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JP2004343039A - Semiconductor structure, semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing them - Google Patents

Semiconductor structure, semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing them Download PDF

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JP2004343039A
JP2004343039A JP2003399661A JP2003399661A JP2004343039A JP 2004343039 A JP2004343039 A JP 2004343039A JP 2003399661 A JP2003399661 A JP 2003399661A JP 2003399661 A JP2003399661 A JP 2003399661A JP 2004343039 A JP2004343039 A JP 2004343039A
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film
crystal semiconductor
channel region
crystal
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Application number
JP2003399661A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Hiramatsu
雅人 平松
Yoshinobu Kimura
嘉伸 木村
Hiroyuki Ogawa
裕之 小川
Masayuki Jumonji
正之 十文字
Yoshitaka Yamamoto
良高 山元
Masakiyo Matsumura
正清 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Original Assignee
Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor structure, a semiconductor device, and a method and apparatus for manufacturing them which can improve the electric characteristic of an active element. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a non-single-crystal semiconductor film (14), a supporting substrate (12) for supporting the non-single-crystal semiconductor film (14), and an active element (10) having a portion of the non-single-crystal semiconductor film (14) as its channel region (22). Especially, the channel region (22) has its oxygen and carbon concentration both of which do not exceed 1×10<SP>18</SP>atoms/cm<SP>3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非単結晶半導体膜が支持基板によって支持される半導体構造物、半導体装置、これらの製造方法および製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor structure in which a non-single-crystal semiconductor film is supported by a supporting substrate, a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus.

近年のアクティブマトリクス型液晶表示装置では、多結晶半導体薄膜トランジスタが画素スイッチング素子<pixel switching element>として用いられるようになった。この多結晶薄膜トランジスタは複数の結晶粒<crystal grain>を含む多結晶半導体膜内に配置されたチャネル領域を有する。このチャネル領域内のキャリア(すなわち、電子または正孔)は非晶質半導体膜内に配置されたチャネル領域内のキャリアの10倍〜100倍程度速く移動する。従って、多結晶半導体薄膜トランジスタは画素スイッチング素子として高速に動作する。また、これと同様な多結晶半導体薄膜トランジスタ群で映像処理回路を構築して液晶表示装置に組み込むことにより、画素数の増大に伴って要求される演算時間の短縮にも対処できるようになる。   In a recent active matrix type liquid crystal display device, a polycrystalline semiconductor thin film transistor has been used as a pixel switching element. This polycrystalline thin film transistor has a channel region arranged in a polycrystalline semiconductor film including a plurality of crystal grains. The carriers (ie, electrons or holes) in the channel region move about 10 to 100 times faster than the carriers in the channel region arranged in the amorphous semiconductor film. Therefore, the polycrystalline semiconductor thin film transistor operates at high speed as a pixel switching element. In addition, by constructing an image processing circuit using a similar group of polycrystalline semiconductor thin film transistors and incorporating the same in a liquid crystal display device, it becomes possible to cope with a reduction in calculation time required as the number of pixels increases.

多結晶半導体膜は、例えばエキシマレーザ結晶化法によりアモルファスシリコン等の半導体膜を溶融再結晶化することにより得られる。このエキシマレーザ結晶化法は半導体膜に生成される結晶粒を大粒径に成長させて、キャリアの移動を阻害する結晶粒界<crystal grain boundary>の数を大幅に低減することができるため、従来から広く用いられている。   The polycrystalline semiconductor film is obtained, for example, by melting and recrystallizing a semiconductor film of amorphous silicon or the like by an excimer laser crystallization method. This excimer laser crystallization method allows the crystal grains generated in the semiconductor film to grow to a large grain size, and significantly reduces the number of crystal grain boundaries that hinder carrier movement. It has been widely used in the past.

ここで、多結晶半導体薄膜トランジスタの製造工程について説明する。図1(a)から図1(f)は多結晶半導体薄膜トランジスタの一例であるポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す。このポリシリコン薄膜トランジスタのチャネル領域は上述したエキシマレーザ結晶化法を用いて形成されるポリシリコン膜内に配置される。   Here, a manufacturing process of the polycrystalline semiconductor thin film transistor will be described. 1A to 1F show a process for manufacturing a polysilicon thin film transistor which is an example of a polycrystalline semiconductor thin film transistor. The channel region of the polysilicon thin film transistor is disposed in a polysilicon film formed by using the above-described excimer laser crystallization method.

図1(a)に示す工程では、下地絶縁層102がガラス基板101上に形成され、非晶質シリコン膜103が下地絶縁層102上に形成され、この後、脱水素処理<dehydrogenation treatment>が非晶質シリコン膜103に対して施される。   In the step shown in FIG. 1A, a base insulating layer 102 is formed on a glass substrate 101, an amorphous silicon film 103 is formed on the base insulating layer 102, and thereafter, a dehydrogenation treatment is performed. This is performed on the amorphous silicon film 103.

図1(b)に示す工程では、ガラス基板101が矢印105の方向に移動され、エキシマレーザ光がガラス基板101と一緒に移動する非晶質シリコン膜103に照射される。このようなレーザ光の走査により、非晶質シリコン膜103は図1(c)に示すポリシリコン膜106に溶融再結晶化される。   In the step shown in FIG. 1B, the glass substrate 101 is moved in a direction indicated by an arrow 105, and an excimer laser beam is applied to the amorphous silicon film 103 which moves together with the glass substrate 101. By the scanning with the laser light, the amorphous silicon film 103 is melted and recrystallized into the polysilicon film 106 shown in FIG.

図1(d)に示す工程では、ポリシリコン膜106が薄膜トランジスタの一部として必要な所定領域を残して下地絶縁層102から除去される。続いて、ゲート絶縁膜107がポリシリコン膜106および下地絶縁層を覆うように形成される。   In the step shown in FIG. 1D, the polysilicon film 106 is removed from the base insulating layer 102 except for a predetermined region required as a part of the thin film transistor. Subsequently, a gate insulating film 107 is formed to cover the polysilicon film 106 and the base insulating layer.

図1(e)に示す工程では、ゲート電極層110がゲート絶縁膜107上に形成される。このゲート電極層110は、n型またはp型の不純物をポリシリコン膜106に注入するためのマスクを兼ねる。この不純物はゲート絶縁膜107を介してポリシリコン膜106に注入され、これによりポリシリコン膜106においてゲート電極層110の両側に位置するソース領域108およびドレイン領域109を形成する。   In the step shown in FIG. 1E, the gate electrode layer 110 is formed on the gate insulating film 107. The gate electrode layer 110 also serves as a mask for implanting n-type or p-type impurities into the polysilicon film 106. This impurity is injected into the polysilicon film 106 via the gate insulating film 107, thereby forming a source region 108 and a drain region 109 located on both sides of the gate electrode layer 110 in the polysilicon film 106.

図1(f)に示す工程では、層間絶縁膜111がゲート絶縁膜107およびゲート電極層110を覆って形成される。この後、加熱処理がソース領域108およびドレイン領域109内の不純物を活性化するために行われる。ゲート絶縁膜107および層間絶縁膜111はソース領域108およびドレイン領域109をそれぞれ露出する一対のコンタクトホールを形成するように部分的に除去され、ソース電極層112およびドレイン電極層113がこれらコンタクトホールにおいてソース領域108およびドレイン領域109に電気的にコンタクトするように形成される。金属配線層114は薄膜トランジスタに電気的な信号を伝達する配線としてドレイン電極113にコンタクトして形成される。   In the step shown in FIG. 1F, an interlayer insulating film 111 is formed to cover the gate insulating film 107 and the gate electrode layer 110. After that, heat treatment is performed to activate impurities in the source region 108 and the drain region 109. The gate insulating film 107 and the interlayer insulating film 111 are partially removed so as to form a pair of contact holes exposing the source region 108 and the drain region 109, respectively, and the source electrode layer 112 and the drain electrode layer 113 are removed in these contact holes. It is formed to be in electrical contact with the source region 108 and the drain region 109. The metal wiring layer 114 is formed in contact with the drain electrode 113 as a wiring for transmitting an electric signal to the thin film transistor.

ポリシリコン薄膜トランジスタは上述のような製造工程を経て製造される。この薄膜トランジスタでは、ゲート電圧がソース領域108およびドレイン領域109間に配置されたチャネル領域115に流れる電流を制御するためにゲート電極層110に印加される。このポリシリコン薄膜トランジスタおよびその製造方法は、例えば特許文献1(特開2002−289865号公報の第4〜5頁および図1)に開示される。   The polysilicon thin film transistor is manufactured through the above manufacturing steps. In this thin film transistor, a gate voltage is applied to the gate electrode layer 110 to control a current flowing in a channel region 115 disposed between the source region 108 and the drain region 109. This polysilicon thin film transistor and its manufacturing method are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-289865, pp. 4-5 and FIG.

しかし、従来の多結晶半導体薄膜トランジスタの構造および製造方法は、液晶表示装置に適用する上で重要な薄膜トランジスタの電気的な特性を劣化させる要因を含んでいる。   However, the structure and manufacturing method of a conventional polycrystalline semiconductor thin film transistor include factors that degrade electrical characteristics of the thin film transistor, which are important for application to a liquid crystal display device.

以下は、本願発明者による考察の結果である。   The following is the result of consideration by the present inventor.

(1) チャネル領域は原子構造的な欠陥を生じさせる不純物元素を含む。この欠陥は電気伝導を生起させるキャリアに対してトラップとして作用し、これによりチャネル領域内のキャリアの移動を阻害する。このような不純物元素はソースおよびドレイン領域に注入される不純物元素とは本質的に区別されるべき汚染物<contaminant>であり、具体的には酸素や炭素のように大気に含まれる元素(軽元素)である。このような元素は従来の半導体製造装置の成膜室内に残留し、成膜処理中に半導体膜に混入する。   (1) The channel region contains an impurity element that causes an atomic structural defect. This defect acts as a trap for carriers that cause electrical conduction, thereby hindering the movement of carriers in the channel region. Such an impurity element is a contaminant that should be essentially distinguished from the impurity element implanted into the source and drain regions, and specifically includes elements contained in the atmosphere (light elements such as oxygen and carbon). Element). Such an element remains in a film formation chamber of a conventional semiconductor manufacturing apparatus and is mixed into a semiconductor film during a film formation process.

(2) また、成膜室の内壁材料の成分である金属元素は物理的または化学的に分離または遊離して成膜室内に浮遊しており、これら元素も成膜処理中に半導体膜に混入し、半導体の電気的特性自体を変化させる。このような金属元素として、クロム、カリウム、ナトリウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、亜鉛、コバルト、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、マンガン、バナジウム、タングステン等がある。   (2) In addition, metal elements which are components of the inner wall material of the film formation chamber are physically or chemically separated or separated and float in the film formation chamber, and these elements are also mixed into the semiconductor film during the film formation process. Then, the electrical characteristics of the semiconductor itself are changed. Examples of such metal elements include chromium, potassium, sodium, aluminum, calcium, titanium, zinc, cobalt, copper, iron, nickel, molybdenum, manganese, vanadium, and tungsten.

(3) さらに、半導体膜の支持基板は耐熱温度が高々600℃程度のガラス基板である。この支持基板としては、アニールレスガラスやプラスチック基板も利用可能であるが、これらの耐熱温度はさらに低い。上述した軽元素や金属元素を半導体膜から除去するゲッタリング処理は支持基板の耐熱温度を超える高温を必要とするため、このゲッタリング処理を支持基板に適用することができない。   (3) Further, the supporting substrate for the semiconductor film is a glass substrate having a heat-resistant temperature of at most about 600 ° C. As this support substrate, annealed glass or plastic substrate can be used, but their heat-resistant temperatures are even lower. The above-described gettering process for removing a light element or a metal element from a semiconductor film requires a high temperature exceeding the heat-resistant temperature of the supporting substrate, so that the gettering process cannot be applied to the supporting substrate.

また、特開2002−289865号公報は、酸素、窒素などの不純物元素の原子個数を1cm当たり5×1018個以下、好ましくは1cm当たり1×1018個に低減することにより良好な特性が得られることを開示する。しかし、この濃度は単一の軽元素に対するもので、複数の軽元素と半導体膜の原子構造上の微小欠陥との関係を考慮していない。 Further, JP 2002-289865 discloses an oxygen, the atomic number of impurity elements such as 1 cm 3 per 5 × 10 18 or less nitrogen, good characteristics by preferably reduced to 1 × 10 18 per 1 cm 3 Is obtained. However, this concentration is for a single light element and does not take into account the relationship between a plurality of light elements and minute defects in the atomic structure of the semiconductor film.

特開2002−289865号公報JP 2002-289865 A

本発明の目的は、能動素子の電気的な特性を向上させることが可能な半導体構造物、半導体装置、並びにこれらの製造方法および製造装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor structure, a semiconductor device, and a method and an apparatus for manufacturing the same, which can improve the electrical characteristics of an active element.

本発明に第1観点によれば、能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備え、チャネル領域はいずれも1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有する半導体構造物が提供される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element, and a supporting substrate for supporting the non-single-crystal semiconductor film, and each of the channel regions is 1 × 10 18 atoms / A semiconductor structure having an oxygen concentration and a carbon concentration not exceeding cm 3 is provided.

本発明の第2観点によれば、能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備える半導体構造物の製造方法であって、成膜室の内壁をフッ素系ガスでエッチング表面処理し、内壁を50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆い、支持基板を成膜室に収容して非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を加熱して溶融再結晶化する製造方法が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor structure including a non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element and a support substrate supporting the non-single-crystal semiconductor film, the method comprising: The inner wall of the chamber is subjected to etching surface treatment with a fluorine-based gas, the inner wall is covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm, the supporting substrate is accommodated in the film formation chamber, and a non-single-crystal semiconductor film is formed. A manufacturing method for heating and melting and recrystallizing a single crystal semiconductor film is provided.

