JP3090847B2 - Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device

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JP3090847B2
JP3090847B2 JP06144967A JP14496794A JP3090847B2 JP 3090847 B2 JP3090847 B2 JP 3090847B2 JP 06144967 A JP06144967 A JP 06144967A JP 14496794 A JP14496794 A JP 14496794A JP 3090847 B2 JP3090847 B2 JP 3090847B2
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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、例えばアクティブマト
リクス型液晶表示装置やイメージセンサー等に利用さ
れ、基板上に半導体薄膜が形成された半導体基板の製造
方法、および該半導体薄膜を利用した半導体装置の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in, for example, an active matrix type liquid crystal display device or an image sensor, and is a method of manufacturing a semiconductor substrate having a semiconductor thin film formed on a substrate, and a semiconductor device using the semiconductor thin film. And a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記アクティブマトリクス型液晶表示装
置などでは、それに備わった画素の駆動に、ガラス等の
絶縁性基板上に薄膜トランジスタ(TFT)を有する半
導体装置が用いられている。そのTFTには薄膜状のシ
リコン半導体を用いるのが一般的であり、このシリコン
半導体に用いられるものは、非晶質シリコン(a−S
i)半導体と結晶性を有するシリコン半導体との2つに
大別される。
2. Description of the Related Art In the above-mentioned active matrix type liquid crystal display device and the like, a semiconductor device having a thin film transistor (TFT) on an insulating substrate such as glass is used for driving pixels provided therein. In general, a thin film silicon semiconductor is used for the TFT, and the silicon semiconductor used for the TFT is amorphous silicon (a-S
i) It is roughly classified into a semiconductor and a silicon semiconductor having crystallinity.

【0003】前者の非晶質シリコン半導体は、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可能
で量産性に富むため、最も一般的に用いられている。し
かし、この非晶質シリコン半導体は、導電性等の物性が
結晶性を有するシリコン半導体に比べて劣るので、今
後、より高速特性を得るために、後者の結晶性を有する
シリコン半導体からなるTFTの作製方法の確立が強く
求められていた。なお、結晶性を有するシリコン半導体
としては、多結晶シリコン、微結晶シリコン、結晶成分
を含む非晶質シリコン、結晶性と非結晶性の中間の状態
を有するセミアモルファスシリコン等が知られている。
The former amorphous silicon semiconductor is most commonly used because it has a low manufacturing temperature, can be manufactured relatively easily by a vapor phase method, and has high mass productivity. However, since this amorphous silicon semiconductor is inferior in physical properties such as conductivity to a silicon semiconductor having crystallinity, in order to obtain higher-speed characteristics in the future, a TFT made of the latter silicon semiconductor having crystallinity will be used. There was a strong demand for the establishment of a manufacturing method. Note that as the silicon semiconductor having crystallinity, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon containing a crystal component, semi-amorphous silicon having an intermediate state between crystalline and non-crystalline are known.

【0004】これら結晶性を有する薄膜状のシリコン半
導体を得る方法としては、以下の3つの方法が知られて
いる。
[0004] The following three methods are known as methods for obtaining a thin film silicon semiconductor having such crystallinity.

【0005】(1)成膜時に結晶性を有するシリコン半
導体膜を直接成膜する第1の方法 (2)非晶質のシリコン半導体膜を成膜しておき、レー
ザー光のエネルギーにより結晶性を有せしめる第2の方
法 (3)非晶質のシリコン半導体膜を成膜しておき、熱エ
ネルギーを加えることにより結晶性を有せしめる第3の
方法 しかし、これらの方法には以下のような問題点がある。
(1) A first method of directly forming a silicon semiconductor film having crystallinity at the time of film formation (2) An amorphous silicon semiconductor film is formed in advance, and the crystallinity is increased by the energy of laser light. Second method of imparting (3) Third method of forming an amorphous silicon semiconductor film and imparting crystallinity by applying thermal energy However, these methods have the following problems. There is a point.

【0006】上記第1の方法では、成膜工程と結晶化と
が同時に進行するので、大粒径の結晶性シリコンを得る
ためにはシリコン膜を厚膜にすることが不可欠であり、
良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面にわたって
均一に成膜することが技術上困難である。また、成膜温
度が600℃以上と高いので、安価なガラス基板が使用
できないというコスト上の問題があった。
In the first method, since the film formation step and the crystallization proceed simultaneously, it is indispensable to make the silicon film thick in order to obtain crystalline silicon having a large grain size.
It is technically difficult to form a film having good semiconductor properties uniformly over the entire surface of the substrate. Further, since the film formation temperature is as high as 600 ° C. or higher, there is a problem in cost that an inexpensive glass substrate cannot be used.

【0007】上記第2の方法では、溶融固化過程の結晶
化現象を利用するので、小粒径ながら粒界が良好に処理
され、高品質な結晶性シリコン膜が得られる。しかし、
現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例
にとると、レーザー光の照射面積が小さいため、スルー
プットが低いという問題があり、また大面積基板の全面
を均一に処理するにはレーザーの安定性が充分ではな
い。よって、次世代の技術という感が強い。
In the second method, since the crystallization phenomenon in the melting and solidification process is used, the grain boundaries are satisfactorily processed with a small grain size, and a high-quality crystalline silicon film can be obtained. But,
Taking the excimer laser, which is currently most commonly used, as an example, there is a problem of low throughput due to the small irradiation area of the laser beam, and the stability of the laser is required to uniformly process the entire surface of a large-area substrate. Sex is not enough. Therefore, there is a strong sense of next-generation technology.

【0008】上記第3の方法では、上記第1および第2
の方法と比較すると大面積に対応できるという利点はあ
るが、結晶化に際して600℃以上の高温で数十時間に
わたる加熱処理を必要とする。従って、安価なガラス基
板の使用とスループットの向上とを考えると、加熱温度
を下げると共に短時間で結晶化させるという相反する問
題を同時に解決する必要がある。また、この方法は固相
結晶化現象を利用するので、結晶粒が基板面に平行に拡
がって数μmの粒径を持つものも現れ、成長した結晶粒
同士がぶつかり合って粒界が形成される。その粒界はキ
ャリアに対するトラップ準位として働くので、TFTの
移動度を低下させる大きな原因となっている。
In the third method, the first and second methods
There is an advantage that it can cope with a large area as compared with the method described above, but a heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or more for several tens of hours is required for crystallization. Therefore, in consideration of using an inexpensive glass substrate and improving the throughput, it is necessary to simultaneously solve the conflicting problems of lowering the heating temperature and crystallizing in a short time. In addition, since this method utilizes the solid-phase crystallization phenomenon, crystal grains spread in parallel to the substrate surface and some grains have a grain size of several μm, and the grown crystal grains collide with each other to form grain boundaries. You. Since the grain boundaries act as trap levels for carriers, they are a major cause of lowering the mobility of the TFT.

【0009】そこで、上記第3の方法を利用して結晶粒
界の問題を解決する以下の2つの第4、第5の方法が提
案されている。第4の方法は、シリコン(Si+)等の
不純物をイオン注入法等より導入し、その後の熱処理に
より粒径が数μmの結晶粒を有する多結晶シリコン膜を
得る方法である(特開平5−55142号)。もう一つ
の第5の方法は、粒径10〜100nmのシリコン粒子
を高圧の窒素ガスと共に非晶質シリコン膜に吹き付けて
成長核を形成する方法である(特開平5−136048
号)。これら第4、第5の方法は、両者とも、非晶質シ
リコン膜に結晶成長の核となる異物を領域を定めて選択
的に導入した後、熱処理によりその異物を核とした結晶
成長を行わせて大粒径の高品質な結晶性シリコン膜を得
ており、これを利用してTFT等の半導体素子を形成し
ている。
Therefore, the following two fourth and fifth methods for solving the problem of the crystal grain boundary by using the third method have been proposed. A fourth method is a method in which an impurity such as silicon (Si + ) is introduced by an ion implantation method or the like, and a polycrystalline silicon film having crystal grains having a particle size of several μm is obtained by a subsequent heat treatment (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5 (1993) -105). -55142). Another fifth method is a method of spraying silicon particles having a particle diameter of 10 to 100 nm together with high-pressure nitrogen gas onto an amorphous silicon film to form a growth nucleus (Japanese Patent Laid-Open No. 5-136048).
issue). In both of the fourth and fifth methods, after a foreign substance serving as a nucleus for crystal growth is defined and selectively introduced into an amorphous silicon film, crystal growth using the foreign substance as a nucleus is performed by heat treatment. In addition, a high-quality crystalline silicon film having a large grain size is obtained, and a semiconductor element such as a TFT is formed by using this.

【0010】しかし、これら第4、第5の方法では、導
入された異物は成長核としてのみ作用する。よって、結
晶成長の際の核発生や結晶成長方向の制御には有効であ
るが、結晶化のための加熱処理工程における上述の問題
はなお残る。例えば、第4の方法では、600℃の温度
で40時間の加熱処理により結晶化を行っており、第5
の方法では650℃以上の温度で熱処理を行っている。
このように高温の加熱を行うので、これらの技術はSO
I基板やSOS基板には有効な技術であるが、安価なガ
ラス基板に適用することは困難である。例えば、アクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に用いられるコーニン
グ7059ガラスは、ガラス歪み点が593℃であり、
基板の大面積化を考慮した場合、600℃以上の加熱に
は問題がある。
However, in these fourth and fifth methods, the foreign matter introduced acts only as a growth nucleus. Therefore, although it is effective for controlling nucleation and crystal growth direction during crystal growth, the above-described problem in the heat treatment step for crystallization still remains. For example, in the fourth method, crystallization is performed by a heat treatment at a temperature of 600 ° C. for 40 hours.
In the above method, the heat treatment is performed at a temperature of 650 ° C. or higher.
Because of this high temperature heating, these techniques are
Although it is an effective technique for an I substrate or an SOS substrate, it is difficult to apply it to an inexpensive glass substrate. For example, Corning 7059 glass used for an active matrix type liquid crystal display device has a glass strain point of 593 ° C.,
When the area of the substrate is increased, there is a problem in heating at 600 ° C. or higher.

