の不純物を含有する
の半導体領域と、前記 半導体領域を覆って設けられた結晶性半導体層と 前記結晶性 半導体層を覆って設けられた絶縁膜と 前記 絶縁膜上に設けられたゲート電極と を有し、前記結晶性半導体層には、1×1016〜1×1
19原子/cm3 のアモルファスシリコンの結晶化を促
進せしめる触媒元素が含まれていることを特徴とする半
導体装置。
2. A N-type or 2 containing P-type impurities
Yes and One semiconductor region, and the crystalline semiconductor layer provided over said semiconductor region, an insulating film provided to cover the crystalline semiconductor layer, and a gate electrode provided on the insulating film The crystalline semiconductor layer has a thickness of 1 × 10 16 to 1 × 1.
A semiconductor device comprising a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon of 0 19 atoms / cm 3 .
【請求項3】 N型もしくはP型の不純物を含有する
つの半導体領域と、前記 半導体領域を覆って設けられた結晶性半導体層と 前記結晶性 半導体層を覆って設けられた絶縁膜と 前記 絶縁膜上に設けられたゲート電極と を有し、前記結晶性半導体層は、前記ゲート電極の下部
において前記2つの半導体領域を結ぶ方向に結晶化し
つ1×10 16 〜1×10 19 原子/cm 3 のアモルファス
シリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素を含んでいる
ことを特徴とする半導体装置。
3. A method according to claim 2 , wherein said impurity contains N-type or P-type impurities.
It has a One semiconductor region, and the crystalline semiconductor layer provided over said semiconductor region, an insulating film provided to cover the crystalline semiconductor layer, and a gate electrode provided on the insulating film The crystalline semiconductor layer is located below the gate electrode
Crystallized in a direction connecting the two semiconductor regions in
1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 amorphous
A semiconductor device containing a catalytic element for promoting crystallization of silicon .
【請求項4】 基板上に設けられたソース領域およびド
レイン領域と、前記 ソース領域およびドレイン領域の上もしくは下に設
けられ、前記ソース領域およびドレイン領域と同じ形状
アモルファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒
元素を含有する層と、前記 ソース領域およびドレイン領域を覆って設けられ
結晶性半導体層と 前記結晶性 半導体層を覆って設けられた絶縁膜と 前記 絶縁膜上に設けられたゲート電極と を有し、前記結晶性半導体層には1×10 16 〜1×10
19 原子/cm 3 のアモルファスシリコンの結晶化を促進
せしめる触媒元素が含まれていることを特徴とする半導
体装置。
4. A source region and a drain region provided on the substrate, provided above or below the source region and the drain region, the source region and the drain region and the same shape, the crystallization of the amorphous silicon a layer containing a promoting allowed to catalyst element, provided so as to cover the source and drain regions
A crystalline semiconductor layer, wherein the crystalline semiconductor layer overlying provided insulating film, wherein a gate electrode provided on the insulating film, was perforated, 1 × 10 16 to 1 in the crystalline semiconductor layer × 10
Promotes crystallization of amorphous silicon of 19 atoms / cm 3
A semiconductor device characterized by containing a catalytic element .
【請求項5】 基板上に設けられたソース領域およびド
レイン領域と、前記 ソース領域およびドレイン領域の上もしくは下に設
けられ、ソース領域およびドレイン領域と同じ形状の
アモルファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素
を含有する層と、前記 ソース領域およびドレイン領域を覆って設けられ
結晶性半導体層と 前記結晶性 半導体層を覆って設けられた絶縁膜と 前記 絶縁膜上に設けられたゲート電極と を有し、前記結晶性半導体層は、前記ゲート電極の下部
において前記ソース領域と前記ドレイン領域を結ぶ方向
に結晶化していることを特徴とする半導体装置。
5. A source region and a drain region provided on the substrate, provided above or below the source region and the drain region, the source and drain regions and the same shape,
A layer containing a catalytic element allowed to promote the crystallization of amorphous silicon, is provided so as to cover the source and drain regions
A crystalline semiconductor layer, wherein the includes a crystalline semiconductor layer overlying provided an insulating film, and a gate electrode provided on the insulating film, the crystalline semiconductor layer, a lower portion of the gate electrode
Wherein a are crystallized in a direction connecting the drain region and the source region in.