本発明の第3観点によれば、能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備える半導体構造物の製造装置であって、支持基板を成膜室に収容して非単結晶半導体膜を形成する成膜部と、非単結晶半導体膜を溶融再結晶化する結晶化部とを備え、成膜室はアルミニウムを含有する金属からなる内壁を有する製造装置が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a semiconductor structure, comprising: a non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element; and a support substrate for supporting the non-single-crystal semiconductor film, comprising: And a crystallization unit that melts and recrystallizes the non-single-crystal semiconductor film by containing a film in a film-forming chamber, and the film-forming chamber is made of a metal containing aluminum. A manufacturing device having an inner wall is provided.

本発明の第4観点によれば、非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備え、チャネル領域はいずれも1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有する半導体装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a non-single-crystal semiconductor film, a support substrate for supporting the non-single-crystal semiconductor film, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region. Provide a semiconductor device having an oxygen concentration and a carbon concentration not exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

本発明の第5観点によれば、非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備え、チャネル領域は1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および1×10cm-3を越えない積層欠陥密度を有する半導体装置が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a non-single-crystal semiconductor film, a support substrate for supporting the non-single-crystal semiconductor film, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region. Provides a semiconductor device having an oxygen concentration not exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3 and a stacking fault density not exceeding 1 × 10 6 cm -3 .

本発明の第6観点によれば、非単結晶半導体膜と、非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備える半導体装置の製造方法であって、成膜室の内壁をフッ素系ガスでエッチング表面処理し、内壁を50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆い、支持基板を成膜室に収容して非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を加熱して溶融再結晶化し、非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子を形成する製造方法が提供される。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film, a support substrate supporting the non-single-crystal semiconductor film, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region. In a manufacturing method, an inner wall of a film formation chamber is subjected to etching surface treatment with a fluorine-based gas, the inner wall is covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm, and a supporting substrate is accommodated in the film formation chamber and non-single-united. A manufacturing method is provided in which a crystalline semiconductor film is formed, the non-single-crystal semiconductor film is melted and recrystallized by heating, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region is provided.

これら半導体構造物および半導体装置では、チャネル領域が1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有する。非単結晶半導体膜のうち少なくともチャネル領域がこのような酸素濃度および炭素濃度を有する場合、これら元素に起因してチャネル領域の結晶構造に生じる微小欠陥を実用上支障のない1×10cm-3程度の極めて少ない値にできる。これにより、チャネル領域内のキャリアはこれら微小欠陥によって著しく阻害されることなく高速に移動できる。従って、能動素子の良好な電気的特性を向上させることができる。 In these semiconductor structures and semiconductor devices, the channel region has an oxygen concentration and a carbon concentration not exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3 . In the case where at least the channel region in the non-single-crystal semiconductor film has such an oxygen concentration and a carbon concentration, minute defects generated in the crystal structure of the channel region due to these elements do not hinder practical use at 1 × 10 6 cm It can be reduced to a very small value of about 3 . Thereby, carriers in the channel region can move at high speed without being significantly hindered by these minute defects. Therefore, good electrical characteristics of the active element can be improved.

また、半導体構造物の製造方法および半導体装置の製造方法では、成膜室の内壁がフッ素系ガスでエッチング表面処理され、50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆われる。これにより、汚染物元素がエッチング表面処理で成膜室の内壁表面から除去され、さらにエッチング表面処理で混入したフッ素も非晶質半導体膜によって成膜室の内壁から成膜室内の空間に離脱できなくなる。これにより、成膜中に非単結晶半導体膜に混入する汚染物を低減できる。従って、能動素子の良好な電気的特性を向上させることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor structure and the method for manufacturing a semiconductor device, the inner wall of the deposition chamber is subjected to an etching surface treatment with a fluorine-based gas and covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm. As a result, contaminant elements are removed from the inner wall surface of the deposition chamber by the etching surface treatment, and fluorine mixed in the etching surface treatment can also be separated from the inner wall of the deposition chamber into the space in the deposition chamber by the amorphous semiconductor film. Disappears. Thus, contaminants mixed into the non-single-crystal semiconductor film during film formation can be reduced. Therefore, good electrical characteristics of the active element can be improved.

さらに、半導体構造物の製造装置では、成膜室がアルミニウムを含有する金属からなる内壁を有する。これにより、フッ素系ガスによるクリーニングを行った時に内壁の金属成分であるアルミニウムがフッ素と化合してフッ素化合物を形成する。このようにアルミニウムおよびフッ素がフッ素化合物として内壁に含まれる場合には、アルミニウムおよびフッ素が成膜室の内壁から成膜室内の空間に離脱して、成膜中の非単結晶半導体膜に汚染物として混入することが防止される。従って、能動素子の良好な電気的特性を向上させることができる。   Furthermore, in the apparatus for manufacturing a semiconductor structure, the film forming chamber has an inner wall made of a metal containing aluminum. As a result, when cleaning with a fluorine-based gas is performed, aluminum, which is a metal component of the inner wall, combines with fluorine to form a fluorine compound. When aluminum and fluorine are contained in the inner wall as a fluorine compound as described above, aluminum and fluorine separate from the inner wall of the deposition chamber into the space in the deposition chamber and contaminate the non-single-crystal semiconductor film during deposition. Is prevented from being mixed. Therefore, good electrical characteristics of the active element can be improved.

以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。この半導体装置は例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置に組み込むために用いられる。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This semiconductor device is used, for example, to incorporate it into an active matrix type liquid crystal display device.

図2はこの半導体装置の断面構造を示す。この半導体装置は少なくとも1個の能動素子10、支持基板12、および複数の結晶粒<crystal grain>を含む非単結晶半導体膜14を備える。支持基板12は非単結晶半導体膜14を支持する。能動素子10は上述のアクティブマトリクス型液晶表示装置において画素スイッチング素子や映像処理回路の構成要素を構成する薄膜トランジスタであり、非単結晶半導体膜14の一部をチャネル領域として有する。支持基板12としては、例えばシリコン、その他の半導体を含む半導体基板や、コーニング社の1737ガラス、溶融石英、サファイア、プラスチック、ポリイミド等の材料からなる絶縁性基板を用いることができる。ここでは、1737ガラス基板が支持基板12として用いられている。また、半導体膜14としては、シリコン(すなわち、Si)、シリコンゲンルマニウム(すなわち、SiGe)のような半導体を含む層を用いることができる。ここでは、非単結晶半導体膜14がシリコンからなる。   FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the semiconductor device. The semiconductor device includes at least one active element 10, a support substrate 12, and a non-single-crystal semiconductor film 14 including a plurality of crystal grains. The support substrate 12 supports the non-single-crystal semiconductor film 14. The active element 10 is a thin film transistor that constitutes a pixel switching element or a component of a video processing circuit in the above-described active matrix liquid crystal display device, and has a part of the non-single-crystal semiconductor film 14 as a channel region. As the support substrate 12, for example, a semiconductor substrate containing silicon or another semiconductor, or an insulating substrate made of a material such as Corning 1737 glass, fused quartz, sapphire, plastic, or polyimide can be used. Here, a 1737 glass substrate is used as the support substrate 12. In addition, as the semiconductor film 14, a layer containing a semiconductor such as silicon (ie, Si) or silicon gen-rumanium (ie, SiGe) can be used. Here, the non-single-crystal semiconductor film 14 is made of silicon.

図2に示すように、能動素子10は非単結晶半導体膜14を覆うゲート絶縁膜16、およびこのゲート絶縁膜16上に配置されるゲート電極層18を含む。半導体膜14は、支持基板12を覆う下地絶縁層20上に形成されている。但し、半導体膜14はこの下地絶縁層20を介さずに支持基板12上に直接に形成されてもよい。   As shown in FIG. 2, active element 10 includes a gate insulating film 16 covering non-single-crystal semiconductor film 14, and a gate electrode layer 18 disposed on gate insulating film 16. The semiconductor film 14 is formed on a base insulating layer 20 that covers the support substrate 12. However, the semiconductor film 14 may be formed directly on the support substrate 12 without the intermediary of the base insulating layer 20.

半導体膜14は、ゲート電極層18の下方に配置されるチャネル領域22と、このチャネル領域22の両側に配置されp型またはn型の不純物を含有するソース領域24およびドレイン領域26とを有する。ここでは、ソース領域24およびドレイン領域26がn型の不純物を含有する。ゲート絶縁膜16は例えば二酸化ケイ素(すなわち、SiO)のような酸化物からなり、薄膜トランジスタを電界トランジスタとして機能させるためにゲート電極層18をチャネル領域22から電気的に絶縁する。チャネル領域22はソース領域24およびドレイン領域26間で電子または正孔のようなキャリアを移動させるための領域であり、このキャリアの移動はゲート電極層18に印加されるゲート電圧に対応した電界によって制御される。 The semiconductor film 14 has a channel region 22 disposed below the gate electrode layer 18, and a source region 24 and a drain region 26 disposed on both sides of the channel region 22 and containing p-type or n-type impurities. Here, the source region 24 and the drain region 26 contain an n-type impurity. The gate insulating film 16 is made of, for example, an oxide such as silicon dioxide (that is, SiO 2 ), and electrically insulates the gate electrode layer 18 from the channel region 22 so that the thin film transistor functions as an electric field transistor. The channel region 22 is a region for moving carriers such as electrons or holes between the source region 24 and the drain region 26. The movement of the carriers is caused by an electric field corresponding to the gate voltage applied to the gate electrode layer 18. Controlled.

下地絶縁層20は、ガラス基板等の支持基板12内の不純物が半導体膜14へ移動することを防止する役割を果たす。ここでは、下地絶縁層20がSiOからなる。この下地絶縁層20は、例えば二酸化ケイ素(すなわち、SiO)、窒化ケイ素(すなわち、SiN)、窒化ケイ素と二酸化ケイ素との2層構造物(すなわち、SiN/SiO)、アルミナ、マイカ等の酸化物からなるようにしてもよい。また、下地絶縁層20が支持基板12を覆うSiN層およびSiN層を覆うSiO層の二層構造であると、不純物の移動を防止する効果がより一層増す。 The base insulating layer 20 serves to prevent impurities in the support substrate 12 such as a glass substrate from moving to the semiconductor film 14. Here, the base insulating layer 20 is made of SiO 2 . The base insulating layer 20 is made of, for example, silicon dioxide (ie, SiO 2 ), silicon nitride (ie, SiN), a two-layer structure of silicon nitride and silicon dioxide (ie, SiN / SiO 2 ), alumina, mica, or the like. It may be made of an oxide. Further, when the base insulating layer 20 has a two-layer structure of the SiN layer covering the support substrate 12 and the SiO 2 layer covering the SiN layer, the effect of preventing the migration of impurities is further enhanced.

非単結晶半導体膜14は1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および1×1018atoms/cmを越えない炭素濃度を有する。すなわち、炭素原子および酸素原子の個数はいずれも1cm当たり1×1018個以下である。半導体膜14のうち少なくともチャネル領域22がこのような酸素濃度および炭素濃度を有する場合、これら元素に起因してチャネル領域22の結晶構造に生じる微小欠陥を実用上支障のない1×10/cm程度の極めて少ない値にできる。これにより、チャネル領域22内のキャリアはこれら微小欠陥によって著しく阻害されることなく高速に移動できる。従って、薄膜トランジスタは、高速なスイッチング動作を行う良好な電気的特性を得ることができる。 Non-single-crystal semiconductor film 14 has a carbon concentration not exceeding oxygen concentration and 1 × 10 18 atoms / cm 3 not exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3. That is, the number of carbon atoms and oxygen atoms is 1 × 10 18 or less per 1 cm 3 . When at least the channel region 22 of the semiconductor film 14 has such an oxygen concentration and a carbon concentration, minute defects generated in the crystal structure of the channel region 22 due to these elements are reduced to 1 × 10 6 / cm which does not hinder practical use. It can be set to an extremely small value of about 3 . Thus, carriers in the channel region 22 can move at high speed without being significantly hindered by these minute defects. Therefore, the thin film transistor can obtain favorable electric characteristics for performing high-speed switching operation.

ここで、非単結晶半導体膜14は5×1017atoms/cmを越えない酸素濃度および5×1017atoms/cmを越えない炭素濃度を有することがさらに好ましい。すなわち、酸素原子および炭素原子の個数はいずれも1cm当たり5×1017個以下である。半導体膜14のうち少なくともチャネル領域22がこのような酸素濃度および炭素濃度を有する場合、チャネル領域22の品質が向上する。 Here, the non-single-crystal semiconductor film 14 is more preferably a carbon concentration not exceeding 5 × 10 17 atoms / cm 3 oxygen concentration and 5 × 10 17 atoms / cm 3 not exceeding. That is, the number of oxygen atoms and carbon atoms is 5 × 10 17 or less per 1 cm 3 . When at least the channel region 22 of the semiconductor film 14 has such an oxygen concentration and a carbon concentration, the quality of the channel region 22 is improved.

さらに、非単結晶半導体膜14は1×1017atoms/cmを越えない金属元素の濃度を有することが好ましい。すなわち、金属原子の個数は1cm当たり1×1017個以下である。半導体膜14のうち少なくともチャネル領域22がこのような金属元素の濃度を有する場合、これにより、半導体膜14の抵抗率を低下させる要因となる金属酸化物の生成が抑制される。金属原子の個数がさらに1cm当たり5×1016個以下であれば、金属酸化物の生成がさらに抑制され、抵抗率を実用上支障のない値にすることができる。 Further, the non-single-crystal semiconductor film 14 preferably has a metal element concentration not exceeding 1 × 10 17 atoms / cm 3 . That is, the number of metal atoms is 1 × 10 17 or less per 1 cm 3 . When at least the channel region 22 of the semiconductor film 14 has such a concentration of the metal element, generation of a metal oxide which causes a decrease in the resistivity of the semiconductor film 14 is suppressed. When the number of metal atoms is 5 × 10 16 or less per 1 cm 3 , generation of metal oxide is further suppressed, and the resistivity can be set to a value that does not hinder practical use.