【0011】そこで、本発明者らは、結晶化に必要な温
度の低温化と処理時間の短縮を両立し、さらには粒界の
影響を最小限に留めた結晶性シリコン薄膜の作製方法を
見い出した。
Therefore, the present inventors have found a method for producing a crystalline silicon thin film which can achieve both a reduction in the temperature required for crystallization and a reduction in processing time, and further minimize the influence of grain boundaries. Was.

【0012】本発明者らの研究によれば、非晶質シリコ
ン膜の表面にニッケルやパラジウム、さらには鉛等の金
属元素を微量に導入させ、その後加熱することで、55
0℃、4時間程度の処理時間で結晶化を行えることが判
明している。このメカニズムは、まず金属元素を核とし
た結晶核発生が早期に起こり、その後、その金属元素が
触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急激に進行す
るものと理解される。そういう意味から、以後、これら
の金属元素を触媒元素と称する。
According to the study of the present inventors, a minute amount of a metal element such as nickel, palladium, and lead is introduced into the surface of an amorphous silicon film, and then heated to obtain 55%.
It has been found that crystallization can be performed at 0 ° C. for about 4 hours. It is understood that this mechanism is such that crystal nucleus generation with a metal element as a nucleus occurs early, and then the metal element acts as a catalyst to promote crystal growth, and crystallization proceeds rapidly. In this sense, these metal elements are hereinafter referred to as catalyst elements.

【0013】通常の固相成長法で結晶化したシリコン膜
が双晶構造であるのに対して、これらの触媒元素により
結晶化が助長されて結晶成長した結晶性シリコン膜は、
何本もの針状結晶または柱状結晶で構成されており、そ
れぞれの針状結晶または柱状結晶の内部は理想的な単結
晶状態となっている。
While the silicon film crystallized by the ordinary solid-phase growth method has a twin structure, the crystalline silicon film crystallized by the crystallization promoted by these catalytic elements is
It is composed of many needle-like crystals or columnar crystals, and the inside of each needle-like crystal or columnar crystal is in an ideal single crystal state.

【0014】このような結晶性シリコン膜を活性領域と
してTFTを作製すると、通常の固相成長法で形成した
結晶性シリコン膜を用いた場合に比べて電界効果移動度
が1.2倍程度向上する。また、その後、レーザ光ある
いは強光を照射してその結晶性を助長することにより、
その差がさらに顕著になる。これは、以下のような理由
による。即ち、結晶性シリコン膜にレーザー光あるいは
強光を照射すると、結晶性シリコン膜の融点と非晶質シ
リコン膜の融点との相違から結晶粒界部が集中的に処理
される。この時、通常の固相成長法で形成した結晶性シ
リコン膜では結晶構造が双晶構造であるので、レーザー
光照射後も結晶粒界内部は双晶欠陥として残される。そ
れに対して、触媒元素を導入して結晶化した結晶性シリ
コン膜は針状結晶または柱状結晶で構成されており、そ
の内部は単結晶状態であるので、レーザー光あるいは強
光の照射により結晶粒界部が処理されると、基板全面に
わたってほぼ単結晶状態に近い結晶性シリコン膜が得ら
れる。
When a TFT is manufactured using such a crystalline silicon film as an active region, the field-effect mobility is improved by about 1.2 times as compared with the case where a crystalline silicon film formed by a usual solid phase growth method is used. I do. After that, by irradiating laser light or strong light to promote its crystallinity,
The difference becomes even more pronounced. This is for the following reasons. That is, when the crystalline silicon film is irradiated with laser light or strong light, the crystal grain boundary portion is intensively processed due to the difference between the melting point of the crystalline silicon film and the melting point of the amorphous silicon film. At this time, since the crystal structure of the crystalline silicon film formed by the ordinary solid phase growth method is a twin structure, the inside of the crystal grain boundary remains as a twin defect even after irradiation with laser light. In contrast, a crystalline silicon film crystallized by introducing a catalytic element is composed of needle-like crystals or columnar crystals, and since the inside thereof is in a single crystal state, crystal grains are irradiated by laser light or strong light. When the boundary portion is processed, a crystalline silicon film almost in a single crystal state is obtained over the entire surface of the substrate.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な触媒元素が半導体中に多量に存在していることは、こ
れらの半導体を用いた装置の信頼性や電気的安定性を阻
害するものであり、好ましいことではない。
However, the presence of a large amount of such a catalytic element in a semiconductor impairs the reliability and electrical stability of a device using such a semiconductor. Yes, not preferred.

【0016】つまり、ニッケル等の結晶化を助長する触
媒元素は、非晶質シリコンを結晶化させる際には必要で
あるが、結晶化したシリコン膜中には極力含まれないよ
うにするのが望ましい。本発明者らの研究によれば、シ
リコン膜中の触媒元素濃度が1×1019atoms/c
3を越えると、加熱処理により結晶化を行った後、エ
キシマレーザーを照射する際に触媒元素がシリコン膜表
面に析出する。この析出した触媒元素を放置したままで
TFTの作製を行うとS−D(ソース−ドレイン)リー
クを引き起こすので、得られるTFTは半導体素子とし
て有効な特性を得ることができない。また、析出した触
媒元素はシリコン化合物となっているので、シリコン膜
表面に損傷を与えることなく取り除くことが不可能であ
る。従って、析出した触媒元素を取り除いてTFTを作
製すると、シリコン膜表面の損傷に起因する移動度の劣
化やコンタクト不良を引き起こし、信頼性や電気的安定
性に問題が生じる。
That is, a catalyst element such as nickel which promotes crystallization is necessary when crystallizing amorphous silicon, but it is necessary to minimize the inclusion in the crystallized silicon film. desirable. According to the study of the present inventors, the concentration of the catalytic element in the silicon film is 1 × 10 19 atoms / c.
If it exceeds m 3 , after crystallization by heat treatment, when irradiating with an excimer laser, a catalytic element precipitates on the silicon film surface. If a TFT is manufactured while the deposited catalyst element is left as it is, an SD (source-drain) leak is caused, so that the obtained TFT cannot obtain effective characteristics as a semiconductor element. Further, since the precipitated catalyst element is a silicon compound, it is impossible to remove the catalyst element without damaging the silicon film surface. Therefore, when the TFT is manufactured by removing the deposited catalytic element, the mobility is deteriorated and the contact is poor due to the damage of the silicon film surface, which causes a problem in reliability and electrical stability.

【0017】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、600℃以下の熱処理に
より短時間で結晶化を行って基板面内で均一性良く結晶
性を有する半導体薄膜を作製することができ、熱処理で
得られる結晶性よりさらに高い結晶性が得られ、結晶性
を有する半導体薄膜に含まれる触媒元素の濃度を低減す
ることができるという要求を満たして、信頼性および電
気的安定性に優れた高性能な半導体基板の製造方法およ
び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a semiconductor having a uniform crystallinity in a substrate surface by performing crystallization in a short time by a heat treatment at 600 ° C. or less. Meet the requirement that a thin film can be produced, higher crystallinity than that obtained by heat treatment can be obtained, and the concentration of the catalyst element contained in the semiconductor thin film having crystallinity can be reduced. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a high-performance semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor device having excellent electrical stability.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板の製
造方法は、絶縁性基板もしくは表面に絶縁膜が堆積され
た基板上に、結晶性を有する半導体膜が形成された半導
体基板の製造方法であって、基板上に少なくとも非晶質
半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の結晶化
を助長する触媒元素を、該非晶質半導体膜に導入する工
程と、該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜
を結晶化させる工程と、結晶化された半導体膜表面を酸
化する工程と、酸化された半導体膜に高エネルギー光を
照射する工程とを含むので、そのことにより上記目的が
達成される。
A method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is directed to a method of manufacturing a semiconductor substrate in which a crystalline semiconductor film is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on the surface. A step of forming at least an amorphous semiconductor film over a substrate, a step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into the amorphous semiconductor film, and heating the entire substrate. The step of crystallizing the amorphous semiconductor film, the step of oxidizing the crystallized semiconductor film surface, and the step of irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light. Objective is achieved.

【0019】本発明の半導体基板の製造方法は、絶縁性
基板もしくは表面に絶縁膜が堆積された基板上に、結晶
性を有する半導体膜が形成された半導体基板の製造方法
であって、基板上に少なくとも非晶質半導体膜を形成す
る工程と、該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元
素を、該非晶質半導体膜の一部に選択的に導入する工程
と、該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜を
結晶化させる工程と、結晶化された半導体膜表面を酸化
する工程と、酸化された半導体膜に高エネルギー光を照
射する工程とを含むので、そのことにより上記目的が達
成される。
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor substrate in which a crystalline semiconductor film is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on the surface. Forming at least an amorphous semiconductor film, selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film, and heating the entire substrate. The step of crystallizing the amorphous semiconductor film, the step of oxidizing the crystallized semiconductor film surface, and the step of irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light. Objective is achieved.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
基板もしくは表面に絶縁膜が堆積された基板上に、結晶
性を有する半導体膜を用いた薄膜トランジスタが作製さ
れた半導体装置の製造方法であって、基板上に少なくと
も非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を、該非晶質半導体膜の一
部に選択的に導入する工程と、該基板全体を加熱するこ
とにより非晶質半導体膜を結晶化させる工程と、結晶化
された半導体膜表面を酸化する工程と、酸化された半導
体膜に高エネルギー光を照射する工程と、該触媒元素が
選択的に導入された領域と薄膜トランジスタの作製領域
とが重ならないように薄膜トランジスタを作製する工程
とを含むので、そのことにより上記目的が達成される。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a thin film transistor using a semiconductor film having crystallinity is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on the surface. Forming at least an amorphous semiconductor film over the substrate; and selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film. Crystallizing the amorphous semiconductor film by heating the entire substrate; oxidizing the crystallized semiconductor film surface; irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light; And the step of manufacturing a thin film transistor so that the region where the is selectively introduced does not overlap with the manufacturing region of the thin film transistor, thereby achieving the above object.