【請求項6】 基板上にアモルファスシリコンの結晶化
を促進せしめる触媒元素を含有する層を形成第1の工程
と、 N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜を形成する
第2の工程と、 前記N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜をエッ
チングして、ソース/ドレイン領域となる2つの半導体
領域を形成する第3の工程と、 真性のアモルファスシリコン膜を形成する第4の工程
と、 熱アニールにより、前記真性のアモルファスシリコン膜
を結晶化せしめて、結晶化シリコン膜を形成する第5の
工程と、 絶縁膜を形成する第6の工程と、 前記絶縁膜と結晶化シリコン膜をエッチングして、前記
ソース/ドレイン領域に対してコンタクトホールを形成
する第7の工程と、 ゲート電極およびソース/ドレイン電極を形成する第8
の工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
6. A first step of forming a layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon on a substrate; a second step of forming an N-type or P-type amorphous silicon film; A third step of forming two semiconductor regions serving as source / drain regions by etching a type or P type amorphous silicon film, a fourth step of forming an intrinsic amorphous silicon film, and thermal annealing , and allowed to crystallize the amorphous silicon film of the intrinsic, a fifth step of forming a sintered crystallized silicon film, a sixth step of forming an insulating film, the insulating film and forming crystallized silicon film is etched A seventh step of forming a contact hole with respect to the source / drain region; and an eighth step of forming a gate electrode and a source / drain electrode.
And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
【請求項7】 請求項6の第5の工程おいて、熱アニー
ルの後、レーザーもしくはそれと同等な強光を照射する
工程を有する半導体装置の作製方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising the step of irradiating a laser or a strong light equivalent thereto after the thermal annealing in the fifth step.
【請求項8】 請求項6の第1の工程において、アモル
ファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素を含有
する層はスピンコーティング法によって形成されること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the layer containing a catalyst element for promoting crystallization of amorphous silicon is formed by a spin coating method.
【請求項9】 請求項6の第1の工程において、アモル
ファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素を含有
する層はスパッタ法によって形成されることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon is formed by a sputtering method.
【請求項10】 基板上にアモルファスシリコンの結晶
化を促進せしめる触媒元素を含有する層を形成する第1
の工程と、 N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜を形成する
第2の工程と、 前記N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜をエッ
チングして、ソース/ドレイン領域となる2つの半導体
領域を形成する第3の工程と、 真性のアモルファスシリコン膜を形成する第4の工程
と、 絶縁膜を形成する第5の工程と、 熱アニールにより、前記真性のアモルファスシリコン膜
を結晶化せしめて、結晶化シリコン膜を形成する第6の
工程と、 前記絶縁膜と結晶化シリコン膜をエッチングして、前記
ソース/ドレイン領域に対してコンタクトホールを形成
する第7の工程と、 ゲート電極およびソース/ドレイン電極を形成する第8
の工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
10. A first method for forming a layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon on a substrate.
A second step of forming an N-type or P-type amorphous silicon film; and etching the N-type or P-type amorphous silicon film to form two semiconductor regions serving as source / drain regions. a third step of the fourth step of forming an amorphous silicon film of intrinsic, and a fifth step of forming an insulating film by thermal annealing, and allowed to crystallize the amorphous silicon film of the intrinsic, crystals of a sixth step of forming a silicon film, by etching the insulating film and forming crystallized silicon film, and a seventh step of forming a contact hole to the source / drain regions, a gate electrode and source / Eighth forming the drain electrode
And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
【請求項11】 N型もしくはP型のアモルファスシリ
コン膜を形成する第1の工程と、 アモルファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素
を含有する層を形成する第2の工程と、 前記N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜をエッ
チングして、ソース/ドレイン領域となる2つの半導体
領域を形成する第3の工程と、 真性のアモルファスシリコン膜を形成する第4の工程
と、 熱アニールにより、前記真性のアモルファスシリコン膜
を結晶化せしめて、結晶化シリコン膜を形成する第5の
工程と、 絶縁膜を形成する第6の工程と、 前記絶縁膜と結晶化シリコン膜をエッチングして、前記
ソース/ドレイン領域に対してコンタクトホールを形成
する第7の工程と、 ゲート電極およびソース/ドレイン電極を形成する第8
の工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
11. A first step of forming an N-type or P-type amorphous silicon film, a second step of forming a layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon, A third step of etching the P-type amorphous silicon film to form two semiconductor regions serving as source / drain regions; a fourth step of forming an intrinsic amorphous silicon film; and allowed to crystallize the amorphous silicon film of intrinsic, and a fifth step of forming a sintered crystallized silicon film, a sixth step of forming an insulating film, by etching the insulating film and forming crystallized silicon film, A seventh step of forming a contact hole with respect to the source / drain region; and an eighth step of forming a gate electrode and a source / drain electrode.