非単結晶半導体膜14内では、複数の結晶粒が同じ向きに設定された成長方向を有する。この成長方向は上述のソース領域24およびドレイン領域26の配列方向に一致する。いいかえれば、ソース領域24、チャネル領域22、およびドレイン領域26が結晶粒の成長方向に沿って配列される。さらに、これら結晶粒はこの成長方向においてチャネル領域22の長さ以上の粒径を持ち、チャネル領域22は単一の結晶粒内に配置される。この場合、チャネル領域22に結晶粒界が存在しなくなり、チャネル領域22内の結晶粒界により生じるキャリアの移動阻害を解消することができる。上述のように酸素原子および炭素原子の個数をいずれも1cm当たり1×1018個以下にすることは、結晶構造上の微小欠陥を少なくする上で大きく貢献する。実用的には、結晶粒径をチャネル領域22の4分の1以上の長さ、例えばチャネル領域22が2μmの長さを有するときの結晶粒径を0.5μm以上の長さとすれば、キャリアがチャネル領域22内で遭遇する結晶粒界の数を比較的少なくすることができ、不純物元素を排除する効果が確認される。 In the non-single-crystal semiconductor film 14, a plurality of crystal grains have a growth direction set in the same direction. This growth direction matches the arrangement direction of the source region 24 and the drain region 26 described above. In other words, the source region 24, the channel region 22, and the drain region 26 are arranged along the crystal grain growth direction. Further, these crystal grains have a grain size greater than the length of the channel region 22 in the growth direction, and the channel region 22 is arranged in a single crystal grain. In this case, the crystal boundary does not exist in the channel region 22, and it is possible to eliminate the inhibition of carrier movement caused by the crystal boundary in the channel region 22. As described above, reducing the number of oxygen atoms and carbon atoms to 1 × 10 18 or less per 1 cm 3 greatly contributes to reducing minute defects in the crystal structure. Practically, if the crystal grain size is at least one-quarter of the length of the channel region 22, for example, the crystal grain size at the time when the channel region 22 has a length of 2 μm is at least 0.5 μm, Can relatively reduce the number of crystal grain boundaries encountered in the channel region 22, which confirms the effect of eliminating impurity elements.

ソース領域24およびドレイン領域26の配列方向におけるチャネル領域22の長さ(描画ゲート長)は、この配列方向におけるゲート電極層18の長さ(実効ゲート長)より長い。少なくとも実効ゲート長の範囲において、結晶粒界がなく、酸素原子および炭素原子の個数がいずれも1cm当たり1×1018個以下であれば上述した効果が発揮される。さらに、描画ゲート長の範囲であれば、その効果がより一層発揮される。 The length (drawing gate length) of the channel region 22 in the arrangement direction of the source region 24 and the drain region 26 is longer than the length (effective gate length) of the gate electrode layer 18 in the arrangement direction. At least in the range of the effective gate length, if there is no crystal grain boundary and the number of oxygen atoms and carbon atoms is 1 × 10 18 or less per 1 cm 3, the above-mentioned effect is exhibited. Further, within the range of the drawing gate length, the effect is further exhibited.

次に、チャネル領域22の結晶構造上の微小欠陥を極めて少なくするためにチャネル領域22内の酸素原子および炭素原子の個数をいずれも1cm当たり1×1018個を越えないようにすることが有効であることをさらに詳しく説明する。 Next, in order to extremely reduce minute defects in the crystal structure of the channel region 22, the number of oxygen atoms and carbon atoms in the channel region 22 should not exceed 1 × 10 18 per 1 cm 3. The validity will be described in more detail.

1. 酸素および炭素と積層欠陥密度との相関関係   1. Correlation between oxygen and carbon and stacking fault density

1cm当たりの酸素原子の個数である酸素濃度[atoms/cm]と、1cm当たりの炭素原子の個数である炭素濃度[atoms/cm]と、半導体膜14の1cm当たりの結晶構造欠陥の量である積層欠陥密度[cm−3]との相関関係を複数の試料から調べた。 1cm oxygen concentration is the number of oxygen atoms per 3 [atoms / cm 3], a 1cm carbon concentration is the number of carbon atoms per 3 [atoms / cm 3], per 1cm 3 of the semiconductor film 14 crystal structure The correlation with the stacking fault density [cm −3 ], which is the amount of defects, was examined from a plurality of samples.

各試料は次のように作製された。ここでは、実験的に作製される試料に限って酸素および炭素等の汚染物を低濃度に維持できる設備が用いられた。コーニング社製の#1737ガラスからなる支持基板12が用意され、下地絶縁層20がこの支持基板上に形成された。この下地絶縁層20は50nmの厚さを有する窒化ケイ素(SiN)の層と100nmの厚さを有する酸化ケイ素(SiO)の層とをこの順に積層した二重構造を有する。下地絶縁層20上には、非晶質シリコン膜が200nmの厚さで形成された。 Each sample was prepared as follows. Here, equipment capable of maintaining low concentrations of contaminants such as oxygen and carbon was used only for experimentally prepared samples. A supporting substrate 12 made of Corning # 1737 glass was prepared, and a base insulating layer 20 was formed on the supporting substrate. The base insulating layer 20 has a double structure in which a silicon nitride (SiN x ) layer having a thickness of 50 nm and a silicon oxide (SiO x ) layer having a thickness of 100 nm are stacked in this order. On the base insulating layer 20, an amorphous silicon film was formed with a thickness of 200 nm.

このような試料について、非晶質シリコン膜内の酸素、炭素およびニッケルという元素の濃度がフランス国クルブヴオワのカメカ(CAMECA)社製の二次イオン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)装置で測定された。この装置は、照射イオンとして例えばO、Cs等のイオンを用いたイオンビームを層上方から層に照射し、スパッタリング現象により層表面から放出される層中の原子または分子から発生する二次イオンを検出することによって元素の質量分析を行う二次イオン質量分析法を採用している。イオンビームは連続的に照射され、これによりスパッタリング現象による層のエッチングを継続させて、質量分析を層の深さ方向に行う。 For such a sample, the concentrations of the elements oxygen, carbon and nickel in the amorphous silicon film are measured by a secondary ion mass spectroscopy (SIMS) manufactured by CAMECA of Courbevoie, France. Was done. This apparatus irradiates the layer with an ion beam using ions of, for example, O + , Cs +, etc. as irradiation ions from above the layer, and secondary ions generated from atoms or molecules in the layer emitted from the layer surface by a sputtering phenomenon. Secondary ion mass spectrometry, which performs mass analysis of elements by detecting ions, is employed. The ion beam is continuously irradiated, whereby the layer is continuously etched by the sputtering phenomenon, and mass analysis is performed in the depth direction of the layer.

非晶質シリコン膜内の酸素、炭素およびニッケルの濃度は非晶質シリコン膜の形成直後に初期濃度として測定された。この測定結果では、酸素の初期濃度は2×1017atoms/cm以下、炭素の初期濃度は3×1016atoms/cm以下、ニッケルの初期濃度は5×1015atoms/cm以下であった。ニッケルの初期濃度は、カメカ社製のSIMS装置の分析下限未満の値である。 The concentrations of oxygen, carbon and nickel in the amorphous silicon film were measured as initial concentrations immediately after the formation of the amorphous silicon film. According to this measurement result, the initial concentration of oxygen is 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the initial concentration of carbon is 3 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the initial concentration of nickel is 5 × 10 15 atoms / cm 3 or less. there were. The initial concentration of nickel is a value less than the lower limit of analysis of a SIMA device manufactured by Kameka.

このような酸素、炭素およびニッケルの初期濃度を確認した後、酸素および炭素がイオン注入法により各試料の非晶質シリコン膜に注入された。ここでは、図3に示すように、15種類の試料が3段階の炭素ドーズ量と5段階の酸素ドーズ量との組み合わせにより得られた。加速エネルギーは、注入元素が非晶質シリコン膜に注入されるようにその原子を運動させるエネルギーである。炭素の加速エネルギーは100KeV、酸素の加速エネルギーは130KeVである。ドーズ量は1cmの単位面積を通過する注入元素原子の個数により表される。 After confirming such initial concentrations of oxygen, carbon and nickel, oxygen and carbon were implanted into the amorphous silicon film of each sample by an ion implantation method. Here, as shown in FIG. 3, 15 types of samples were obtained by combining a three-stage carbon dose and a five-stage oxygen dose. The acceleration energy is energy for moving atoms so that the implanted element is implanted into the amorphous silicon film. The acceleration energy of carbon is 100 KeV, and the acceleration energy of oxygen is 130 KeV. The dose is represented by the number of implanted element atoms passing through a unit area of 1 cm 2 .

図4は図3に示すドーズ量に対して非晶質シリコン膜に得られる炭素および酸素濃度を示す。これら炭素および酸素濃度は1cmの単位体積当たり存在する炭素および酸素原子の平均個数である。このような非晶質シリコン膜上には、300nmの厚さを有する酸化ケイ素(SiO)からなる絶縁層(以下「キャップ層」という。)が形成される。この後、レーザアニール処理が非晶質シリコン膜に対して施された。このレーザアニール処理では、KrFエキシマレーザ光がこのレーザ光の少なくとも一部を位相変調する位相シフタを介して非晶質シリコン膜に照射され、この非晶質シリコン膜を溶融再結晶化してポリシリコン膜に変えた。照射条件は、照射回数を1回、照射フルエンスを照射面内で平均560mJ/cmとした。ここで、キャップ層はKrFエキシマレーザ光の照射に伴って非晶質シリコン膜の一部からシリコンが溶発等により消失するアブレーション現象を防止する。 FIG. 4 shows the concentration of carbon and oxygen obtained in the amorphous silicon film with respect to the dose shown in FIG. These carbon and oxygen concentrations are the average number of carbon and oxygen atoms present per unit volume of 1 cm 3 . On such an amorphous silicon film, an insulating layer (hereinafter, referred to as a “cap layer”) made of silicon oxide (SiO x ) having a thickness of 300 nm is formed. Thereafter, a laser annealing process was performed on the amorphous silicon film. In this laser annealing process, the amorphous silicon film is irradiated with a KrF excimer laser beam through a phase shifter that modulates at least a part of the laser beam, and the amorphous silicon film is melted and recrystallized to form polysilicon. Changed to a membrane. Irradiation conditions were such that the number of times of irradiation was once and the irradiation fluence was 560 mJ / cm 2 on average in the irradiation surface. Here, the cap layer prevents the ablation phenomenon in which silicon disappears from a part of the amorphous silicon film due to ablation due to irradiation with KrF excimer laser light.

ポリシリコン膜が上述のレーザアニール処理による溶融再結晶化の結果として得られた後、ポリシリコン膜の結晶構造の微小な欠陥が、X線回折法<X-ray diffraction analysis>によってポリシリコン膜のX線回折像を撮像してその回折像のピーク・シフトを解析することによりを調べられた。   After the polysilicon film is obtained as a result of melting and recrystallization by the laser annealing process described above, minute defects in the crystal structure of the polysilicon film are detected by X-ray diffraction analysis of the polysilicon film. This was investigated by taking an X-ray diffraction image and analyzing the peak shift of the diffraction image.

図5は図4に示す炭素濃度をパラメータとしてポリシリコン膜の積層欠陥密度<stacking fault density>の酸素濃度依存性を示す。図5において点線で示した測定下限は、積層欠陥密度の測定における測定値の再現性すなわち信頼性を考慮して定められたものである。現時点でのX線回折装置における回折像のピーク・シフトの解析においては、積層欠陥密度が極めて低いとき、解析結果は、解析装置の解析性能または解析者の解釈に依存し、この性能や解釈によって異なるからである。   FIG. 5 shows the oxygen concentration dependency of the stacking fault density of the polysilicon film using the carbon concentration shown in FIG. 4 as a parameter. The lower limit of measurement indicated by a dotted line in FIG. 5 is determined in consideration of the reproducibility, that is, the reliability of the measured value in the measurement of the stacking fault density. In the analysis of the peak shift of the diffraction image at the present time in the X-ray diffraction apparatus, when the stacking fault density is extremely low, the analysis result depends on the analysis performance of the analysis apparatus or the interpretation of the analyst. Because it is different.

図5からわかるように、炭素濃度および酸素濃度のいずれもが1×1018atoms/cmであると、積層欠陥密度は測定下限より僅かに高い値まで低下する。さらに、炭素濃度および酸素濃度のいずれもが5×1017atoms/cmであると、積層欠陥密度は測定下限よりも低い値まで低下する。 As can be seen from FIG. 5, when both the carbon concentration and the oxygen concentration are 1 × 10 18 atoms / cm 3 , the stacking fault density decreases to a value slightly higher than the lower limit of measurement. Furthermore, when both the carbon concentration and the oxygen concentration are 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the stacking fault density decreases to a value lower than the lower limit of measurement.

2. 酸素、炭素および金属元素と積層欠陥密度との相関関係   2. Correlation between stacking fault density and oxygen, carbon and metal elements

次に、上述のように酸素、炭素およびニッケルの初期濃度が確認された各試料の非晶質シリコン膜に酸素および炭素だけでなく金属元素としてニッケル(すなわち、Ni)も注入した場合について説明する。ニッケルは約59という重い原子量を有するため、非晶質シリコン膜上に存在するキャップ層を介して非晶質シリコン膜内にニッケルを十分に注入することは難しい。従って、ニッケルは非晶質シリコン膜の形成後キャップ層を介さずに非晶質シリコン膜に注入され、酸素および炭素はニッケルの注入処理後に形成されるキャップ層を介して非晶質シリコン膜に注入された。   Next, a case where not only oxygen and carbon but also nickel (that is, Ni) is implanted as a metal element into the amorphous silicon film of each sample in which the initial concentrations of oxygen, carbon, and nickel are confirmed as described above will be described. . Since nickel has a heavy atomic weight of about 59, it is difficult to sufficiently inject nickel into the amorphous silicon film via the cap layer existing on the amorphous silicon film. Therefore, nickel is implanted into the amorphous silicon film without passing through the cap layer after the formation of the amorphous silicon film, and oxygen and carbon are introduced into the amorphous silicon film through the cap layer formed after the nickel implantation process. Injected.