【0021】本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性
基板もしくは表面に絶縁膜が堆積された基板上に、結晶
性を有する半導体膜を用いた薄膜トランジスタが作製さ
れた半導体装置の製造方法であって、基板上に少なくと
も非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を、該非晶質半導体膜の一
部に選択的に導入する工程と、該基板全体を加熱するこ
とにより非晶質半導体膜を結晶化させる工程と、結晶化
された半導体膜表面を酸化する工程と、酸化された半導
体膜に高エネルギー光を照射する工程と、該触媒元素が
選択的に導入された領域と薄膜トランジスタの作製領域
とが重ならないように、かつ、薄膜トランジスタの作製
領域が該半導体膜の結晶成長端よりも内側になるように
薄膜トランジスタを作製する工程とを含むので、そのこ
とにより上記目的が達成される。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a thin film transistor using a crystalline semiconductor film is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on the surface. Forming at least an amorphous semiconductor film over the substrate; and selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film. Crystallizing the amorphous semiconductor film by heating the entire substrate; oxidizing the crystallized semiconductor film surface; irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light; So that the region into which is selectively introduced does not overlap with the region for forming the thin film transistor, and the region for forming the thin film transistor is located inside the crystal growth end of the semiconductor film. Since a step of preparing, the object is achieved.

【0022】なお、本発明において、前記酸化工程後の
半導体膜中の触媒元素濃度は、1×1019atoms/
cm3以下とするのが望ましい。また、前記触媒元素と
して、Ni、Co、Pd、Pt、Fe、Cu、Ag、A
u、In、Sn、P、AsおよびSbの内、少なくとも
一種を用いることができる。また、前記高エネルギー光
の光源として、エキシマレーザーを用いてもよく、ハロ
ゲンランプを用いてもよい。また、前記半導体膜とし
て、シリコン膜を用いることができる。
In the present invention, the concentration of the catalytic element in the semiconductor film after the oxidation step is 1 × 10 19 atoms / s.
cm 3 or less is desirable. Further, as the catalyst element, Ni, Co, Pd, Pt, Fe, Cu, Ag, A
At least one of u, In, Sn, P, As and Sb can be used. Further, an excimer laser may be used as a light source of the high energy light, or a halogen lamp may be used. Further, a silicon film can be used as the semiconductor film.

【0023】[0023]

【作用】本発明においては、絶縁性基板もしくは表面に
絶縁膜を有する基板上に形成された非晶質半導体膜に触
媒元素を導入して加熱することにより触媒元素を核とし
た結晶成長を行わせ、結晶化された半導体膜に高エネル
ギーを照射して結晶粒界処理を行ることにより結晶化を
助長させている。これら2つの工程の間において、結晶
化された半導体膜表面を酸化する工程が行われ、これに
より結晶化シリコン膜中の触媒元素濃度が低減される。
以下、この機構について説明する。
According to the present invention, a catalytic element is introduced into an amorphous semiconductor film formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film on its surface and heated to grow crystals with the catalytic element as a nucleus. In addition, crystallization is promoted by irradiating the crystallized semiconductor film with high energy and performing crystal grain boundary treatment. Between these two steps, a step of oxidizing the crystallized semiconductor film surface is performed, whereby the concentration of the catalytic element in the crystallized silicon film is reduced.
Hereinafter, this mechanism will be described.

【0024】非晶質シリコン膜中にニッケル元素を導入
した場合、まず、導入された領域で結晶核が発生してシ
リコン膜の結晶化が起こり、その後、この結晶核を中心
に周辺の非導入領域に向かい基板面に沿って放射状に結
晶化が進行していく。以後、この基板面に沿った結晶成
長領域をラテラル成長領域と称する。本発明者らが、ニ
ッケル元素の選択的導入領域、ラテラル成長領域および
ラテラル成長端部の三点についてSIMSを用いてニッ
ケル濃度の測定を行ったところ、ニッケル元素の選択的
導入領域とラテラル成長端部とでは1×1019atom
s/cm3程度であり、ラテラル成長領域では1×10
18atoms/cm3程度であった。このことから、ニ
ッケル元素はニッケル−シリコン結合部分においてシリ
コン−シリコン結合を形成する触媒作用を示しながら自
身は移動して行き、常に結晶の成長端部分にニッケル濃
度が高い領域が存在すると考えられる。また、ラテラル
成長領域に限った場合、この部分の結晶構造は針状結晶
または柱状結晶であるが、ニッケル元素が結晶部分から
非晶質部分に移動して行くので、ニッケル元素は各針状
結晶または柱状結晶の間の粒界部分に存在する。このニ
ッケル元素の粒界部集中は電流の抜け道となり、TFT
を作製した場合にオフ特性の劣化を招き、素子の信頼性
や電気的安定性の点で問題が生じる。このように、触媒
元素の濃度が高い領域は、触媒元素の導入領域、シリコ
ン結晶の結晶成長端付近のアモルファスシリコン部分お
よび各結晶間の結晶粒界付近に分布している。
When a nickel element is introduced into an amorphous silicon film, first, a crystal nucleus is generated in a region where the nickel element is introduced, and crystallization of the silicon film occurs. Crystallization proceeds radially along the substrate surface toward the region. Hereinafter, the crystal growth region along the substrate surface is referred to as a lateral growth region. The present inventors measured the nickel concentration using SIMS at three points of a nickel element selective introduction region, a lateral growth region, and a lateral growth end, and found that the nickel element selective introduction region and the lateral growth end 1 × 10 19 atoms
s / cm 3 , and 1 × 10
It was about 18 atoms / cm 3 . From this, it is considered that the nickel element moves while exhibiting a catalytic action of forming a silicon-silicon bond in the nickel-silicon bond portion, and there is always a region where the nickel concentration is high at the growth end portion of the crystal. In addition, when limited to the lateral growth region, the crystal structure of this part is a needle-like crystal or a columnar crystal. However, since the nickel element moves from the crystal part to the amorphous part, the nickel element is Or it exists in the grain boundary part between the columnar crystals. This concentration of the nickel element at the grain boundary is a way for current to escape,
When this is manufactured, the off characteristic is deteriorated, and a problem arises in terms of reliability and electrical stability of the element. As described above, the region where the concentration of the catalyst element is high is distributed in the region where the catalyst element is introduced, the amorphous silicon portion near the crystal growth end of the silicon crystal, and the vicinity of the crystal grain boundary between the crystals.

【0025】一方、アモルファスシリコンと結晶質シリ
コンとが混在するシリコン膜において、結晶質シリコン
の結晶粒の大きさを電子顕微鏡等で観察する場合に、二
クロム酸カリウム、硝酸およびフッ酸の混合溶液を用い
てセコエッチと称される処理を行うと、アモルファス部
分がエッチング除去されて結晶質シリコンの結晶粒が観
測しやすくなる。この混合溶液の内、二クロム酸カリウ
ムと硝酸とは強力な酸化作用によりシリコン膜を酸化
し、フッ酸成分は酸化されたシリコン膜をエッチング除
去するものである。アモルファス部分と結晶質部分とで
は、アモルファスシリコン部分の方が酸化されやすく、
エッチングレートが速い。このようにアモルファスシリ
コンと結晶質シリコンとを比較した場合、アモルファス
シリコンの方が酸化されやすいことが一般に知られてい
る。
On the other hand, in a silicon film in which amorphous silicon and crystalline silicon are mixed, when observing the size of crystal grains of crystalline silicon with an electron microscope or the like, a mixed solution of potassium dichromate, nitric acid and hydrofluoric acid is used. When a process called Secco etch is performed using the method, the amorphous portion is removed by etching, and the crystal grains of the crystalline silicon can be easily observed. In this mixed solution, potassium dichromate and nitric acid oxidize the silicon film by a strong oxidizing action, and the hydrofluoric acid component etches the oxidized silicon film. In the amorphous part and the crystalline part, the amorphous silicon part is more easily oxidized,
Fast etching rate. When amorphous silicon and crystalline silicon are compared in this way, it is generally known that amorphous silicon is more easily oxidized.

【0026】上記2つの事実から、結晶化を助長する触
媒元素を導入して結晶化を行ったシリコン膜に対して表
面の酸化を行うと、アモルファス部分である結晶成長端
部分や結晶粒界部分での酸化が結晶質部分に比べて速く
進行する。この結晶成長端部分や結晶粒界部分は触媒元
素濃度が高いので触媒元素を含む酸化膜が形成され、後
のエッチングにより触媒元素が酸化膜と共に取り除かれ
る。この結果、結晶化シリコン膜中の触媒元素濃度を大
幅に低減することができる。酸化工程後の半導体膜中の
触媒元素濃度は、1×1019atoms/cm3以下と
するのが望ましく、このように低い触媒元素濃度とする
ことにより、高エネルギー照射時の触媒元素濃度の析出
を防止することができる。本発明者らの実験によれば、
触媒元素を導入して結晶化を行ったシリコン膜中の触媒
元素濃度は、酸化前に1×1019atoms/cm3
度であったのが、酸化後は1×1018cm3程度まで低
減できた。さらに、結晶化シリコン基板に対してこのよ
うな手法を適用すると、結晶化シリコン膜表面に付着し
ている有機物等、TFT作製時に特性劣化の要因となり
得る表面汚染物質も同時に清浄化することができる。
From the above two facts, when the surface of a crystallized silicon film is oxidized by introducing a catalyst element which promotes crystallization, the crystal growth end portion or the crystal grain boundary portion which is an amorphous portion is obtained. Oxidation proceeds faster than the crystalline portion. Since the concentration of the catalyst element is high in the crystal growth end portion and the crystal grain boundary portion, an oxide film containing the catalyst element is formed, and the catalyst element is removed together with the oxide film by the subsequent etching. As a result, the concentration of the catalytic element in the crystallized silicon film can be significantly reduced. It is desirable that the concentration of the catalytic element in the semiconductor film after the oxidation step is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. Can be prevented. According to our experiments,
The concentration of the catalyst element in the silicon film crystallized by introducing the catalyst element was about 1 × 10 19 atoms / cm 3 before oxidation, but reduced to about 1 × 10 18 cm 3 after oxidation. did it. Further, when such a method is applied to a crystallized silicon substrate, surface contaminants such as organic substances adhering to the surface of the crystallized silicon film, which can be a cause of characteristic deterioration during TFT fabrication, can be simultaneously cleaned. .