And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
【請求項12】 N型もしくはP型のアモルファスシリ
コン膜を形成する第1の工程と、 アモルファスシリコンの結晶化を促進せしめる触媒元素
を含有する層を形成する第2の工程と、 前記N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜をエッ
チングして、ソース/ドレイン領域となる2つの半導体
領域を形成する第3の工程と、 真性のアモルファスシリコン膜を形成する第4の工程
と、 絶縁膜を形成する第5の工程と、 熱アニールにより、前記真性のアモルファスシリコン膜
を結晶化せしめて、結晶化シリコン膜を形成する第6の
工程と、 前記絶縁膜と真性の結晶化シリコン膜をエッチングし
て、前記ソース/ドレイン領域に対してコンタクトホー
ルを形成する第7の工程と、 ゲート電極およびソース/ドレイン電極を形成する第8
の工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
12. A first step of forming an N-type or P-type amorphous silicon film, a second step of forming a layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon, A third step of forming two semiconductor regions serving as source / drain regions by etching the P-type amorphous silicon film, a fourth step of forming an intrinsic amorphous silicon film, and forming an insulating film a fifth step, by thermal annealing, the amorphous silicon film of intrinsic and allowed crystallization, a sixth step of forming a sintered crystallized silicon film, by etching the crystallized silicon film of the insulating film and the intrinsic A seventh step of forming a contact hole with respect to the source / drain region, and an eighth step of forming a gate electrode and a source / drain electrode.
And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
【請求項13】 N型もしくはP型のアモルファスシリ
コン膜を形成する第1の工程と、 前記N型もしくはP型のアモルファスシリコン膜をエッ
チングして、ソース/ドレイン領域となる2つの半導体
領域を形成する第2の工程と、 真性のアモルファスシリコン膜を形成する第3の工程
と、 絶縁膜を形成する第4の工程と、 前記絶縁膜と真性のアモルファスシリコン膜をエッチン
グして、前記ソース/ドレイン領域に対してコンタクト
ホールを形成する第5の工程と、 基板上にアモルファスシリコンの結晶化を促進せしめる
触媒元素を含有する層を形成する第6の工程と、 熱アニールにより、前記真性のアモルファスシリコン膜
を結晶化せしめて、結晶化シリコン膜を形成する第7の
工程と、 ゲート電極およびソース/ドレイン電極を形成する第8
の工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
13. A first step of forming an N-type or P-type amorphous silicon film, and etching the N-type or P-type amorphous silicon film to form two semiconductor regions serving as source / drain regions. A second step of forming; a third step of forming an intrinsic amorphous silicon film; a fourth step of forming an insulating film; and etching the insulating film and the intrinsic amorphous silicon film to form the source / source. A fifth step of forming a contact hole with respect to the drain region, a sixth step of forming a layer containing a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon on the substrate, and a step of thermally annealing the intrinsic amorphous layer. form a silicon film made to crystallization, the seventh step of forming a sintered crystallized silicon film, a gate electrode and source / drain electrodes Eighth to
And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:
【請求項14】14. 請求項7において、前記レーザーはNThe laser of claim 7, wherein the laser is N
d:YAGレーザーであることを特徴とする半導体装置d: a semiconductor device characterized by being a YAG laser
の作製方法。Method of manufacturing.
【請求項15】15. 請求項10の第6の工程において、熱11. The method according to claim 10, wherein:
アニール後、Nd:YAGレーザーを照射する工程を有After annealing, there is a step of irradiating Nd: YAG laser
する半導体装置の作製方法。Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項16】16. 請求項11の第5の工程において、熱12. The method according to claim 11, wherein
アニール後、Nd:YAGレーザーを照射する工程を有After annealing, there is a step of irradiating Nd: YAG laser
する半導体装置の作製方法。Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項17】17. 請求項12の第6の工程において、熱13. The method according to claim 12, wherein:
アニール後、Nd:YAGレーザーを照射する工程を有After annealing, there is a step of irradiating Nd: YAG laser
する半導体装置の作製方法。Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項18】18. 請求項13の第7の工程において、熱14. The method according to claim 13, wherein
アニール後、Nd:YAGレーザーを照射する工程を有After annealing, there is a step of irradiating Nd: YAG laser
する半導体装置の作製方法。Of manufacturing a semiconductor device.
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