ここでは、図6に示すように、9種類の試料が3段階の炭素ドーズ量、3段階の酸素ドーズ量、および3段階のニッケルドーズ量の組み合わせにより作製された。図7は図6に示すニッケルのドーズ量に対して非晶質シリコン膜に得られるニッケル濃度を示す。このニッケル濃度は1cmの単位体積当たり存在するニッケル原子の平均個数である。上述の試料の作成後、レーザアニール処理が各試料の非晶質シリコン膜に対して施された。このレーザアニール処理では、KrFエキシマパルスレーザ光が上述と同様に位相シフタを介して非晶質シリコン膜に照射され、この非晶質シリコン膜を溶融再結晶化してポリシリコン膜に変えた。 Here, as shown in FIG. 6, nine types of samples were produced with a combination of three stages of carbon dose, three stages of oxygen dose, and three stages of nickel dose. FIG. 7 shows the nickel concentration obtained in the amorphous silicon film with respect to the dose of nickel shown in FIG. This nickel concentration is the average number of nickel atoms present per unit volume of 1 cm 3 . After the preparation of the above-described samples, laser annealing was performed on the amorphous silicon film of each sample. In this laser annealing process, the KrF excimer pulse laser beam was irradiated to the amorphous silicon film via the phase shifter in the same manner as described above, and the amorphous silicon film was melted and recrystallized to be changed to a polysilicon film.

さらに、ポリシリコン膜がレーザアニール処理による溶融再結晶化の結果として得られた後、ポリシリコン膜の結晶構造の微小な欠陥が、上述と同様なX線回折法<X-ray diffraction analysis>によってポリシリコン膜のX線回折像を撮像してその回折像のピーク・シフトを解析することにより調べられた。   Furthermore, after the polysilicon film is obtained as a result of melting and recrystallization by laser annealing, minute defects in the crystal structure of the polysilicon film are detected by X-ray diffraction analysis similar to the above. It was examined by imaging an X-ray diffraction image of the polysilicon film and analyzing the peak shift of the diffraction image.

図8は図7に示すニッケル濃度をパラメータとして積層欠陥密度の炭素および酸素濃度依存性を示す。図8において点線で示した測定下限は、図5の点線と同様に積層欠陥密度の測定における測定値の再現性すなわち信頼性を考慮して定められたものである。   FIG. 8 shows the dependence of stacking fault density on carbon and oxygen concentrations using the nickel concentration shown in FIG. 7 as a parameter. The lower limit of measurement indicated by the dotted line in FIG. 8 is determined in consideration of the reproducibility, that is, the reliability of the measured value in the measurement of the stacking fault density, as in the case of the dotted line of FIG.

図8からわかるように、炭素濃度および酸素濃度のいずれもが1×1018atoms/cmでかつニッケル濃度が1×1017atoms/cmであると、積層欠陥密度は測定下限より僅かに高い値まで低下する。さらに、炭素濃度および酸素濃度のいずれもが5×1017atoms/cmでかつニッケル濃度が1×1017atoms/cmあると、積層欠陥密度は測定下限よりも低い値まで低下する。さらに、ニッケル濃度が5×1016atoms/cm以下であるとき、積層欠陥密度が測定下限よりも低い値まで低下する確実性が増す。 As can be seen from FIG. 8, when both the carbon concentration and the oxygen concentration are 1 × 10 18 atoms / cm 3 and the nickel concentration is 1 × 10 17 atoms / cm 3 , the stacking fault density is slightly lower than the lower limit of measurement. Drops to high values. Further, when both the carbon concentration and the oxygen concentration are 5 × 10 17 atoms / cm 3 and the nickel concentration is 1 × 10 17 atoms / cm 3 , the stacking fault density decreases to a value lower than the lower limit of measurement. Further, when the nickel concentration is 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less, the certainty that the stacking fault density decreases to a value lower than the lower limit of measurement increases.

尚、図2に示す半導体装置において、支持基板12および非単結晶半導体膜14は、液晶表示装置のパネル基板部品として用いられる主要な半導体構造物をなす。保管時や搬送時の不純物混入を考慮すれば、実際には非単結晶半導体膜14が少なくともゲート絶縁膜16のような絶縁膜で覆われていることが好ましい。このような半導体構造物は半導体装置の半製品であり、図2に示すゲート電極層18、ソース領域24およびドレイン領域26のような半導体装置の要素の全てを含まなくてもよい。この例では、非単結晶半導体膜14がチャネル領域22の両側にソース領域24およびドレイン領域26を含み、非単結晶半導体膜14を露出するコンタクトホール等をエッチング処理でゲート絶縁膜16に形成していない状態の半製品を液晶表示装置のパネル基板部品とした。   In the semiconductor device shown in FIG. 2, the support substrate 12 and the non-single-crystal semiconductor film 14 form a main semiconductor structure used as a panel substrate component of a liquid crystal display device. In consideration of impurity contamination during storage and transport, it is preferable that the non-single-crystal semiconductor film 14 is actually covered with at least an insulating film such as the gate insulating film 16. Such a semiconductor structure is a semi-finished product of a semiconductor device, and may not include all of the elements of the semiconductor device such as the gate electrode layer 18, the source region 24, and the drain region 26 shown in FIG. In this example, the non-single-crystal semiconductor film 14 includes a source region 24 and a drain region 26 on both sides of the channel region 22, and a contact hole or the like exposing the non-single-crystal semiconductor film 14 is formed in the gate insulating film 16 by etching. The unfinished semi-finished product was used as a panel substrate part of the liquid crystal display device.

図9は図2に示す半導体装置の製造に用いられる製造装置を概略的に示す。この製造装置では、図9および図10に示すようなプラズマ気相成長(PECVD:Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)装置40が用いられている。このPECVD装置40は、PECVD40により成膜処理される支持基板12を収容する気密半導体成膜室である反応チャンバ42と、PECVDで用いられるプラズマを発生させるプラズマ発生源44と、反応チャンバ42内にプラズマ発生用の原料ガスを供給するための原料ガス供給系46と、反応チャンバ42内の排気処理をするための排気処理系48とを備える。   FIG. 9 schematically shows a manufacturing apparatus used for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. In this manufacturing apparatus, a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) apparatus 40 as shown in FIGS. 9 and 10 is used. The PECVD apparatus 40 includes a reaction chamber 42 which is an airtight semiconductor film formation chamber for accommodating the support substrate 12 on which a film is formed by the PECVD 40, a plasma generation source 44 for generating plasma used in PECVD, and a reaction chamber 42. A source gas supply system 46 for supplying a source gas for plasma generation and an exhaust processing system 48 for performing an exhaust process in the reaction chamber 42 are provided.

PECVD装置40には、所定の真空度で支持基板12を反応チャンバ42内へ搬入し、また反応チャンバ42から搬出するための基板搬送系50が接続されている。   The PECVD apparatus 40 is connected to a substrate transport system 50 for loading the support substrate 12 into the reaction chamber 42 at a predetermined degree of vacuum and unloading the substrate 12 from the reaction chamber 42.

また、反応チャンバ42には、反応チャンバ42内の気体を特定するための質量分析装置51が接続されている。質量分析装置51としては、例えば四重極質量分析計(QMS: quadrupole mass spectroscope)が用いられる。   Further, a mass spectrometer 51 for specifying a gas in the reaction chamber 42 is connected to the reaction chamber 42. As the mass spectrometer 51, for example, a quadrupole mass spectroscope (QMS) is used.

原料ガス供給系46は、例えばシラン(SiH4)ガスボンベ52および水素(H2)ガスボンベ54を有する原料ガスボンベ装置56と、マスフローコントローラ58とを備える。原料ガス供給系46は、シランガスおよび水素ガスの各流量をマスフローコントローラ58で調整して、流量が調整されたシランガスおよび水素ガスをガス導入管82を介して反応チャンバ42内に導入する。   The source gas supply system 46 includes, for example, a source gas cylinder device 56 having a silane (SiH4) gas cylinder 52 and a hydrogen (H2) gas cylinder 54, and a mass flow controller 58. The raw material gas supply system 46 adjusts each flow rate of the silane gas and the hydrogen gas by the mass flow controller 58, and introduces the silane gas and the hydrogen gas whose flow rates have been adjusted into the reaction chamber 42 through the gas introduction pipe 82.

排気処理系48は、例えばターボ分子ポンプ(TMP:Turbo Molecular Pump)60およびドライポンプ62を備える。ドライポンプ62は、ターボ分子ポンプ60および反応チャンバ42へ配管されている。図9に示す排気処理系48は、さらに、反応チャンバ42およびターボ分子ポンプ60間に配置されたオートプレッシャーコントローラ(APC:Auto Pressure Controller)64と、ドライポンプ62の排気側に接続された、環境汚染を防止すべく排気ガスを清浄にするためのガスクリーナ66とを備える。   The exhaust processing system 48 includes, for example, a turbo molecular pump (TMP) 60 and a dry pump 62. The dry pump 62 is connected to the turbo molecular pump 60 and the reaction chamber 42. The exhaust processing system 48 shown in FIG. 9 further includes an auto pressure controller (APC: Auto Pressure Controller) 64 disposed between the reaction chamber 42 and the turbo molecular pump 60, and an environment connected to the exhaust side of the dry pump 62. A gas cleaner 66 for purifying exhaust gas to prevent contamination.

基板搬送系50は、基板搬送用のロードチャンバ68と、自動仕分け用のロボットチャンバ70とを備える。ロードチャンバ68は、図示しない基板保管装置から所望の支持基板12を選択してロボットチャンバ70へ搬送すること、またロボットチャンバ70からこの所望の支持基板12を基板保管装置へ搬送することの両機能を有する。ロボットチャンバ70は、ロードチャンバ68から搬送された支持基板12を所定の基板処理装置に仕分けする。図10では、PECVD装置40のみが基板処理装置として断面図で示されている。   The substrate transfer system 50 includes a load chamber 68 for transferring a substrate and a robot chamber 70 for automatic sorting. The load chamber 68 has both functions of selecting a desired support substrate 12 from a substrate storage device (not shown) and transferring it to the robot chamber 70, and transferring the desired support substrate 12 from the robot chamber 70 to the substrate storage device. Having. The robot chamber 70 sorts the support substrate 12 transferred from the load chamber 68 into a predetermined substrate processing device. In FIG. 10, only the PECVD apparatus 40 is shown in a sectional view as a substrate processing apparatus.

ここで、ロボットチャンバ70内の気体は、反応チャンバ42およびロボットチャンバ70間の扉72を開けたときに反応チャンバ42内に流れないことが必要である。このため、ロボットチャンバ70内の真空度が反応チャンバ42内の真空度より高くなるように、ロボットチャンバ70内は図示しない排気装置によって反応チャンバ42内より陰圧に保たれている。   Here, it is necessary that the gas in the robot chamber 70 does not flow into the reaction chamber 42 when the door 72 between the reaction chamber 42 and the robot chamber 70 is opened. Therefore, the inside of the robot chamber 70 is maintained at a lower pressure than the inside of the reaction chamber 42 by an exhaust device (not shown) so that the degree of vacuum in the robot chamber 70 becomes higher than the degree of vacuum in the reaction chamber 42.

図10に示すように、反応チャンバ42の外周囲には、チャンバ内壁94をベーキングするために、ヒータ80が例えばコイル状に巻かれている。ヒータ80は反応チャンバ42内の温度を上昇させるために用いられる。ガス導入管82はマスフローコントローラ58に接続されている。ガス排気管84はオートプレッシャーコントローラ64を介してターボ分子ポンプ60に接続される。このターボ分子ポンプ60およびドライポンプ62間のガス排気管は、図9に示されるため、図10において省略する。   As shown in FIG. 10, a heater 80 is wound, for example, in a coil shape around the outer periphery of the reaction chamber 42 in order to bake the inner wall 94 of the chamber. The heater 80 is used to increase the temperature inside the reaction chamber 42. The gas introduction pipe 82 is connected to the mass flow controller 58. The gas exhaust pipe 84 is connected to the turbo molecular pump 60 via the auto pressure controller 64. The gas exhaust pipe between the turbo-molecular pump 60 and the dry pump 62 is shown in FIG. 9 and is omitted in FIG.

図10に示すように、プラズマ発生源44は高周波発生装置86と、高周波発生装置86に電気的に接続された上電極88および下電極90とを備える。下電極90および気密反応チャンバ42は接地されている。上電極88は、複数の開口を有するメッシュ92を有し、また、ガス導入管82の広がった部分と気密に接続されている。上電極88は、ガス導入管82を通って導入された原料ガスを、メッシュ92を通して反応チャンバ42内に原料ガスGを導入する。下電極90は、成膜処理をされる支持基板12を支持する。上電極88との間の電極間距離を調整するために、下電極90は、図示しない駆動機構によって図において上下方向に移動可能になっている。   As shown in FIG. 10, the plasma generation source 44 includes a high frequency generator 86, and an upper electrode 88 and a lower electrode 90 that are electrically connected to the high frequency generator 86. The lower electrode 90 and the hermetic reaction chamber 42 are grounded. The upper electrode 88 has a mesh 92 having a plurality of openings, and is airtightly connected to a widened portion of the gas introduction pipe 82. The upper electrode 88 introduces the source gas G introduced through the gas introduction pipe 82 into the reaction chamber 42 through the mesh 92. The lower electrode 90 supports the support substrate 12 on which a film forming process is performed. In order to adjust the distance between the electrodes and the upper electrode 88, the lower electrode 90 is vertically movable in the figure by a drive mechanism (not shown).