【0027】非晶質半導体膜に触媒元素を導入すると、
加熱により結晶核が発生し、その後結晶核を中心に放射
状に針状または柱状の結晶成長が起こる。特に、触媒元
素を非晶質半導体膜の一部に選択的に導入した場合、こ
の針状または柱状結晶は、導入領域から外側(非導入領
域側)に向かって基板面に沿って成長して行くので、結
晶成長方向を制御することができる。
When a catalytic element is introduced into the amorphous semiconductor film,
Crystal nuclei are generated by heating, and then needle-like or columnar crystal growth occurs radially around the crystal nuclei. In particular, when the catalyst element is selectively introduced into a part of the amorphous semiconductor film, the needle-like or columnar crystals grow along the substrate surface from the introduction region to the outside (non-introduction region side). As it goes, the crystal growth direction can be controlled.

【0028】非晶質半導体膜の一部に触媒元素を選択的
に導入する場合、触媒元素導入領域と薄膜トランジスタ
の作製領域とが重ならないように薄膜トランジスタを作
製するのが望ましい。その理由は以下の通りである。触
媒元素を選択的にシリコン膜中に導入して結晶をラテラ
ル成長させる場合、ラテラル成長の距離を充分に得るた
めには、触媒元素の導入量を全面導入の場合と比較して
10〜100倍程度とすることが必要である。このよう
に触媒元素が高濃度に導入された領域ではシリコン膜の
耐レーザ性や耐フッ酸性等が弱く表面荒れを起こし易
い。表面荒れが発生していると、TFTの移動度低下や
コンタクト不良の原因となるからである。そのため、触
媒元素の選択導入領域とTFTの素子形成領域とは重な
らないように配置するのが望ましい。
In the case where a catalytic element is selectively introduced into a part of the amorphous semiconductor film, it is desirable to manufacture the thin film transistor so that the catalytic element introduction region does not overlap with the thin film transistor manufacturing region. The reason is as follows. In the case where the catalyst element is selectively introduced into the silicon film and the crystal is laterally grown, in order to obtain a sufficient lateral growth distance, the amount of the catalyst element to be introduced is 10 to 100 times as compared with the case where the catalyst element is entirely introduced. It is necessary to be about. As described above, in the region where the catalytic element is introduced at a high concentration, the silicon film has weak laser resistance, hydrofluoric acid resistance, and the like, and is likely to cause surface roughness. This is because the occurrence of surface roughness causes a decrease in TFT mobility and a contact failure. Therefore, it is desirable to arrange the selective introduction region of the catalyst element and the element formation region of the TFT so as not to overlap.

【0029】また、触媒元素導入領域と薄膜トランジス
タの作製領域とが重ならないように、かつ、薄膜トラン
ジスタの作製領域が半導体膜の結晶成長端よりも内側
(導入領域側)になるように薄膜トランジスタを作製す
るのが望ましい。その理由は前述の内容と同様であり、
以下の通りである。触媒元素を選択的にシリコン膜中に
導入して結晶をラテラル成長させる場合、ラテラル成長
の距離を充分に得るためには、触媒元素の導入量を全面
導入の場合と比較して10〜100倍程度とすることが
必要である。このように触媒元素が高濃度に導入された
領域ではシリコン膜の耐レーザ性や耐フッ酸性等が弱く
表面荒れを起こし易い。表面荒れが発生していると、T
FTの移動度低下やコンタクト不良の原因となるからで
ある。そのため、触媒元素の選択導入領域とTFTの素
子形成領域とは重ならないように配置するのが望まし
い。
Further, the thin film transistor is manufactured so that the catalyst element introduction region does not overlap with the thin film transistor formation region and the thin film transistor formation region is inside (introduction region side) the crystal growth end of the semiconductor film. It is desirable. The reason is the same as above,
It is as follows. In the case where the catalyst element is selectively introduced into the silicon film and the crystal is laterally grown, in order to obtain a sufficient lateral growth distance, the amount of the catalyst element to be introduced is 10 to 100 times as compared with the case where the catalyst element is entirely introduced. It is necessary to be about. As described above, in the region where the catalytic element is introduced at a high concentration, the silicon film has weak laser resistance, hydrofluoric acid resistance, and the like, and is likely to cause surface roughness. If surface roughness occurs, T
This is because it causes a decrease in the mobility of the FT and a contact failure. Therefore, it is desirable to arrange the selective introduction region of the catalyst element and the element formation region of the TFT so as not to overlap.

【0030】触媒元素としては、Ni、Co、Pd、P
t、Fe、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、Asお
よびSbのうち、少なくとも一種を用いることができ、
これらの触媒元素により結晶化のための加熱処理温度を
500℃〜580℃程度まで低温化できる。
Ni, Co, Pd, P
At least one of t, Fe, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As and Sb can be used,
With these catalyst elements, the heat treatment temperature for crystallization can be lowered to about 500 ° C. to 580 ° C.

【0031】高エネルギー光の光源としてエキシマレー
ザーを用いるとエネルギー密度の高い光を容易に得るこ
とができるので、結晶粒界部を処理して高い結晶性の半
導体膜を得ることができる。また、ハロゲンランプを用
いると大面積にわたって同時に光を照射することがで
き、さらにプロセススループットの向上を図ることがで
きる。
When an excimer laser is used as a light source of high-energy light, light having a high energy density can be easily obtained, so that a crystal grain boundary portion can be processed to obtain a highly crystalline semiconductor film. When a halogen lamp is used, light can be irradiated over a large area at the same time, and the process throughput can be further improved.

【0032】半導体膜としてシリコン膜を用いると、C
VD装置を用いて500℃以下の温度で大面積にわたっ
て容易に良質な半導体膜を得ることができる。
When a silicon film is used as a semiconductor film, C
Using a VD apparatus, a high-quality semiconductor film can be easily obtained over a large area at a temperature of 500 ° C. or lower.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0034】(実施例1)図1(a)〜(d)は、実施
例1の半導体基板の製造方法の概要を示すプロセス断面
図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1A to 1D are process sectional views showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor substrate of Embodiment 1. FIG.

【0035】まず、図1(a)に示すように、ガラス等
の絶縁性基板表面を洗浄後、スパッタリング装置を用い
て二酸化シリコンを厚み200nm程度に堆積し、ベー
スコート膜101を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, after cleaning the surface of an insulating substrate such as glass, silicon dioxide is deposited to a thickness of about 200 nm using a sputtering device to form a base coat film 101.

【0036】その上に、化学気相成長法(CVD法)ま
たはスパッタリング法により厚み100nm程度の非晶
質シリコン膜を堆積させる。この非晶質シリコン膜の厚
みは、20〜150nmの範囲とすることができる。
An amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm is deposited thereon by chemical vapor deposition (CVD) or sputtering. The thickness of this amorphous silicon film can be in the range of 20 to 150 nm.

【0037】この非晶質シリコン膜に結晶化を助長する
触媒元素としてニッケルを導入後、基板全体に550℃
の温度で加熱処理を行う。この加熱処理により3〜10
分程度で結晶核が発生し、その後、この結晶核を中心と
して放射状に針状または柱状の結晶成長が起こる。図1
(a)は、この針状または柱状結晶領域102を横断す
る方向に基板を切断した場合の断面図であり、103は
結晶粒界部分の非晶質シリコン領域を示す。尚、ニッケ
ルの導入は、シリコン膜上に、直接または選択注入用の
マスクを形成した状態で、NiまたはNi−Si化合物
をスパッタ法等によって成膜した後、シリコン膜中にN
iを拡散させる方法、Ni電極を有するプラズマチャン
バ内でプラズマ処理によりNiを表面に堆積させた後、
シリコン膜中に拡散させる方法、またはイオンドープに
よりNiを注入する方法等により行うことができる。
After introducing nickel as a catalyst element for promoting crystallization into the amorphous silicon film, the entire substrate is heated at 550 ° C.
The heat treatment is performed at a temperature of. By this heat treatment, 3 to 10
A crystal nucleus is generated in about a minute, and thereafter, needle-like or columnar crystal growth radially occurs around the crystal nucleus. FIG.
(A) is a cross-sectional view when the substrate is cut in a direction crossing the needle-like or columnar crystal region 102, and 103 denotes an amorphous silicon region at a crystal grain boundary portion. It is to be noted that nickel is introduced by directly or directly forming a mask for selective implantation on a silicon film, and then forming a film of Ni or a Ni-Si compound by a sputtering method or the like, and then adding N
a method of diffusing i, after depositing Ni on the surface by plasma treatment in a plasma chamber having a Ni electrode,
It can be performed by a method of diffusing into a silicon film, a method of injecting Ni by ion doping, or the like.