次に、図2に示す半導体装置の製造方法について図9、10を参照して説明する。半導体装置の製造に際し、脱ガス処理が反応チャンバ42のチャンバ内壁94に混入したガスを取り除くために行われる。脱ガス処理では、チャンバ内壁94のベーキング処理と反応チャンバ42の排気処理とが並行して行われる。ベーキング処理はヒータ80でチャンバ内壁94を加熱することにより行われる。このベーキング処理では、チャンバ内壁94が例えば120℃程度の一定温度になるまで加熱され、さらにこの温度を数時間程度の一定時間維持するように加熱される。排気処理はこのベーキング処理でチャンバ内壁94から生じたガスを排気処理系48によって反応チャンバ42から継続的に排気することにより行われる。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. In manufacturing a semiconductor device, a degassing process is performed to remove gas mixed in the chamber inner wall 94 of the reaction chamber 42. In the degassing process, the baking process of the chamber inner wall 94 and the exhaust process of the reaction chamber 42 are performed in parallel. The baking process is performed by heating the inner wall 94 of the chamber with the heater 80. In this baking process, the chamber inner wall 94 is heated until it reaches a constant temperature of, for example, about 120 ° C., and is further heated to maintain this temperature for a certain time of about several hours. The exhaust process is performed by continuously exhausting the gas generated from the chamber inner wall 94 in the baking process from the reaction chamber 42 by the exhaust process system 48.

次に、チャンバ内壁94のクリーニングが三窒化フッ素ガスのようなフッ素系ガスを図示しないボンベから反応チャンバ42に供給し、このフッ素系ガスでチャンバ内壁94の表面をエッチングすることにより行われる(内壁クリーニング処理)。次いで、例えば非晶質半導体膜95が50nm〜1000nmの厚さでチャンバ内壁94の表面を覆うように形成される(内壁被覆処理)。この半導体膜95は半導体装置の半導体膜14と同一材料からなり、エッチング表面処理中にチャンバ内壁94に混入したフッ素がチャンバ内壁94から反応チャンバ42の空間に離脱できなくする。   Next, cleaning of the chamber inner wall 94 is performed by supplying a fluorine-based gas such as a fluorine trinitride gas from a cylinder (not shown) to the reaction chamber 42 and etching the surface of the chamber inner wall 94 with the fluorine-based gas (inner wall). Cleaning process). Next, for example, an amorphous semiconductor film 95 having a thickness of 50 nm to 1000 nm is formed so as to cover the surface of the chamber inner wall 94 (inner wall coating process). This semiconductor film 95 is made of the same material as the semiconductor film 14 of the semiconductor device, and prevents fluorine mixed into the chamber inner wall 94 during the etching surface treatment from being released from the chamber inner wall 94 into the space of the reaction chamber 42.

支持基板12は上述の内壁クリーニング処理および内壁被覆処理後に反応チャンバ42内に設置される。下地絶縁層20を用いる場合には、この下地絶縁層20がプラズマ化学気相成長法(PECVD法)により予め支持基板12上に形成される。下地絶縁層20が例えばSiO層である場合には、このSiO層がシラン(SiH)ガスボンベと酸化窒素(NO)ガスボンベと窒素(N)ガスボンベとを備えるガスボンベ装置、テトラエチルオルトシリケート(すなわち、TEOS:Tetra Ethyl Ortho Silicate)ガスボンベと酸素(O)ガスボンベとを備えるガスボンベ装置等を用いて形成される。 The support substrate 12 is installed in the reaction chamber 42 after the above-described inner wall cleaning processing and inner wall coating processing. When the base insulating layer 20 is used, the base insulating layer 20 is formed on the supporting substrate 12 in advance by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. When the base insulating layer 20 is, for example, a SiO 2 layer, this SiO 2 layer is a gas cylinder device including a silane (SiH 4 ) gas cylinder, a nitrogen oxide (N 2 O) gas cylinder, and a nitrogen (N 2 ) gas cylinder, and tetraethyl ortho. It is formed by using a gas cylinder device provided with a silicate (ie, TEOS: Tetra Ethyl Ortho Silicate) gas cylinder and an oxygen (O 2 ) gas cylinder.

支持基板12はこのようにして下地絶縁層20を形成してから反応チャンバ42内に設置される。   The support substrate 12 is placed in the reaction chamber 42 after forming the base insulating layer 20 in this manner.

量産用のCVD装置については、内壁クリーニング処理が使用環境や使用頻度を考慮して真空中で行われる必要がある。また、半導体膜95の膜厚は内壁被覆処理の繰り返しにより累積的に増大するため、ハロゲン系ガスやフッ化物ガスによる内壁クリーニング処理を半導体膜95の累積膜厚が例えば10μmになる毎、あるいは1ロット毎のような周期で行うことが好ましい。   For a CVD apparatus for mass production, the inner wall cleaning process needs to be performed in a vacuum in consideration of the use environment and use frequency. Further, since the film thickness of the semiconductor film 95 is cumulatively increased by repeating the inner wall coating process, the inner wall cleaning process using a halogen-based gas or a fluoride gas is performed every time the accumulated film thickness of the semiconductor film 95 becomes, for example, 10 μm, or 1 hour. It is preferable to carry out at a cycle such as for each lot.

支持基板12が上述のように内壁クリーニング処理および内壁被覆処理された反応チャンバ42内に設置されると、例えば図11に示す非晶質シリコン膜14aがこの支持基板12に支持される非晶質半導体膜としてプラズマ化学気相成長(PECVD)法により形成される。   When the supporting substrate 12 is set in the reaction chamber 42 which has been subjected to the inner wall cleaning processing and the inner wall coating processing as described above, for example, the amorphous silicon film 14a shown in FIG. The semiconductor film is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.

ここで、図9に示す反応チャンバ42内において非晶質シリコン膜14aをPECVD法によって形成する場合の成膜条件について説明する。反応チャンバ42内に供給されるシランガスおよび水素ガスの混合比(SiH/H)は流量比により1:4に設定される。反応チャンバ42内の全ガス圧はAPC64によって150Pa(1.1Torr)になるように調整される。これにより、反応チャンバ42内の真空度が所定に保たれる。成膜速度は、プラズマ電力およびシランガス流量によって決まる。支持基板12の温度は図示しない加熱装置によって一定の温度、例えば280℃に保たれる。上電極88と下電極90との間の距離または上電極88と支持基板12との間の距離は、成膜処理時には15mmに設定される。このような条件で、非晶質シリコン膜14aが形成される。 Here, the film forming conditions when the amorphous silicon film 14a is formed by the PECVD method in the reaction chamber 42 shown in FIG. 9 will be described. The mixing ratio (SiH 4 / H 2 ) of the silane gas and the hydrogen gas supplied into the reaction chamber 42 is set to 1: 4 by the flow ratio. The total gas pressure in the reaction chamber 42 is adjusted by the APC 64 to be 150 Pa (1.1 Torr). Thus, the degree of vacuum in the reaction chamber 42 is maintained at a predetermined level. The deposition rate is determined by the plasma power and the flow rate of the silane gas. The temperature of the support substrate 12 is maintained at a constant temperature, for example, 280 ° C. by a heating device (not shown). The distance between the upper electrode 88 and the lower electrode 90 or the distance between the upper electrode 88 and the support substrate 12 is set to 15 mm during the film forming process. Under such conditions, the amorphous silicon film 14a is formed.

次いで、図11に示すように、300nmの厚さを有し酸化ケイ素からなる絶縁層がキャップ層130として非晶質シリコン膜14a上に形成される。この後、非晶質シリコン膜14aの脱水素処理が行われる。   Next, as shown in FIG. 11, an insulating layer having a thickness of 300 nm and made of silicon oxide is formed as a cap layer 130 on the amorphous silicon film 14a. Thereafter, dehydrogenation of the amorphous silicon film 14a is performed.

次に、非晶質シリコン膜14aのレーザアニール処理が図12に示すレーザ光照射装置を用いて行われる。レーザ光照射装置はレーザ装置132で発生されるKrFエキシマレーザ光Lを非晶質シリコン膜14aの少なくとも一部の領域に光学系134を介して照射する。このKrFエキシマレーザ光Lの照射条件としては、照射回数が1回に設定され、照射フルエンスが照射面内で平均560mJ/cmに設定される。KrFエキシマレーザ光Lは位相シフタ136およびキャップ層130を介して非晶質シリコン膜14aに照射され、非晶質シリコン膜14aを溶融再結晶化してポリシリコン膜に変化させる。ここで、キャップ層130はエキシマレーザ光Lの照射により非晶質シリコン膜14a内に生じる熱がこのシリコン層14aの外に放散されることを防止する。これにより、エキシマレーザ光Lが非晶質シリコン膜14aの結晶化において効率的に熱エネルギーに変換されることになる。 Next, laser annealing of the amorphous silicon film 14a is performed using a laser beam irradiation apparatus shown in FIG. The laser light irradiation device irradiates at least a part of the amorphous silicon film 14a with the KrF excimer laser light L generated by the laser device 132 via the optical system 134. As the irradiation conditions of the KrF excimer laser light L, the number of irradiations is set to one, and the irradiation fluence is set to an average of 560 mJ / cm 2 in the irradiation surface. The KrF excimer laser light L is applied to the amorphous silicon film 14a via the phase shifter 136 and the cap layer 130, and melts and recrystallizes the amorphous silicon film 14a to change it to a polysilicon film. Here, the cap layer 130 prevents the heat generated in the amorphous silicon film 14a due to the irradiation of the excimer laser light L from being dissipated outside the silicon layer 14a. As a result, the excimer laser light L is efficiently converted into thermal energy in the crystallization of the amorphous silicon film 14a.

上述の位相シフタ136は例えば石英基材等の透明媒質からなり、例えば180度の位相差が得られるように互いに異なる厚さに設定された2領域を有する。一般に、180度の位相差を得るために必要な段差、すなわち2領域の膜厚差tは式(1)で表される。   The above-described phase shifter 136 is made of, for example, a transparent medium such as a quartz base material, and has two regions having different thicknesses so as to obtain a phase difference of, for example, 180 degrees. In general, a step required to obtain a phase difference of 180 degrees, that is, a film thickness difference t between two regions is represented by Expression (1).

Figure 2004343039
Figure 2004343039

ここで、λはレーザ光の波長であり、nはこのレーザ光に対する透明媒質の屈折率である。石英基材が透明媒質として用いられる場合、KrFエキシマレーザ光の波長が248nmで、KrFエキシマレーザに対する石英基材の屈折率が1.508であるため、244nmという2領域の膜厚差tが180度の位相差を得るために必要となる。   Here, λ is the wavelength of the laser light, and n is the refractive index of the transparent medium for the laser light. When a quartz substrate is used as the transparent medium, the wavelength difference of the KrF excimer laser beam is 248 nm, and the refractive index of the quartz substrate with respect to the KrF excimer laser is 1.508. It is necessary to obtain a phase difference of degrees.

例えば第1領域を第2領域よりも薄くする場合、位相シフタ136はこの第1領域に対応する範囲において透明媒質を選択的に気相又は液相エッチングすることにより得ることができる。また、位相シフタ136は、例えばSiO等の光透過膜をプラズマCVD、減圧CVDなどにより透明媒質上に成膜し、この光透過膜を第2領域に対応する範囲において残すようにパターニングして得ることもできる。 For example, when the first region is made thinner than the second region, the phase shifter 136 can be obtained by selectively performing gas phase or liquid phase etching of the transparent medium in a range corresponding to the first region. Further, the phase shifter 136 is formed by forming a light transmitting film such as SiO 2 on a transparent medium by plasma CVD, low pressure CVD, or the like, and patterning the light transmitting film so as to remain in a range corresponding to the second region. You can also get.

このような位相シフタ136では、第2領域の透過光が第1領域の透過光よりも遅れる。エキシマレーザ光Lは第1および第2領域の境界Xに得られる段差により回折し干渉することで空間的に強度変調される。この結果、図13に示す光強度分布が非晶質シリコン膜14a上に得られる。光強度は境界Xに沿った位置において最低となる。非晶質シリコン膜14aはこの強度分布に対応する温度勾配に設定され、溶融再結晶化される。シリコン結晶粒の核が最も低い温度の部分に生成され、より高い温度の部分に向かって横方向に成長する。ここでは、核の生成位置が結晶粒を大粒径に成長させるために境界Xに対向して最低の光強度となる非晶質シリコン膜の位置付近に限定されている。   In such a phase shifter 136, the transmitted light in the second region is delayed from the transmitted light in the first region. The excimer laser light L is spatially modulated by diffracting and interfering with a step obtained at a boundary X between the first and second regions. As a result, the light intensity distribution shown in FIG. 13 is obtained on the amorphous silicon film 14a. The light intensity is lowest at a position along the boundary X. The amorphous silicon film 14a is set to a temperature gradient corresponding to this intensity distribution, and is melted and recrystallized. Nuclei of silicon grains are generated at the lowest temperature portions and grow laterally toward higher temperature portions. Here, the nucleus generation position is limited to the vicinity of the position of the amorphous silicon film which has the lowest light intensity opposite to the boundary X in order to grow the crystal grains to a large grain size.

この上述のレーザアニール処理後、キャップ層130が例えば緩衝フッ酸によるウェットエッチング法により除去される。非晶質シリコン膜14aの溶融再結晶化により得られたポリシリコン膜は複数の能動素子10にそれぞれ割り当てられる複数の島状部分を残すようにパターニングされる。図2に示す非単結晶半導体膜14は島状部分として残されたポリシリコン膜であり、この非単結晶半導体膜14の一部が能動素子10、すなわち薄膜トランジスタのチャネル領域22を構成する。   After the above-described laser annealing, the cap layer 130 is removed by, for example, a wet etching method using buffered hydrofluoric acid. The polysilicon film obtained by melting and recrystallizing the amorphous silicon film 14a is patterned so as to leave a plurality of island-shaped portions respectively assigned to the plurality of active elements 10. The non-single-crystal semiconductor film 14 shown in FIG. 2 is a polysilicon film left as an island portion, and a part of the non-single-crystal semiconductor film 14 forms the active element 10, that is, the channel region 22 of the thin film transistor.