【0038】次に、図1(b)に示すように、シリコン
膜表面の酸化を行う。この図において、104は酸化
膜、105は表面酸化前のシリコン膜表面、106は表
面酸化後のシリコン膜表面を示す。本実施例では、水蒸
気雰囲気中で600℃、12時間の熱酸化を行った。こ
の熱酸化によりシリコン膜の膜厚は約10nm減少し
た。ここで、特にシリコン膜とシリコン酸化膜との界面
106に着目すると、結晶質部分よりも非晶質部分(斜
線部)の方が酸化速度が速いので結晶粒界部分でより深
くまで酸化が進行している。また、ニッケル濃度が高い
結晶粒界部分での酸化が速く進行するので、シリコン膜
中に含まれるニッケル濃度を減少させることができる。
SIMS解析の結果、1×1019atoms/cm3
度から1×101 8atoms/cm3程度にまで減少し
たことが確認された。
Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the silicon film is oxidized. In this figure, 104 is an oxide film, 105 is a silicon film surface before surface oxidation, and 106 is a silicon film surface after surface oxidation. In this example, thermal oxidation was performed at 600 ° C. for 12 hours in a steam atmosphere. This thermal oxidation reduced the thickness of the silicon film by about 10 nm. Here, paying particular attention to the interface 106 between the silicon film and the silicon oxide film, since the oxidation rate is higher in the amorphous portion (shaded portion) than in the crystalline portion, the oxidation proceeds deeper in the crystal grain boundary portion. doing. Further, oxidation proceeds rapidly in the crystal grain boundary portion where the nickel concentration is high, so that the nickel concentration contained in the silicon film can be reduced.
SIMS analysis results, it was confirmed that was reduced to approximately 1 × 10 1 8 atoms / cm 3 from 1 × 10 19 atoms / cm 3 or so.

【0039】その後、図1(c)に示すように、表面の
酸化膜104を取り除く。この時、酸化膜と共にニッケ
ル元素が取り除かれる。また、シリコン膜表面の汚染物
質も同時に除去することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the oxide film 104 on the surface is removed. At this time, the nickel element is removed together with the oxide film. Further, contaminants on the surface of the silicon film can be removed at the same time.

【0040】この状態の基板に、図1(d)に示すよう
に、高エネルギー光としてエキシマレーザー光107を
照射すると、結晶粒界部分の非晶質シリコン領域103
が結晶中に取り込まれる。この図において、108は新
しい結晶粒界面であり、破線109はレーザー照射前の
結晶粒界面である。この実施例では、シリコン膜中に含
まれる濃度が上記表面酸化工程により低減されているの
で、レーザー光照射によるニッケルの析出は見られなか
った。
When the substrate in this state is irradiated with excimer laser light 107 as high-energy light, as shown in FIG.
Is taken into the crystal. In this figure, reference numeral 108 denotes a new crystal grain interface, and a broken line 109 denotes a crystal grain interface before laser irradiation. In this example, since the concentration contained in the silicon film was reduced by the surface oxidation step, no deposition of nickel due to laser beam irradiation was observed.

【0041】以上により、基板面内で均一性良く、ほぼ
単結晶に近い電気特性に優れた多結晶化シリコン膜が得
られた。
As described above, a polycrystallized silicon film having good uniformity in the substrate surface and excellent electric characteristics almost similar to a single crystal was obtained.

【0042】(実施例2)図2(a)〜(d)は、実施
例2の半導体基板の製造方法の概要を示すプロセス断面
図である。
(Embodiment 2) FIGS. 2A to 2D are process sectional views showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor substrate of Embodiment 2. FIG.

【0043】まず、図2(a)に示すように、ガラス等
の絶縁性基板表面を洗浄後、スパッタリング装置を用い
て二酸化シリコンを厚み200nm程度に堆積し、ベー
スコート膜201を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, after cleaning the surface of an insulating substrate such as glass, silicon dioxide is deposited to a thickness of about 200 nm using a sputtering device to form a base coat film 201.

【0044】その上に、化学気相成長法(CVD法)ま
たはスパッタリング法により厚み100nm程度の非晶
質シリコン膜を堆積させる。
An amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm is deposited thereon by chemical vapor deposition (CVD) or sputtering.

【0045】この非晶質シリコン膜に結晶化を助長する
触媒元素としてニッケルを導入後、基板全体に550℃
の温度で加熱処理を行う。この加熱処理により3〜10
分程度で結晶核が発生し、その後、この結晶核を中心と
して放射状に針状または柱状の結晶成長が起こる。図2
(a)は、この針状または柱状結晶領域202を横断す
る方向に基板を切断した場合の断面図であり、203は
結晶粒界部分の非晶質シリコン領域を示す。
After introducing nickel as a catalyst element for promoting crystallization into the amorphous silicon film, the entire substrate is heated to 550 ° C.
The heat treatment is performed at a temperature of. By this heat treatment, 3 to 10
A crystal nucleus is generated in about a minute, and thereafter, needle-like or columnar crystal growth radially occurs around the crystal nucleus. FIG.
(A) is a cross-sectional view of the substrate cut in a direction transverse to the needle-like or columnar crystal region 202, and 203 denotes an amorphous silicon region at a crystal grain boundary portion.

【0046】次に、図2(b)に示すように、シリコン
膜表面の酸化を行う。この図において、204は酸化
膜、205は表面酸化前のシリコン膜表面、206は表
面酸化後のシリコン膜表面を示す。本実施例では、水蒸
気雰囲気中で600℃、12時間の熱酸化を行った。こ
の熱酸化によりシリコン膜の膜厚は約10nm減少し
た。ここで、特にシリコン膜とシリコン酸化膜との界面
206に着目すると、結晶質部分よりも非晶質部分(斜
線部)の方が酸化速度が速いので結晶粒界部分でより深
くまで酸化が進行している。また、ニッケル濃度が高い
結晶粒界部分での酸化が速く進行するので、シリコン膜
中に含まれるニッケル濃度を減少させることができる。
SIMS解析の結果、1×1019atoms/cm3
度から1×101 8atoms/cm3程度にまで減少し
たことが確認された。
Next, as shown in FIG. 2B, the surface of the silicon film is oxidized. In this figure, reference numeral 204 denotes an oxide film, 205 denotes a silicon film surface before surface oxidation, and 206 denotes a silicon film surface after surface oxidation. In this example, thermal oxidation was performed at 600 ° C. for 12 hours in a steam atmosphere. This thermal oxidation reduced the thickness of the silicon film by about 10 nm. Here, paying particular attention to the interface 206 between the silicon film and the silicon oxide film, since the oxidation rate is higher in the amorphous portion (shaded portion) than in the crystalline portion, oxidation proceeds deeper in the crystal grain boundary portion. doing. Further, oxidation proceeds rapidly in the crystal grain boundary portion where the nickel concentration is high, so that the nickel concentration contained in the silicon film can be reduced.
SIMS analysis results, it was confirmed that was reduced to approximately 1 × 10 1 8 atoms / cm 3 from 1 × 10 19 atoms / cm 3 or so.

【0047】この状態の基板に、図2(c)に示すよう
に、高エネルギー光としてエキシマレーザー光207を
照射すると、結晶粒界部分の非晶質シリコン領域203
が結晶中に取り込まれる。この図において、208は新
しい結晶粒界面であり、破線209はレーザー照射前の
結晶粒界面である。この実施例では、シリコン膜中に含
まれる濃度が上記表面酸化工程により低減されているの
で、レーザー光照射によるニッケルの析出は見られなか
った。
When the substrate in this state is irradiated with excimer laser light 207 as high energy light, as shown in FIG.
Is taken into the crystal. In this figure, reference numeral 208 denotes a new crystal grain interface, and a broken line 209 denotes a crystal grain interface before laser irradiation. In this example, since the concentration contained in the silicon film was reduced by the surface oxidation step, no deposition of nickel due to laser beam irradiation was observed.

【0048】その後、図2(d)に示すように、表面の
酸化膜204を取り除く。この時、酸化膜と共にニッケ
ル元素が取り除かれる。また、シリコン膜表面の汚染物
質も同時に除去することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, the oxide film 204 on the surface is removed. At this time, the nickel element is removed together with the oxide film. Further, contaminants on the surface of the silicon film can be removed at the same time.

【0049】以上により、基板面内で均一性良く、ほぼ
単結晶に近い電気特性に優れた結晶性シリコン膜が得ら
れた。
As described above, a crystalline silicon film having good uniformity in the substrate surface and excellent electric properties almost similar to a single crystal was obtained.

【0050】(実施例3)図3(a)〜(f)は、実施
例3の半導体基板の製造方法の概要を示すプロセス断面
図である。
(Embodiment 3) FIGS. 3A to 3F are process sectional views showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor substrate of Embodiment 3. FIG.

【0051】まず、図3(a)に示すように、ガラス等
の絶縁性基板表面を洗浄後、スパッタリング装置を用い
て二酸化シリコンを厚み200nm程度に堆積し、ベー
スコート膜301を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, after cleaning the surface of an insulating substrate such as glass, silicon dioxide is deposited to a thickness of about 200 nm using a sputtering apparatus to form a base coat film 301.

【0052】その上に、化学気相成長法(CVD法)ま
たはスパッタリング法により厚み100nm程度の非晶
質シリコン膜302を堆積させる。この非晶質シリコン
膜の厚みは、20〜150nmの範囲とすることができ
る。
An amorphous silicon film 302 having a thickness of about 100 nm is deposited thereon by chemical vapor deposition (CVD) or sputtering. The thickness of this amorphous silicon film can be in the range of 20 to 150 nm.

【0053】次に、この非晶質シリコン膜302中、領
域303に結晶化を助長する触媒元素としてニッケルを
選択的に導入する。図3(a)は、この状態の断面図で
ある。
Next, nickel is selectively introduced into the region 303 in the amorphous silicon film 302 as a catalyst element for promoting crystallization. FIG. 3A is a cross-sectional view in this state.

【0054】その後、基板全体に550℃の温度で加熱
処理を行うと、3〜10分程度で結晶核が発生し、さら
に、この結晶核を中心として放射状に針状または柱状の
結晶成長が起こる。この針状または柱状結晶は、やが
て、図3(b)に矢印304で示すように、領域303
から外側(非導入領域)に向かって基板表面に沿って成
長して行く。尚、ニッケルの選択的導入は、シリコン膜
上に、選択注入用のマスクを形成した状態で、Niまた
はNi−Si化合物をスパッタ法等によって成膜した
後、シリコン膜中にNiを拡散させる方法、Ni電極を
有するプラズマチャンバ内でプラズマ処理によりNiを
表面に堆積させた後、シリコン膜中に拡散させる方法、
またはイオンドープによりNiを注入する方法等により
行うことができる。
Thereafter, when the entire substrate is subjected to a heat treatment at a temperature of 550 ° C., crystal nuclei are generated in about 3 to 10 minutes, and further, needle-like or columnar crystal growth occurs radially around the crystal nuclei. . This needle-like or columnar crystal eventually becomes a region 303 as shown by an arrow 304 in FIG.
Grows along the substrate surface from the outside toward the outside (non-introduction region). The nickel is selectively introduced by forming Ni or a Ni—Si compound by sputtering or the like with a mask for selective implantation formed on the silicon film, and then diffusing Ni into the silicon film. A method in which Ni is deposited on a surface by plasma treatment in a plasma chamber having a Ni electrode and then diffused into a silicon film;
Alternatively, it can be performed by a method of injecting Ni by ion doping or the like.