この後、例えばSiO層が非単結晶半導体膜14を覆うゲート絶縁膜16としてプラズマ化学気相成長法により形成される。続いて、ゲート電極層18がチャネル領域22となる非単結晶半導体膜14の一部に対向してゲート絶縁膜16上に形成される。このゲート電極層18はn型またはp型の不純物を非単結晶半導体膜14に注入するためのマスクとして用いられる。n型またはp型の不純物はゲート電極層18の両側においてゲート絶縁膜16を介して注入され、半導体膜14の一部にソース領域24およびドレイン領域26を形成する。これにより、チャネル領域22がゲート電極層18の下方においてソース領域24およびドレイン領域26間に配置される。半導体装置の半製品はこの段階で得られる。 Thereafter, for example, an SiO 2 layer is formed as a gate insulating film 16 covering the non-single-crystal semiconductor film 14 by a plasma enhanced chemical vapor deposition method. Subsequently, the gate electrode layer 18 is formed on the gate insulating film 16 so as to face a part of the non-single-crystal semiconductor film 14 to be the channel region 22. The gate electrode layer 18 is used as a mask for implanting n-type or p-type impurities into the non-single-crystal semiconductor film 14. N-type or p-type impurities are implanted on both sides of the gate electrode layer 18 via the gate insulating film 16 to form a source region 24 and a drain region 26 in a part of the semiconductor film 14. As a result, the channel region 22 is arranged below the gate electrode layer 18 and between the source region 24 and the drain region 26. A semi-finished product of the semiconductor device is obtained at this stage.

半導体装置の半製品において能動素子10を完成させる際には、層間絶縁膜が図1(f)に示す層間絶縁膜111と同様に形成され、次いでソース領域24およびドレイン領域26内の不純物の活性化が加熱処理により行われる。この後、1対のコンタクトホールが図1(f)に示すコンタクトホールと同様にゲート絶縁膜16および層間絶縁膜に形成され、ソース領域24およびドレイン領域26を部分的に露出させる。次いで、ソース電極層およびドレイン電極層が図1(f)に示すソース電極層112およびドレイン電極層113と同様に形成され、これらコンタクトホールにおいてソース領域24およびドレイン領域26と電気的にコンタクトする。さらに、電気信号を伝達する金属配線層が図1(f)に示す金属配線層114と同様に形成される。これにより、能動素子10が薄膜トランジスタとして完成する。この薄膜トランジスタでは、電流がゲート電極層18へ印加されたゲート電圧に対応してソース領域24およびドレイン領域26間のチャネル領域22に流れる。   When the active element 10 is completed in the semi-finished product of the semiconductor device, an interlayer insulating film is formed in the same manner as the interlayer insulating film 111 shown in FIG. 1F, and then the activation of impurities in the source region 24 and the drain region 26 is performed. The conversion is performed by a heat treatment. Thereafter, a pair of contact holes are formed in the gate insulating film 16 and the interlayer insulating film in the same manner as the contact holes shown in FIG. 1F, and the source region 24 and the drain region 26 are partially exposed. Next, a source electrode layer and a drain electrode layer are formed in the same manner as the source electrode layer 112 and the drain electrode layer 113 shown in FIG. 1F, and electrically contact the source region 24 and the drain region 26 in these contact holes. Further, a metal wiring layer for transmitting an electric signal is formed in the same manner as the metal wiring layer 114 shown in FIG. Thereby, the active element 10 is completed as a thin film transistor. In this thin film transistor, a current flows through the channel region 22 between the source region 24 and the drain region 26 according to the gate voltage applied to the gate electrode layer 18.

上述した脱ガス処理では、チャンバ内壁94が120℃の温度でベーキング処理されるが、80℃〜150℃という範囲の温度であれば、チャンバ内壁94に含まれる不純物元素が分離または遊離する。さらに、この不純物元素は排気処理系48により反応チャンバ42から排気される。従って、非晶質シリコン膜14aがチャンバ内壁94からの不純物元素を含んで形成されることが防止される。このため、非晶質シリコン膜14aを溶融再結晶化した場合に良好な結晶性が得られる。   In the above-described degassing process, the baking process is performed on the chamber inner wall 94 at a temperature of 120 ° C. However, if the temperature is in the range of 80 ° C. to 150 ° C., the impurity element contained in the chamber inner wall 94 is separated or separated. Further, the impurity element is exhausted from the reaction chamber 42 by the exhaust processing system 48. Therefore, the formation of the amorphous silicon film 14a including the impurity element from the chamber inner wall 94 is prevented. Therefore, good crystallinity can be obtained when the amorphous silicon film 14a is melted and recrystallized.

以下、反応チャンバ42内の残留ガスについて説明する。   Hereinafter, the residual gas in the reaction chamber 42 will be described.

図14は反応チャンバ42内の残留ガスを特定するための質量スペクトルを示す。この質量スペクトルは反応チャンバ内の残留ガスを図9に示す質量分析装置51によって質量分析した結果である。質量分析装置51としては、四重極質量分析計(QMS)が用いられている。図14では、この質量分析装置51から不純物ガスの残留量として得られるイオン電流[A]がガス質量単位に相当する質量と電荷数との比M/Zに対して示される。M/Z=1は、H(水素)に相当する。M/Z=2は、Hに相当する。M/Z=17は、OHに相当する。M/Z=18は、HOに相当する。M/Z=28およびその前後は、NまたはCOに相当する。 FIG. 14 shows a mass spectrum for specifying the residual gas in the reaction chamber 42. This mass spectrum is the result of mass analysis of the residual gas in the reaction chamber by the mass spectrometer 51 shown in FIG. As the mass spectrometer 51, a quadrupole mass spectrometer (QMS) is used. In FIG. 14, the ion current [A] obtained as the residual amount of the impurity gas from the mass spectrometer 51 is shown with respect to the ratio M / Z between the mass corresponding to the gas mass unit and the charge number. M / Z = 1 corresponds to H (hydrogen). M / Z = 2 corresponds to H 2. M / Z = 17 corresponds to OH. M / Z = 18 corresponds to H 2 O. M / Z = 28 and the front and rear thereof correspond to N 2 or CO.

図15は反応チャンバ42内の主要な残留ガスのイオン電流[A]を脱ガス速度[Torr l/s]に対して測定した結果である。図14を参照すると、M/Z=17、M/Z=18およびM/Z=28が主要な残留ガスとなっている。図15では、黒三角印はM/Z=18に関する測定結果であり、白丸印はM/Z=17に関する測定結果であり、黒菱形印はM/Z=28に関する測定結果である。図15に付加された45度の傾きの直線を参考にしてわかるように、イオン電流の大きさは反応チャンバ42内の脱ガス速度の増加に伴い直線的に減少する。HO(質量単位17または18)では、酸素が汚染物となる不純物元素と考えられる。N(質量単位28)では、窒素が汚染物となる不純物元素と考えられる。また、COまたは他の炭化水素(質量単位28、12〜16)では、炭素が汚染物となる不純物元素と考えられる。従って、シリコン膜14aの成膜においてこれら不純物元素に係る分圧は、反応チャンバ42からの脱ガス速度に比例することがわかる。 FIG. 15 shows the result of measuring the ion current [A] of the main residual gas in the reaction chamber 42 with respect to the degassing rate [Torr 1 / s]. Referring to FIG. 14, M / Z = 17, M / Z = 18 and M / Z = 28 are the main residual gases. In FIG. 15, the black triangles indicate the measurement results for M / Z = 18, the white circles indicate the measurement results for M / Z = 17, and the black diamonds indicate the measurement results for M / Z = 28. As can be seen with reference to the straight line having a 45-degree slope added to FIG. 15, the magnitude of the ion current decreases linearly with an increase in the degassing rate in the reaction chamber 42. In H 2 O (mass unit 17 or 18), oxygen is considered as an impurity element serving as a contaminant. In N 2 (mass unit 28), nitrogen is considered to be an impurity element serving as a contaminant. In the case of CO or other hydrocarbons (mass unit 28, 12 to 16), carbon is considered as an impurity element serving as a pollutant. Therefore, it can be seen that the partial pressure of these impurity elements in the formation of the silicon film 14a is proportional to the degassing rate from the reaction chamber 42.

図16は図2に示す半導体膜14として用いられるシリコン膜を異なる4種類の堆積速度で基板Sb上に堆積した試料において測定された深さ方向の酸素濃度のプロファイルを示す。基板Sbの上面には、SiO層が下地絶縁層として設けられている。図16において、S1は3.0nm/sの成膜速度で成膜されたシリコン膜を表し、S2は2.3nm/sの成膜速度で成膜されたシリコン膜を表し、S3は1.5nm/sの成膜速度で成膜されたシリコン膜を表し、S4は0.8nm/sの成膜速度で成膜されたシリコン膜を表す。シリコン膜S1、S2、S3、S4はこの順番で基板Sb上に堆積された。これら成膜速度はプラズマ電力の調整により変更した。酸素濃度はシリコン膜S1、S2、S3、S4をスパッタエッチングしながら測定された。図16を参照すると、酸素濃度が成膜速度の増加に伴って減少することがわかる。すなわち、酸素濃度はシリコン膜S4、S3、S2、S1の順に小さくなり、シリコン膜S1において約1.4×1017atoms/cmという最も小さい値になる。また、酸素濃度プロファイルが基板Sbとシリコン膜S1との境界近傍に高いピークを有するが、このピークは基板SbのSiO層の酸素によって生じたものである。 FIG. 16 shows the profile of the oxygen concentration in the depth direction measured on a sample obtained by depositing the silicon film used as the semiconductor film 14 shown in FIG. 2 on the substrate Sb at four different deposition rates. On the upper surface of the substrate Sb, a SiO 2 layer is provided as a base insulating layer. In FIG. 16, S1 represents a silicon film formed at a film formation rate of 3.0 nm / s, S2 represents a silicon film formed at a film formation rate of 2.3 nm / s, and S3 represents a silicon film formed at a film formation rate of 2.3 nm / s. S4 represents a silicon film formed at a film formation rate of 5 nm / s, and S4 represents a silicon film formed at a film formation rate of 0.8 nm / s. The silicon films S1, S2, S3 and S4 were deposited on the substrate Sb in this order. These deposition rates were changed by adjusting the plasma power. The oxygen concentration was measured while sputter etching the silicon films S1, S2, S3, and S4. Referring to FIG. 16, it can be seen that the oxygen concentration decreases as the deposition rate increases. That is, the oxygen concentration decreases in the order of the silicon films S4, S3, S2, and S1, and has the smallest value of about 1.4 × 10 17 atoms / cm 3 in the silicon film S1. The oxygen concentration profile has a high peak near the boundary between the substrate Sb and the silicon film S1, and this peak is caused by oxygen in the SiO 2 layer of the substrate Sb.

図17は反応チャンバ42に原料ガスとして導入されるシランガスの濃度とシリコン膜内の酸素濃度との関係が原料ガスのリーク速度に依存することを示す。原料ガス濃度はシランガスの1/FSiH4[SCCM−1]に対する1/SiHの割合により表されている。FSiH4はシランガスの流量値である。直線L3は脱ガス処理および内壁クリーニング処理を実施した(リーク速度=6.7×10−4)の場合に得られる関係であり、直線L4は脱ガス処理および内壁クリーニング処理を実施しない(リーク速度=3.3×10−3)場合に得られる関係である。図17からわかるように、直線L3の傾きは直線L4の傾きの5分の1である。すなわち、リーク速度を1/5にすることにより傾きが1/5になった。酸素濃度は、脱ガス処理および内壁クリーニング処理を実施した場合に、これらの処理を実施しない場合よりも低下する。2つの直線L3、L4の切片の値が極めて近いことが特徴的である。 FIG. 17 shows that the relationship between the concentration of silane gas introduced as a source gas into the reaction chamber 42 and the oxygen concentration in the silicon film depends on the leak rate of the source gas. The source gas concentration is represented by the ratio of 1 / SiH 4 to 1 / FSiH 4 [SCCM −1 ] of the silane gas. FSiH4 is a flow rate value of the silane gas. The straight line L3 is a relationship obtained when the degassing process and the inner wall cleaning process are performed (leak rate = 6.7 × 10 −4 ), and the straight line L4 is not performed for the degassing process and the inner wall cleaning process (the leak speed is not changed). = 3.3 × 10 −3 ). As can be seen from FIG. 17, the slope of the straight line L3 is one fifth of the slope of the straight line L4. That is, when the leak rate was reduced to 1/5, the inclination was reduced to 1/5. The oxygen concentration is lower when the degassing process and the inner wall cleaning process are performed than when these processes are not performed. It is characteristic that the intercept values of the two straight lines L3 and L4 are extremely close.

次の式(2)を用いて図17に示す酸素濃度について詳細に説明する。   The oxygen concentration shown in FIG. 17 will be described in detail using the following equation (2).

Figure 2004343039
Figure 2004343039

ここで、Coxygenは、シリコン膜内の酸素濃度、Cgasは、原料ガス(例えばシランガス)中の酸素濃度、Foutgasは、脱ガスにより生じたガスとしての汚染物の流量、FSiH4は、シランガスの流量、NSiは、シリコン膜内の単位体積当たりのシリコン原子の個数(密度)を表す。Cgasは、原料ガス(例えばシランガス)について一定値である。式(2)中の(Foutgas/FSiH4)×NSi≡Coutgasは、脱ガスにより生じた酸素濃度を示し、1/FSiH4に比例する。   Here, Coxygen is the oxygen concentration in the silicon film, Cgas is the oxygen concentration in the source gas (for example, silane gas), Foutgas is the flow rate of contaminants as a gas generated by degassing, FSiH4 is the flow rate of silane gas, NSi represents the number (density) of silicon atoms per unit volume in the silicon film. Cgas is a constant value for the source gas (for example, silane gas). (Foutgas / FSiH4) × NSi≡Coutgas in the equation (2) indicates the concentration of oxygen generated by degassing, and is proportional to 1 / FSiH4.