【0055】図3(c)に、加熱処理による結晶化が終
了した状態の基板断面図を示す。ニッケルの選択的導入
領域303に対して外側に針状または柱状の結晶領域
(ラテラル成長領域)305が存在し、さらにその外側
に結晶成長端領域306が存在する。ここで、選択的導
入領域303と結晶成長端領域306とは、針状または
柱状結晶領域305に比べてニッケル濃度が高くなって
いる。
FIG. 3C is a cross-sectional view of the substrate after the crystallization by the heat treatment has been completed. A needle-like or columnar crystal region (lateral growth region) 305 exists outside the nickel selective introduction region 303, and a crystal growth end region 306 exists outside that. Here, the selective introduction region 303 and the crystal growth end region 306 have a higher nickel concentration than the needle-like or columnar crystal region 305.

【0056】図3(d)に、図3(c)中に一点破線で
示した部分を紙面に垂直な面で切断した場合の断面図を
示す。この図において、307は針状または柱状結晶領
域を示し、308は核結晶粒界部の残存した非晶質シリ
コン領域を示す。
FIG. 3D is a cross-sectional view when a portion indicated by a dashed line in FIG. 3C is cut along a plane perpendicular to the paper surface. In this figure, reference numeral 307 denotes a needle-like or columnar crystal region, and reference numeral 308 denotes an amorphous silicon region where a core crystal grain boundary portion remains.

【0057】次に、図3(e)に示すように、シリコン
膜表面の酸化を行う。この図において、309は酸化
膜、310は表面酸化前のシリコン膜表面、311は表
面酸化後のシリコン膜表面を示す。本実施例では、水蒸
気雰囲気中で600℃、12時間の熱酸化を行った。こ
の熱酸化によりシリコン膜の膜厚は約10nm減少し
た。ここで、特にシリコン膜とシリコン酸化膜との界面
311に着目すると、結晶領域307よりも非晶質部分
の方が酸化速度が速いので結晶粒界領域308でより深
くまで酸化が進行している。また、ニッケル濃度が高い
結晶粒界領域308や結晶成長端での酸化が速く進行す
るので、シリコン膜中に含まれるニッケル濃度を減少さ
せることができる。SIMS解析の結果、ニッケル元素
の選択的導入領域303および結晶成長端部306では
1×1019atoms/cm3程度から1×1018at
oms/cm3程度にまで減少し、針状または柱状結晶
成長領域305では1×1018atoms/cm3程度
から4×1017atoms/cm3程度にまで減少した
ことが確認された。
Next, as shown in FIG. 3E, the surface of the silicon film is oxidized. In this figure, 309 indicates an oxide film, 310 indicates the surface of the silicon film before surface oxidation, and 311 indicates the surface of the silicon film after surface oxidation. In this example, thermal oxidation was performed at 600 ° C. for 12 hours in a steam atmosphere. This thermal oxidation reduced the thickness of the silicon film by about 10 nm. Here, paying particular attention to the interface 311 between the silicon film and the silicon oxide film, since the oxidation rate is higher in the amorphous portion than in the crystal region 307, the oxidation proceeds deeper in the crystal grain boundary region 308. . In addition, oxidation in the crystal grain boundary region 308 having a high nickel concentration and the crystal growth edge proceeds rapidly, so that the concentration of nickel contained in the silicon film can be reduced. As a result of the SIMS analysis, the selective introduction region 303 of the nickel element and the crystal growth end 306 have a density of about 1 × 10 19 atoms / cm 3 to 1 × 10 18 at.
oms / cm 3 , and in the acicular or columnar crystal growth region 305, it was confirmed to have decreased from about 1 × 10 18 atoms / cm 3 to about 4 × 10 17 atoms / cm 3 .

【0058】その後、図3(f)に示すように、表面の
酸化膜309を取り除く。この時、酸化膜と共にニッケ
ル元素が取り除かれる。また、シリコン膜表面の汚染物
質も同時に除去することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 3F, the oxide film 309 on the surface is removed. At this time, the nickel element is removed together with the oxide film. Further, contaminants on the surface of the silicon film can be removed at the same time.

【0059】この状態の基板に、高エネルギー光として
エキシマレーザー光312を照射すると、結晶粒界部分
の非晶質シリコン領域308が結晶中に取り込まれる。
この図において、314は新しい結晶粒界面であり、破
線313はレーザー照射前の結晶粒界面である。この実
施例では、シリコン膜中に含まれる濃度が上記表面酸化
工程により低減されているので、レーザー光照射による
ニッケルの析出は見られなかった。
When the substrate in this state is irradiated with excimer laser light 312 as high-energy light, the amorphous silicon region 308 at the crystal grain boundary is taken into the crystal.
In this figure, reference numeral 314 denotes a new crystal grain interface, and a broken line 313 denotes a crystal grain interface before laser irradiation. In this example, since the concentration contained in the silicon film was reduced by the surface oxidation step, no deposition of nickel due to laser beam irradiation was observed.

【0060】以上により、基板面内で均一性良く、ほぼ
単結晶に近い電気特性に優れた結晶性シリコン膜が得ら
れた。また、この結晶性シリコン膜の領域305では、
触媒元素導入領域303から非導入領域(外側)に向か
って針状または柱状結晶の成長方向が制御されていた。
As described above, a crystalline silicon film having good uniformity in the substrate surface and excellent electric characteristics almost similar to a single crystal was obtained. Further, in the region 305 of the crystalline silicon film,
The growth direction of the acicular or columnar crystals was controlled from the catalyst element introduction region 303 toward the non-introduction region (outside).

【0061】(実施例4)図4(a)〜(f)は、実施
例3の半導体基板の製造方法の概要を示すプロセス断面
図である。
Fourth Embodiment FIGS. 4A to 4F are process cross-sectional views showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor substrate of a third embodiment.

【0062】まず、図4(a)に示すように、ガラス等
の絶縁性基板表面を洗浄後、スパッタリング装置を用い
て二酸化シリコンを厚み200nm程度に堆積し、ベー
スコート膜401を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, after cleaning the surface of an insulating substrate such as glass, silicon dioxide is deposited to a thickness of about 200 nm using a sputtering apparatus to form a base coat film 401.

【0063】その上に、化学気相成長法(CVD法)ま
たはスパッタリング法により厚み100nm程度の非晶
質シリコン膜402を堆積させる。
An amorphous silicon film 402 having a thickness of about 100 nm is deposited thereon by chemical vapor deposition (CVD) or sputtering.

【0064】次に、この非晶質シリコン膜402中、領
域403に結晶化を助長する触媒元素としてニッケルを
選択的に導入する。図4(a)は、この状態の断面図で
ある。
Next, nickel is selectively introduced into the region 403 of the amorphous silicon film 402 as a catalyst element for promoting crystallization. FIG. 4A is a cross-sectional view in this state.

【0065】その後、基板全体に550℃の温度で加熱
処理を行うと、3〜10分程度で結晶核が発生し、さら
に、この結晶核を中心として放射状に針状または柱状の
結晶成長が起こる。この針状または柱状結晶は、やが
て、図4(b)に矢印404で示すように、領域403
から外側(非導入領域)に向かって基板表面に沿って成
長して行く。
Thereafter, when the entire substrate is subjected to a heat treatment at a temperature of 550 ° C., crystal nuclei are generated in about 3 to 10 minutes, and further, needle-like or columnar crystal growth occurs radially around the crystal nuclei. . This needle-like or columnar crystal eventually becomes a region 403 as shown by an arrow 404 in FIG.
Grows along the substrate surface from the outside toward the outside (non-introduction region).

【0066】図4(c)に、加熱処理による結晶化が終
了した状態の基板断面図を示す。ニッケルの選択的導入
領域403に対して外側に針状または柱状結晶領域(ラ
テラル成長領域)405が存在し、さらにその外側に結
晶成長端領域406が存在する。ここで、選択的導入領
域403と結晶成長端領域406とは、針状または柱状
の結晶領域405に比べてニッケル濃度が高くなってい
る。
FIG. 4C shows a cross-sectional view of the substrate in a state where the crystallization by the heat treatment has been completed. A needle-like or columnar crystal region (lateral growth region) 405 exists outside the nickel selective introduction region 403, and a crystal growth end region 406 exists outside the region. Here, the selective introduction region 403 and the crystal growth end region 406 have a higher nickel concentration than the needle-like or columnar crystal region 405.

【0067】図4(d)に、図4(c)中に一点破線で
示した部分を紙面に垂直な面で切断した場合の断面図を
示す。この図において、407は針状または柱状結晶領
域を示し、408は核結晶粒界部の非晶質残存部分を示
す。
FIG. 4D is a cross-sectional view when a portion indicated by a dashed line in FIG. 4C is cut along a plane perpendicular to the paper surface. In this drawing, reference numeral 407 denotes a needle-like or columnar crystal region, and reference numeral 408 denotes an amorphous remaining portion at the core crystal grain boundary.