図18は反応チャンバ42に原料ガスとして導入されるシランガスの流量の逆数とシリコン膜内の酸素濃度との比例関係が脱ガスにより生じる汚染物ガスの流量に比例した傾きの特性直線で規定されることを示す。図18では、直線L5がシランガスの流量FSiH4の逆数とシリコン膜内の酸素濃度Coxygenとの比例関係を表す。直線L5の傾きは汚染物ガスの流量Foutgasに比例しており、式(2)を満足する。   FIG. 18 shows that the proportional relationship between the reciprocal of the flow rate of silane gas introduced as a source gas into the reaction chamber 42 and the oxygen concentration in the silicon film is defined by a characteristic line having a slope proportional to the flow rate of contaminant gas generated by degassing. It indicates that. In FIG. 18, a straight line L5 represents a proportional relationship between the reciprocal of the flow rate FSiH4 of the silane gas and the oxygen concentration Coxygen in the silicon film. The slope of the straight line L5 is proportional to the flow rate Foutgas of the contaminant gas, and satisfies Expression (2).

図19は図17に示す○印の範囲を拡大して示す。原料ガス(例えばシランガス)中の酸素濃度Cgasは、4×1016atoms/cm〜5×1016atoms/cmのという範囲(ほぼ1ppmに相当する。)にほぼ収まる。原料ガス(例えばシランガス)中の酸素濃度Cgasと原料ガスボンベに起因する酸素濃度Cbombとの差は、原料ガス供給系からの不純物に相当する。原料ガスボンベに起因する酸素濃度Cbombは、0.5ppm未満である。 FIG. 19 is an enlarged view of the range indicated by the circle shown in FIG. The oxygen concentration Cgas in the source gas (e.g., silane gas) substantially falls within a range of 4 × 10 16 atoms / cm 3 to 5 × 10 16 atoms / cm 3 (corresponding to approximately 1 ppm). The difference between the oxygen concentration Cgas in the source gas (for example, silane gas) and the oxygen concentration Cbomb caused by the source gas cylinder corresponds to impurities from the source gas supply system. The oxygen concentration Cbomb due to the source gas cylinder is less than 0.5 ppm.

上述の半導体装置において、チャネル領域22内の酸素原子および炭素原子のそれぞれの個数が1cm当たり1×1018個以下であるか、または、チャネル領域内の酸素原子、炭素原子および金属原子のそれぞれの個数が1cm当たり1×1018個以下、1×1018個以下および1×1017個以下である。これらの個数は、半導体装置の製造が完了したときの数値である。従って、半導体装置を製造する場合に、例えば酸素および炭素原子の個数が上述した数値を越える非晶質または多結晶の非単結晶半導体膜を予め成膜し、その後の製造工程において例えば低温でのゲッタリング処理を行うなどして余分な原子を除去し、これにより酸素および炭素原子の個数を上述の数値以下に調整してもよい。 In the above semiconductor device, the number of oxygen atoms and carbon atoms in the channel region 22 is 1 × 10 18 or less per 1 cm 3 , or the number of oxygen atoms, carbon atoms, and metal atoms in the channel region is Are 1 × 10 18 or less, 1 × 10 18 or less, and 1 × 10 17 or less per 1 cm 3 . These numbers are numerical values when the manufacture of the semiconductor device is completed. Therefore, when manufacturing a semiconductor device, for example, an amorphous or polycrystalline non-single-crystal semiconductor film in which the number of oxygen and carbon atoms exceeds the above-described values is formed in advance, and in a subsequent manufacturing process, for example, at a low temperature. Excess atoms may be removed by performing a gettering process or the like, whereby the numbers of oxygen and carbon atoms may be adjusted to the above-mentioned numerical values or less.

図9に示す製造装置は例えばロードロックの付いた枚葉式<single wafer type>プラズマCVD装置である。チャンバ内壁94は反応チャンバ42内の空間に離脱して半導体膜に混入するような鉄、ニッケル、コバルト等を含有するSUS系の金属材料を含まない。その代わりに、内壁94はアルミニウム含有金属からなる材料から構成される。これにより、フッ素系ガスによるクリーニング時に内壁94の金属成分であるアルミニウムがフッ素と化合してフッ素化合物を形成する。このようにアルミニウムおよびフッ素がフッ素化合物として内壁94に含まれる場合には、アルミニウムおよびフッ素がチャンバ内壁94から反応チャンバ42内の空間に離脱して、成膜中の半導体膜に汚染物として混入することが防止される。   The manufacturing apparatus shown in FIG. 9 is, for example, a single wafer type plasma CVD apparatus with a load lock. The chamber inner wall 94 does not include a SUS-based metal material containing iron, nickel, cobalt, or the like that is separated into the space in the reaction chamber 42 and mixed into the semiconductor film. Instead, the inner wall 94 is composed of a material comprising an aluminum-containing metal. As a result, aluminum, which is the metal component of the inner wall 94, combines with fluorine during cleaning with a fluorine-based gas to form a fluorine compound. When aluminum and fluorine are contained in the inner wall 94 as a fluorine compound as described above, aluminum and fluorine separate from the chamber inner wall 94 into the space in the reaction chamber 42 and are mixed as contaminants into the semiconductor film being formed. Is prevented.

内壁94の材料は、アルミニウム−マグネシウム系金属材料(日本工業規格の材料番号によればA5000番台の金属材料、例えばA5052系の材料)であることが好ましい。また、アルミニウム−マグネシウム−シリコン系金属材料(同A6000番台の金属材料)またはアルミニウム銅系材料(同A2000番台の金属材料、例えばA2219系の材料)は内壁94の材料としてさらに好ましい。   The material of the inner wall 94 is preferably an aluminum-magnesium-based metal material (A5000-series metal material according to Japanese Industrial Standards material number, for example, A5052-based material). Further, an aluminum-magnesium-silicon-based metal material (A6000-series metal material) or an aluminum copper-based material (A2000-series metal material, for example, A2219-based material) is more preferable as the material of the inner wall 94.

反応チャンバ42の内壁94の表面は6.4マイクロメートル以下の粗さであることが好ましい。これにより、内壁94は不純物元素の付着が抑制されような平滑な表面を有することになり、内壁94の清浄な状態を長期間にわたって保つことができる。   The surface of the inner wall 94 of the reaction chamber 42 preferably has a roughness of 6.4 micrometers or less. Accordingly, the inner wall 94 has a smooth surface such that adhesion of the impurity element is suppressed, and the clean state of the inner wall 94 can be maintained for a long period of time.

また、例えばフッ素と化合することにより形成されるフッ化マグネシウムアルミニウム層を内壁94の表面に設け、さらにこの内壁94の表面を50nm〜1000nmの厚さを有する非晶質半導体膜で覆うことにより、内壁94に含まれるフッ素原子が反応チャンバ42内の空間に離脱して成膜中の半導体膜に汚染物として混入することが抑制される。   Further, for example, a magnesium aluminum fluoride layer formed by combining with fluorine is provided on the surface of the inner wall 94, and the surface of the inner wall 94 is covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm, Fluorine atoms contained in the inner wall 94 are prevented from leaving the space in the reaction chamber 42 and entering the semiconductor film being formed as contaminants.

反応チャンバ42は耐熱性を有するフッ素系ゴムからなるOリングを介して外部から遮断される。これにより、内壁94のべーキング処理時の熱によりOリングの損傷を低減することができる。また、このOリングに代わって、耐熱性を有するフッ素系ゴムからなり例えば径の異なる2つのOリングを重ねて用い、2つのOリングを介して反応チャンバ42を外部から遮断してもよい。これにより、反応チャンバ42はより確実に外部からの遮断される。また、各Oリングの損傷をより少なくすることができる。さらに、反応チャンバ42はこれら二重のOリング間の間隙から汚染物となる気体を取り除く排気装置を含むように構成してもよい。   The reaction chamber 42 is shut off from the outside via an O-ring made of fluorine rubber having heat resistance. This can reduce damage to the O-ring due to heat during baking of the inner wall 94. Instead of the O-ring, for example, two O-rings made of a heat-resistant fluorine-based rubber and having different diameters may be overlapped, and the reaction chamber 42 may be shut off from the outside via the two O-rings. Thereby, the reaction chamber 42 is more reliably shut off from the outside. Further, damage to each O-ring can be further reduced. Further, the reaction chamber 42 may be configured to include an exhaust device that removes contaminant gas from the gap between these double O-rings.

尚、図2に示す半導体装置は、支持基板12が下地絶縁層20の下地となり、下地絶縁層20が非単結晶半導体膜14の下地となり、非単結晶半導体膜14がゲート絶縁膜16の下地となり、さらにゲート絶縁膜16がゲート電極層18の下地となる積層構造を有する。この積層構造は例えば図20に示すように変形してもよい。   In the semiconductor device shown in FIG. 2, the supporting substrate 12 serves as a base for the base insulating layer 20, the base insulating layer 20 serves as a base for the non-single-crystal semiconductor film 14, and the non-single-crystal semiconductor film 14 serves as a base for the gate insulating film 16. And a stacked structure in which the gate insulating film 16 becomes a base of the gate electrode layer 18. This laminated structure may be modified, for example, as shown in FIG.

図20は図2に示す半導体装置の第1変形例を示す。この変形例は、支持基板12が下地絶縁層20の下地となり、下地絶縁層20がゲート電極層18の下地となり、ゲート電極層18がゲート絶縁膜16の下地となり、ゲート絶縁膜16が半導体膜14の下地となる積層構造を有する。   FIG. 20 shows a first modification of the semiconductor device shown in FIG. In this modification, the supporting substrate 12 serves as a base for the base insulating layer 20, the base insulating layer 20 serves as a base for the gate electrode layer 18, the gate electrode layer 18 serves as a base for the gate insulating film 16, and the gate insulating film 16 serves as a semiconductor film. It has a layered structure that serves as a base for fourteen.

この第1変形例の半導体装置の製造では、下地絶縁層20の形成後、ゲート電極層18が形成され、ゲート絶縁膜16がゲート電極層18を覆うように形成される。ゲート絶縁膜16は下地絶縁層20上にも広がって形成される。   In the manufacture of the semiconductor device of the first modified example, after the formation of the base insulating layer 20, the gate electrode layer 18 is formed, and the gate insulating film 16 is formed so as to cover the gate electrode layer 18. The gate insulating film 16 is formed so as to extend also on the base insulating layer 20.

次に、例えば非晶質シリコン膜が非晶質半導体膜としてゲート絶縁膜16上にプラズマ化学気相成長法により堆積される。非晶質シリコン膜は図9に示すPECVD装置40を用いて行われる。反応チャンバ42の内壁94は非晶質シリコン膜の成膜前に脱ガス処理され、フッ素系ガスでエッチング表面処理することによりクリーニングされ、さらに非晶質半導体膜95によって覆われる。非晶質シリコン膜はこのような反応チャンバ42内で成膜される。次いで、キャップ層が非晶質シリコン膜上に形成され、非晶質シリコン層の脱水素処理が行われる。次に、非晶質シリコン膜のレーザアニール処理が行われる。このレーザアニール処理では、例えばKrFエキシマレーザ光が既に説明した照射条件で位相シフタを介して非晶質シリコン膜に照射される。これにより、非晶質シリコン膜が溶融再結晶化され、ポリシリコン膜に変化する。図20に示す非単結晶シリコン膜14はこのようにして形成されたポリシリコン膜である。この後、上述のキャップ層が例えば緩衝フッ酸によるウェットエッチング法により除去される。   Next, for example, an amorphous silicon film is deposited as an amorphous semiconductor film on the gate insulating film 16 by a plasma chemical vapor deposition method. The amorphous silicon film is formed using a PECVD apparatus 40 shown in FIG. The inner wall 94 of the reaction chamber 42 is degassed before the formation of the amorphous silicon film, is cleaned by performing an etching surface treatment with a fluorine-based gas, and is further covered with the amorphous semiconductor film 95. An amorphous silicon film is formed in such a reaction chamber 42. Next, a cap layer is formed on the amorphous silicon film, and dehydrogenation of the amorphous silicon layer is performed. Next, laser annealing of the amorphous silicon film is performed. In this laser annealing process, for example, KrF excimer laser light is applied to the amorphous silicon film via the phase shifter under the above-described irradiation conditions. As a result, the amorphous silicon film is melted and recrystallized to change to a polysilicon film. The non-single-crystal silicon film 14 shown in FIG. 20 is a polysilicon film formed in this manner. Thereafter, the above-described cap layer is removed by, for example, a wet etching method using buffered hydrofluoric acid.

次に、レジスト層がゲート電極層18のパターン寸法とほぼ等しいパターンでチャネル領域22上に形成され、n型またはp型の不純物がこのレジスト層をマスクにして半導体膜14に注入される。これにより、ソース領域24およびドレイン領域26が半導体膜14においてチャネル領域22の両側に形成される。この場合、ソース領域24およびドレイン領域26の寸法はレジスト層のパターン寸法により調整することができる。図20に示す半導体装置の半製品はこの段階で得られる。   Next, a resist layer is formed on the channel region 22 in a pattern substantially equal to the pattern size of the gate electrode layer 18, and n-type or p-type impurities are injected into the semiconductor film 14 using the resist layer as a mask. As a result, the source region 24 and the drain region 26 are formed on the semiconductor film 14 on both sides of the channel region 22. In this case, the dimensions of the source region 24 and the drain region 26 can be adjusted by the pattern dimensions of the resist layer. The semi-finished product of the semiconductor device shown in FIG. 20 is obtained at this stage.

この後、図2に示す半導体装置と同様に処理される。すなわち、層間絶縁膜が半導体層14を覆って形成され、次いでソース領域24およびドレイン領域26内の不純物が加熱処理により活性化される。この後、1対のコンタクトホールがゲート絶縁膜16および層間絶縁膜に形成され、ソース領域24およびドレイン領域26を部分的に露出させる。次いで、ソース電極層およびドレイン電極層がこれらコンタクトホールにおいてソース領域24およびドレイン領域26と電気的にコンタクトするように形成される。さらに、電気信号を伝達する金属配線層が形成される。これにより、能動素子10が薄膜トランジスタとして完成する。   Thereafter, the same processing as in the semiconductor device shown in FIG. 2 is performed. That is, an interlayer insulating film is formed to cover semiconductor layer 14, and then impurities in source region 24 and drain region 26 are activated by heat treatment. Thereafter, a pair of contact holes is formed in the gate insulating film 16 and the interlayer insulating film to partially expose the source region 24 and the drain region 26. Next, a source electrode layer and a drain electrode layer are formed so as to make electrical contact with the source region 24 and the drain region 26 in these contact holes. Further, a metal wiring layer for transmitting an electric signal is formed. Thereby, the active element 10 is completed as a thin film transistor.