【0068】次に、図4(e)に示すように、シリコン
膜表面の酸化を行う。この図において、409は酸化
膜、410は表面酸化前のシリコン膜表面、411は表
面酸化後のシリコン膜表面を示す。本実施例では、水蒸
気雰囲気中で600℃、12時間の熱酸化を行った。こ
の熱酸化によりシリコン膜の膜厚は約10nm減少し
た。ここで、特にシリコン膜とシリコン酸化膜との界面
411に着目すると、結晶質部分407よりも非晶質部
分の方が酸化速度が速いので結晶粒界部分408でより
深くまで酸化が進行している。また、ニッケル濃度が高
い結晶粒界部分408や結晶成長端での酸化が速く進行
するので、シリコン膜中に含まれるニッケル濃度を減少
させることができる。SIMS解析の結果、ニッケル元
素の選択的導入領域403および結晶成長端部406で
は1×1019atoms/cm3程度から1×1018
toms/cm3程度にまで減少し、針状または柱状結
晶成長領域405では1×1018atoms/cm3
度から4×1017atoms/cm3程度にまで減少し
たことが確認された。
Next, as shown in FIG. 4E, the surface of the silicon film is oxidized. In this figure, 409 is an oxide film, 410 is a silicon film surface before surface oxidation, and 411 is a silicon film surface after surface oxidation. In this example, thermal oxidation was performed at 600 ° C. for 12 hours in a steam atmosphere. This thermal oxidation reduced the thickness of the silicon film by about 10 nm. Here, paying particular attention to the interface 411 between the silicon film and the silicon oxide film, since the oxidation rate of the amorphous portion is faster than that of the crystalline portion 407, the oxidation proceeds deeper in the crystal grain boundary portion 408. I have. In addition, oxidation at the crystal grain boundary portion 408 with a high nickel concentration and at the crystal growth end proceeds rapidly, so that the concentration of nickel contained in the silicon film can be reduced. As a result of the SIMS analysis, the selective introduction region 403 of the nickel element and the crystal growth end 406 have a density of about 1 × 10 19 atoms / cm 3 to 1 × 10 18 a.
It was confirmed that the density decreased to about toms / cm 3 , and decreased to about 4 × 10 17 atoms / cm 3 from about 1 × 10 18 atoms / cm 3 in the acicular or columnar crystal growth region 405.

【0069】この状態の基板に、図4(f)に示すよう
に、高エネルギー光としてエキシマレーザー412を照
射すると、結晶粒界部分の非晶質部分408が結晶中に
取り込まれる。この図において、414は新しい結晶粒
界面であり、破線413はレーザー照射前の結晶粒界面
である。この実施例では、シリコン膜中に含まれる濃度
が上記表面酸化工程により低減されているので、レーザ
ー光照射によるニッケルの析出は見られなかった。
When the substrate in this state is irradiated with an excimer laser 412 as high-energy light as shown in FIG. 4F, the amorphous portion 408 at the crystal grain boundary portion is taken into the crystal. In this figure, reference numeral 414 denotes a new crystal grain interface, and broken line 413 denotes a crystal grain interface before laser irradiation. In this example, since the concentration contained in the silicon film was reduced by the surface oxidation step, no deposition of nickel due to laser beam irradiation was observed.

【0070】その後、表面の酸化膜409を取り除く。
この時、酸化膜と共にニッケル元素が取り除かれる。ま
た、シリコン膜表面の汚染物質も同時に除去することが
できる。
After that, the oxide film 409 on the surface is removed.
At this time, the nickel element is removed together with the oxide film. Further, contaminants on the surface of the silicon film can be removed at the same time.

【0071】以上により、基板面内で均一性良く、ほぼ
単結晶に近い電気特性に優れた結晶性シリコン膜が得ら
れた。また、この結晶性シリコン膜の領域405では、
触媒元素導入領域403から非導入領域(外側)に向か
って針状または柱状結晶の成長方向が制御されていた。
As described above, a crystalline silicon film having good uniformity in the substrate surface and excellent electric characteristics almost similar to a single crystal was obtained. Further, in the region 405 of the crystalline silicon film,
The growth direction of the acicular or columnar crystals was controlled from the catalyst element introduction region 403 toward the non-introduction region (outside).

【0072】上記実施例1〜4で得られた結晶性シリコ
ン膜をTFTの活性領域として半導体装置を作製する
と、ほぼ単結晶シリコンに極めて近い良好な結晶性を有
する結晶性シリコン膜をTFTの活性領域とすることが
できるので高い電界効果移動度を得ることができる。こ
の結晶性シリコン膜は触媒元素濃度が低いので、オフ特
性の劣化が生じず、作製時に触媒元素の析出がないので
電流リークや移動度の劣化、コンタクト不良等が生じな
い。よって、信頼性および電気的安定性に優れた半導体
装置を得ることができる。
When a semiconductor device is manufactured using the crystalline silicon film obtained in Examples 1 to 4 as an active region of a TFT, a crystalline silicon film having good crystallinity, which is very close to single-crystal silicon, is formed. Since it can be a region, high field-effect mobility can be obtained. Since the crystalline silicon film has a low concentration of the catalytic element, the off-characteristics do not deteriorate, and since there is no precipitation of the catalytic element at the time of fabrication, current leakage, mobility deterioration, and contact failure do not occur. Therefore, a semiconductor device with excellent reliability and electrical stability can be obtained.

【0073】(実施例5)この実施例では、実施例3ま
たは4と同様にして作製した半導体基板上に、図5に示
すような配置でTFTを作製した。
Example 5 In this example, TFTs were formed on a semiconductor substrate manufactured in the same manner as in Example 3 or 4, with the arrangement shown in FIG.

【0074】この図において、501は結晶化を助長す
る触媒元素の選択的導入領域を示す。触媒元素の導入
後、基板全体に加熱処理を行うと3〜10分程度で領域
501内に結晶核が発生し、さらに加熱を続けるとこの
結晶核を中心として放射状に針状または柱状の結晶成長
が起こる。この針状または柱状結晶は、やがて、矢印5
03に示すように、領域501から外側(非導入領域)
に向かって基板表面に沿って成長して行く。曲線502
は、加熱処理終了時の結晶成長端を示す。
In this figure, reference numeral 501 denotes a selective introduction region of a catalytic element for promoting crystallization. After the introduction of the catalytic element, if the entire substrate is subjected to heat treatment, a crystal nucleus is generated in the region 501 in about 3 to 10 minutes, and if the heating is further continued, a needle-like or columnar crystal grows radially around the crystal nucleus Happens. This needle-like or columnar crystal eventually becomes the arrow 5
03, outside (non-introduction area) from area 501
Grows along the substrate surface toward. Curve 502
Indicates the crystal growth end at the end of the heat treatment.

【0075】この半導体装置において、TFTは、触媒
元素の選択導入領域501の外側である領域504に配
置されており、上述した作用の欄で説明した理由により
良好な電気特性を有するTFTを得ることができる。
In this semiconductor device, the TFT is arranged in the region 504 outside the selective introduction region 501 of the catalytic element, and it is possible to obtain a TFT having good electric characteristics for the reason described in the above-mentioned section of the operation. Can be.

【0076】(実施例6)この実施例では、実施例3ま
たは4と同様にして作製した半導体基板上に、図6に示
すような配置でTFTを作製した。
Example 6 In this example, TFTs were manufactured on a semiconductor substrate manufactured in the same manner as in Example 3 or 4, with the arrangement shown in FIG.

【0077】この図において、601は結晶化を助長す
る触媒元素の選択的導入領域を示す。触媒元素の導入
後、基板全体に加熱処理を行うと3〜10分程度で領域
601内に結晶核が発生し、さらに加熱を続けるとこの
結晶核を中心として放射状に針状または柱状の結晶成長
が起こる。この針状または柱状結晶は、やがて、矢印6
03に示すように、領域601から外側(非導入領域)
に向かって基板表面に沿って成長して行く。曲線602
は、加熱処理終了時の結晶成長端を示す。
In this figure, reference numeral 601 denotes a selective introduction region of a catalytic element for promoting crystallization. When the entire substrate is subjected to heat treatment after the introduction of the catalytic element, a crystal nucleus is generated in the region 601 in about 3 to 10 minutes. Happens. This needle-like or columnar crystal eventually becomes an arrow 6
03, outside the region 601 (non-introduction region)
Grows along the substrate surface toward. Curve 602
Indicates the crystal growth end at the end of the heat treatment.

【0078】この半導体装置において、TFTは、触媒
元素の選択導入領域601の外側で、かつ、結晶成長端
602の内側である領域604に配置されており、上述
した作用の欄で説明した理由により、良好な電気特性を
有するTFTを得ることができる。
In this semiconductor device, the TFT is arranged in the region 604 outside the selective introduction region 601 of the catalyst element and inside the crystal growth end 602, and for the reason explained in the above-mentioned operation section. Thus, a TFT having good electric characteristics can be obtained.

【0079】以上、本発明の実施例について具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の技術思想に基づいて各種の変形が可能であ
る。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the technical concept of the present invention.

【0080】上記実施例において、ベースコート膜に必
要な膜厚は基板の表面状態によって異なり、十分に平坦
でかつナトリウムイオン等の半導体特性に悪影響を与え
るイオン濃度が十分に低い基板であれば、省略すること
も可能である。逆に、表面の状態が悪く、傷や凹凸の激
しい基板であれば、上記膜厚よりも厚く堆積させる必要
がある。
In the above embodiment, the film thickness required for the base coat film depends on the surface condition of the substrate, and is omitted if the substrate is sufficiently flat and has a sufficiently low ion concentration such as sodium ions that adversely affects semiconductor characteristics such as sodium ions. It is also possible. Conversely, if the substrate has a poor surface condition and severe scratches and irregularities, it is necessary to deposit the film thicker than the above film thickness.

【0081】結晶化を助長する触媒元素としてはニッケ
ルを例に挙げているが、Ni、Co、Pd、Pt、F
e、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、AsおよびS
bのうち、少なくとも一種であればいずれを用いてもよ
い。
Nickel is given as an example of a catalyst element for promoting crystallization, but Ni, Co, Pd, Pt, F
e, Cu, Ag, Au, In, Sn, P, As and S
Any one of b may be used as long as it is at least one.

【0082】シリコン膜の酸化方法としては、HClや
ハロゲンガスあるいは酸素ガスを用いた熱酸化等、他の
方法を用いても同様の効果を得ることができる。
The same effect can be obtained by using another method such as thermal oxidation using HCl, a halogen gas or an oxygen gas as the method of oxidizing the silicon film.

【0083】高エネルギー光の光源としてはエキシマレ
ーザーを用いているが、ハロゲンランプや連続波レーザ
ー等他の光源を用いてもよい。エキシマレーザーにはエ
ネルギー密度の高い光を容易に得ることができるという
利点があり、また、ハロゲンランプには大面積に渡って
同時に光を照射できるのでプロセススループットを向上
できるという利点がある。
Although an excimer laser is used as a light source for high energy light, other light sources such as a halogen lamp and a continuous wave laser may be used. Excimer lasers have the advantage that light with a high energy density can be easily obtained, and halogen lamps have the advantage that they can simultaneously irradiate light over a large area, thereby improving process throughput.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、結晶化を助長する触媒元素を導入して非晶質
膜を結晶化させているので、プロセス温度を550℃程
度の低温に抑えて短時間の処理により結晶性半導体膜を
作製することができる。この際、触媒元素を選択的に導
入することにより、結晶成長方向を制御することができ
る。また、結晶化された半導体膜表面を酸化することに
より触媒元素濃度を低減し、膜表面の汚染物質除去も同
時に行うことができる。さらに、高エネルギー光を照射
して粒界処理を行うことにより、ほぼ単結晶に近い良好
な結晶性半導体膜を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the amorphous film is crystallized by introducing a catalyst element which promotes crystallization, the process temperature is reduced to about 550 ° C. A crystalline semiconductor film can be manufactured by a short-time treatment at a low temperature. At this time, the crystal growth direction can be controlled by selectively introducing the catalyst element. Further, by oxidizing the surface of the crystallized semiconductor film, the concentration of the catalytic element can be reduced, and contaminants on the film surface can be removed at the same time. Further, by performing high-energy light irradiation and performing grain boundary treatment, a favorable crystalline semiconductor film which is almost single crystal can be obtained.

【0085】この結晶性半導体膜を用いてTFTを作製
すると、オン・オフ比が大きく、低リーク電流・高移動
度のTFTとすることができ、信頼性および電気的安定
性に優れた半導体装置を提供することができる。
When a TFT is manufactured using this crystalline semiconductor film, a TFT having a large on / off ratio, a low leakage current and a high mobility can be obtained, and a semiconductor device excellent in reliability and electrical stability can be obtained. Can be provided.

【0086】また、最高プロセス温度を600℃程度に
抑え、結晶化時間を短縮できるので、近年量産化が実現
し始めている歪み点650℃程度の板ガラスを基板とし
て利用できる。よって、直視タイプのドライバモノリシ
ック型大画面液晶表示装置の量産を実現化能にすること
ができる。
Further, since the maximum process temperature is suppressed to about 600 ° C. and the crystallization time can be shortened, a plate glass having a strain point of about 650 ° C., which has recently started to be mass-produced, can be used as a substrate. Therefore, mass production of a direct-view type driver monolithic large-screen liquid crystal display device can be realized.

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

【図1】実施例1の半導体基板の製造方法を示すプロセ
ス断面図である。
FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate of Example 1.

【図2】実施例2の半導体基板の製造方法を示すプロセ
ス断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate of Example 2.

【図3】実施例3の半導体基板の製造方法を示すプロセ
ス断面図である。
FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate of Example 3;

【図4】実施例4の半導体基板の製造方法を示すプロセ
ス断面図である。
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate of Example 4;

【図5】実施例5の半導体装置におけるTFTの作製領
域の配置図である。
FIG. 5 is a layout view of a manufacturing region of a TFT in the semiconductor device of Example 5;

【図6】実施例6の半導体装置におけるTFTの作製領
域の配置図である。
FIG. 6 is a layout view of a TFT manufacturing region in a semiconductor device of Example 6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401 ベースコート膜 102、202、305、307、405、407 針
状または柱状結晶領域 103、203、308 非晶質シリコン領域(結晶粒
界領域) 408 非晶質残存部分(結晶粒界部分) 104、204、309、409 酸化膜 105、205、310、410 表面酸化前のシリコ
ン膜表面 106、206、311、411 表面酸化後のシリコ
ン膜表面(界面) 107、207、312、412 エキシマレーザー光 108、208、313、413 結晶粒界面 109、209、314、414 結晶粒界面 302、402 シリコン膜 303、403 選択導入領域(領域) 304、404 矢印(成長方向) 306、406 結晶成長端領域
101, 201, 301, 401 Base coat film 102, 202, 305, 307, 405, 407 Needle or columnar crystal region 103, 203, 308 Amorphous silicon region (grain boundary region) 408 Amorphous remaining portion (crystal Grain boundary portion) 104, 204, 309, 409 Oxide film 105, 205, 310, 410 Silicon film surface before surface oxidation 106, 206, 311, 411 Silicon film surface after surface oxidation (interface) 107, 207, 312, 412 Excimer laser beam 108, 208, 313, 413 Crystal grain interface 109, 209, 314, 414 Crystal grain interface 302, 402 Silicon film 303, 403 Selective introduction region (region) 304, 404 Arrow (growth direction) 306, 406 Crystal Growth edge area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/336 H01L 29/78 627G 29/786 (56)参考文献 特開 平6−267988(JP,A) 特開 平4−196312(JP,A) 特開 平6−181178(JP,A) 特開 平8−8181(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/20 H01L 29/786 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/336 H01L 29/78 627G 29/786 (56) References JP-A-6-267988 (JP, A) JP-A-4 -196312 (JP, A) JP-A-6-181178 (JP, A) JP-A-8-8181 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/20 H01L 29/786

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板もしくは表面に絶縁膜が堆積
された基板上に、結晶性を有する半導体膜が形成された
半導体基板の製造方法であって、 基板上に少なくとも非晶質半導体膜を形成する工程と、 該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を、該非
晶質半導体膜に導入する工程と、 該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜を結晶
化させる工程と、 結晶化された半導体膜表面を酸化する工程と、 酸化された半導体膜に高エネルギー光を照射する工程と
を含む半導体基板の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor substrate comprising a semiconductor substrate having crystallinity formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on a surface thereof, wherein at least an amorphous semiconductor film is formed on the substrate. Forming, a step of introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into the amorphous semiconductor film, and a step of crystallizing the amorphous semiconductor film by heating the entire substrate. A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: oxidizing a surface of a crystallized semiconductor film; and irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light.
【請求項2】 絶縁性基板もしくは表面に絶縁膜が堆積
された基板上に、結晶性を有する半導体膜が形成された
半導体基板の製造方法であって、 基板上に少なくとも非晶質半導体膜を形成する工程と、 該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を、該非
晶質半導体膜の一部に選択的に導入する工程と、 該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜を結晶
化させる工程と、 結晶化された半導体膜表面を酸化する工程と、 酸化された半導体膜に高エネルギー光を照射する工程と
を含む半導体基板の製造方法。
2. A method for manufacturing a semiconductor substrate in which a semiconductor film having crystallinity is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on a surface thereof, wherein at least an amorphous semiconductor film is formed on the substrate. Forming, a step of selectively introducing a catalyst element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film, and heating the entire substrate to form the amorphous semiconductor film. A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: crystallizing a semiconductor film; oxidizing a surface of the crystallized semiconductor film; and irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light.
【請求項3】 絶縁性基板もしくは表面に絶縁膜が堆積
された基板上に、結晶性を有する半導体膜を用いた薄膜
トランジスタが作製された半導体装置の製造方法であっ
て、 基板上に少なくとも非晶質半導体膜を形成する工程と、 該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を、該非
晶質半導体膜の一部に選択的に導入する工程と、 該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜を結晶
化させる工程と、 結晶化された半導体膜表面を酸化する工程と、 酸化された半導体膜に高エネルギー光を照射する工程
と、 該触媒元素が選択的に導入された領域と薄膜トランジス
タの作製領域とが重ならないように薄膜トランジスタを
作製する工程とを含む半導体装置の製造方法。
3. A method for manufacturing a semiconductor device in which a thin film transistor using a semiconductor film having crystallinity is formed over an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on a surface thereof, wherein at least an amorphous film is formed on the substrate. Forming a crystalline semiconductor film; selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film; Crystallizing the amorphous semiconductor film, oxidizing the crystallized semiconductor film surface, irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light, and selectively introducing the catalytic element. And a step of manufacturing a thin film transistor so that a manufacturing region of the thin film transistor does not overlap.
【請求項4】 絶縁性基板もしくは表面に絶縁膜が堆積
された基板上に、結晶性を有する半導体膜を用いた薄膜
トランジスタが作製された半導体装置の製造方法であっ
て、 基板上に少なくとも非晶質半導体膜を形成する工程と、 該非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を、該非
晶質半導体膜の一部に選択的に導入する工程と、 該基板全体を加熱することにより非晶質半導体膜を結晶
化させる工程と、 結晶化された半導体膜表面を酸化する工程と、 酸化された半導体膜に高エネルギー光を照射する工程
と、 該触媒元素が選択的に導入された領域と薄膜トランジス
タの作製領域とが重ならないように、かつ、薄膜トラン
ジスタの作製領域が該半導体膜の結晶成長端よりも内側
になるように薄膜トランジスタを作製する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device in which a thin film transistor using a semiconductor film having crystallinity is formed on an insulating substrate or a substrate having an insulating film deposited on a surface thereof, wherein at least an amorphous film is formed on the substrate. Forming a crystalline semiconductor film; selectively introducing a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film into a part of the amorphous semiconductor film; Crystallizing the amorphous semiconductor film, oxidizing the crystallized semiconductor film surface, irradiating the oxidized semiconductor film with high-energy light, and selectively introducing the catalytic element. And forming a thin film transistor such that the thin film transistor is not overlapped with the thin film transistor formation region and the thin film transistor formation region is inside the crystal growth end of the semiconductor film. Method of manufacturing a body apparatus.
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