図21は図2に示す半導体装置の第2変形例を示す。図2に示す半導体装置はゲート絶縁膜16が非単結晶半導体膜14を覆う構造を有するが、図21に示すようにゲート絶縁膜16が半導体膜14のチャネル領域22のみを覆う構造に変形してもよい。この場合、ゲート電極層18はこのゲート絶縁膜16上に形成され、層間絶縁膜28がゲート電極層18、ソース領域24およびドレイン領域26を覆って形成される。ソース電極層30およびドレイン電極層32はこの層間絶縁膜28に形成される1対のコンタクトホールにおいてソース領域24およびドレイン領域26にコンタクトするように形成され、さらに金属配線層34がドレイン電極32に接続されるように形成される。これにより、能動素子10が薄膜トランジスタとして完成する。   FIG. 21 shows a second modification of the semiconductor device shown in FIG. Although the semiconductor device shown in FIG. 2 has a structure in which the gate insulating film 16 covers the non-single-crystal semiconductor film 14, the structure is changed to a structure in which the gate insulating film 16 covers only the channel region 22 of the semiconductor film 14 as shown in FIG. You may. In this case, gate electrode layer 18 is formed on gate insulating film 16, and interlayer insulating film 28 is formed to cover gate electrode layer 18, source region 24 and drain region 26. The source electrode layer 30 and the drain electrode layer 32 are formed so as to be in contact with the source region 24 and the drain region 26 at a pair of contact holes formed in the interlayer insulating film 28, and a metal wiring layer 34 is formed on the drain electrode 32. It is formed to be connected. Thereby, the active element 10 is completed as a thin film transistor.

また、図2に示す半導体装置では、キャップ層130をすべて除去するものとしたが、キャップ層130をゲート絶縁膜16と同じ厚さを有するまでエッチングしてゲート絶縁膜16として用いてもよい。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 2, the cap layer 130 is entirely removed. However, the cap layer 130 may be etched to have the same thickness as the gate insulating film 16 and used as the gate insulating film 16.

また、図2に示す半導体装置の製造では、レーザアニール処理が非単結晶半導体膜である非晶質シリコン膜14aを溶融再結晶化するために行われる。このレーザアニール処理では、KrFエキシマレーザ光が位相シフタ136を介して非晶質シリコン膜14aに照射される。このエキシマパルスレーザ光は位相シフタ136を介さずに直接非晶質シリコン膜14aに1回又は複数回照射されてもよい。位相シフタ136を用いない方式は位相シフタ136を用いる方式ほど大きく結晶粒を成長させることができないが、光照射の照射フルエンスが位相シフタ136を用いる方式に比べて比較的小さいことからキャップ層130を形成する必要がない。   In the manufacture of the semiconductor device shown in FIG. 2, laser annealing is performed to melt and recrystallize the amorphous silicon film 14a, which is a non-single-crystal semiconductor film. In this laser annealing process, the amorphous silicon film 14a is irradiated with KrF excimer laser light via the phase shifter 136. The excimer pulsed laser light may be directly applied to the amorphous silicon film 14a one or more times without passing through the phase shifter 136. The method without the phase shifter 136 cannot grow crystal grains as large as the method using the phase shifter 136. However, since the irradiation fluence of light irradiation is relatively small as compared with the method using the phase shifter 136, the cap layer 130 cannot be formed. No need to form.

また、非晶質シリコン膜14aのような非単結晶半導体膜の溶融再結晶化はレーザ光以外のエネルギー光を用いるランプアニール処理で行われてもよい。また、非単結晶半導体膜の溶融再結晶化はエネルギー光を照射する方法によらずに、例えば窒素雰囲気下での固相成長法により行うようにしてもよい。いずれの場合においても、非単結晶半導体膜は加熱位置において10秒以下の加熱時間で溶融されて結晶化されることが好ましい。この加熱時間は1秒以下であることがさらに好ましい。これにより溶融状態で生じる半導体膜の汚染を抑制することができる。   Further, the melting and recrystallization of a non-single-crystal semiconductor film such as the amorphous silicon film 14a may be performed by a lamp annealing process using energy light other than laser light. Further, the melting and recrystallization of the non-single-crystal semiconductor film may be performed by, for example, a solid-phase growth method in a nitrogen atmosphere, instead of the method of irradiating energy light. In any case, the non-single-crystal semiconductor film is preferably melted and crystallized at a heating position for a heating time of 10 seconds or less. This heating time is more preferably 1 second or less. Thus, contamination of the semiconductor film generated in a molten state can be suppressed.

以上のように本実施形態では、チャネル領域22が1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有する。非単結晶半導体膜14のうち少なくともチャネル領域22がこのような酸素濃度および炭素濃度を有する場合、これら元素に起因してチャネル領域22の結晶構造に生じる微小欠陥を実用上支障のない1×10/cm程度の極めて少ない値にできる。これにより、チャネル領域22内のキャリアはこれら微小欠陥によって著しく阻害されることなく高速に移動できる。従って、薄膜トランジスタは、高速なスイッチング動作を行う良好な電気的特性を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the channel region 22 has an oxygen concentration and a carbon concentration that do not exceed 1 × 10 18 atoms / cm 3 . When at least the channel region 22 of the non-single-crystal semiconductor film 14 has such an oxygen concentration and a carbon concentration, minute defects generated in the crystal structure of the channel region 22 due to these elements can be reduced to 1 × 10 An extremely small value of about 6 / cm 3 can be obtained. Thus, carriers in the channel region 22 can move at high speed without being significantly hindered by these minute defects. Therefore, the thin film transistor can obtain favorable electric characteristics for performing high-speed switching operation.

また、非単結晶半導体膜14のうち少なくともチャネル領域22が5×1017atoms/cmを越えない酸素濃度および5×1017atoms/cmを越えない炭素濃度を有する場合、チャネル領域22の品質が向上する。 Also, if having a carbon concentration not exceeding oxygen concentration and 5 × 10 17 atoms / cm 3 at least the channel region 22 does not exceed 5 × 10 17 atoms / cm 3 of the non-single-crystal semiconductor film 14, the channel region 22 Quality is improved.

さらに、非単結晶半導体膜14は1×1017atoms/cmを越えない金属元素の濃度を有する場合、半導体膜14の抵抗率を低下させる要因となる金属酸化物の生成が抑制される。金属原子の個数がさらに1cm当たり5×1016個以下であれば、金属酸化物の生成がさらに抑制され、抵抗率を実用上支障のない値にすることができる。 Further, when the non-single-crystal semiconductor film 14 has a concentration of a metal element not exceeding 1 × 10 17 atoms / cm 3 , generation of a metal oxide which causes a decrease in the resistivity of the semiconductor film 14 is suppressed. When the number of metal atoms is 5 × 10 16 or less per 1 cm 3 , generation of metal oxide is further suppressed, and the resistivity can be set to a value that does not hinder practical use.

非単結晶半導体膜14内では、ソース領域24、チャネル領域22、およびドレイン領域26が結晶粒の成長方向に沿って配列され、チャネル領域22はこの成長方向においてチャネル領域22の長さ以上の粒径を有する単一の結晶粒内に配置される。この場合、チャネル領域22に結晶粒界が存在しなくなり、チャネル領域22内の結晶粒界により生じるキャリアの移動阻害を解消することができる。   In the non-single-crystal semiconductor film 14, the source region 24, the channel region 22, and the drain region 26 are arranged along the crystal grain growth direction, and the channel region 22 has a size larger than the length of the channel region 22 in this growth direction. It is located within a single grain having a diameter. In this case, the crystal boundary does not exist in the channel region 22, and it is possible to eliminate the inhibition of carrier movement caused by the crystal boundary in the channel region 22.

半導体装置の製造において、支持基板12を収容する成膜室である反応チャンバ42の内壁94がアルミニウムマグネシウム系材料、アルミニウムマグネシウムシリコン系材料あるいはアルミニウム銅系材料のようなアルミニウム含有金属からなる場合には、内壁94成分の金属元素が成膜中に反応チャンバ42の空間に進出して非単結晶半導体膜14に混入することを防止できる。内壁94の表面が6.4マイクロメートル以下の粗さである場合、不純物元素が内壁94の平滑な表面に付着することが抑制され、長期間にわたって内壁94を清浄な状態を保つことができる。   In the manufacture of a semiconductor device, when the inner wall 94 of the reaction chamber 42, which is a film formation chamber for accommodating the support substrate 12, is made of an aluminum-containing metal such as an aluminum magnesium-based material, an aluminum magnesium silicon-based material, or an aluminum copper-based material. In addition, it is possible to prevent the metal element of the inner wall 94 from entering the space of the reaction chamber 42 during the film formation and entering the non-single-crystal semiconductor film 14. When the surface of the inner wall 94 has a roughness of 6.4 micrometers or less, it is possible to suppress the impurity element from adhering to the smooth surface of the inner wall 94, and to keep the inner wall 94 clean for a long period of time.

また、反応チャンバ42の内壁94がフッ素系ガスでエッチング表面処理され、50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜95で覆われる。これにより、汚染物元素がエッチング表面処理でチャンバ内壁94の表面から除去され、さらにエッチング表面処理で混入したフッ素も非晶質半導体膜95によってチャンバ内壁94から反応チャンバ42の空間に離脱できなくなる。これにより、成膜中に非単結晶半導体膜14に混入する汚染物を低減できる。   Further, the inner wall 94 of the reaction chamber 42 is subjected to etching surface treatment with a fluorine-based gas, and is covered with an amorphous semiconductor film 95 having a thickness of 50 nm to 1000 nm. As a result, contaminant elements are removed from the surface of the chamber inner wall 94 by the etching surface treatment, and fluorine mixed in the etching surface treatment cannot be separated from the chamber inner wall 94 into the space of the reaction chamber 42 by the amorphous semiconductor film 95. Thus, contaminants mixed into the non-single-crystal semiconductor film 14 during film formation can be reduced.

また、反応チャンバ42が耐熱性を有するフッ素系ゴムからなるOリングを介して外部から遮断場合、内壁94のべーキング処理時の熱によりOリングの損傷を低減することができる。このOリングに代わって、耐熱性を有するフッ素系ゴムからなり例えば径の異なる2つのOリングを重ねて用い、2つのOリングを介して反応チャンバ42を外部から遮断した場合には、反応チャンバ42をより確実に外部からの遮断すると共に、各Oリングの損傷をより少なくすることができる。さらに、反応チャンバ42がこれら二重のOリング間の間隙から汚染物となる気体を取り除く排気装置を含む場合には、この汚染物による影響をなくすことができる。   Further, when the reaction chamber 42 is shut off from the outside via an O-ring made of a heat-resistant fluorine-based rubber, damage to the O-ring can be reduced by heat generated during the baking process of the inner wall 94. In place of the O-ring, two O-rings made of heat-resistant fluorine-based rubber having different diameters, for example, are superposed and the reaction chamber 42 is shut off from the outside via the two O-rings. 42 can be more reliably shut off from the outside, and damage to each O-ring can be reduced. Further, if the reaction chamber 42 includes an exhaust device that removes gas that becomes a contaminant from the gap between the double O-rings, the influence of the contaminant can be eliminated.

(a)から(f)は従来のポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図。4A to 4F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a conventional polysilicon thin film transistor. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す図。FIG. 1 is a view showing a cross-sectional structure of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 図2に示す半導体膜内の炭素および酸素と積層欠陥密度との相関関係を検証するために試料の非晶質シリコン膜に注入された炭素および酸素のドーズ量を示す表。3 is a table showing doses of carbon and oxygen injected into an amorphous silicon film of a sample in order to verify a correlation between carbon and oxygen in the semiconductor film shown in FIG. 2 and stacking fault density. 図3に示すドーズ量に対して非晶質シリコン膜に得られる炭素および酸素濃度を示す表。4 is a table showing the concentrations of carbon and oxygen obtained in an amorphous silicon film with respect to the dose shown in FIG. 3. 図4に示す炭素濃度をパラメータとして積層欠陥密度の酸素濃度依存性を示すグラフ。5 is a graph showing the dependency of stacking fault density on oxygen concentration using the carbon concentration shown in FIG. 4 as a parameter. 図2に示す半導体膜内の炭素、酸素、および金属元素と積層欠陥密度との相関関係を検証するために複数の試料に注入された炭素、酸素、およびニッケル(金属元素)のドーズ量を示す表。FIG. 4 shows doses of carbon, oxygen, and nickel (metal element) injected into a plurality of samples to verify a correlation between carbon, oxygen, and metal elements in the semiconductor film illustrated in FIG. 2 and stacking fault density. table. 図6に示すニッケルのドーズ量に対して得られるニッケル濃度を示す表。7 is a table showing the nickel concentration obtained with respect to the dose of nickel shown in FIG. 6. 図7に示すニッケル濃度をパラメータとして積層欠陥密度の炭素および酸素濃度依存性を示すグラフ。8 is a graph showing the dependence of stacking fault density on carbon and oxygen concentrations using the nickel concentration shown in FIG. 7 as a parameter. 図2に示す半導体装置の製造に用いられる製造装置を概略的に示す図。FIG. 3 schematically shows a manufacturing apparatus used for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2. 図9に示す反応チャンバおよびプラズマ発生源を概略的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically showing a reaction chamber and a plasma generation source shown in FIG. 9. 図2に示す半導体装置の製造において形成されるキャップ層を示す図。FIG. 3 is a view showing a cap layer formed in the manufacture of the semiconductor device shown in FIG. 2. 図11に示す非晶質シリコン膜の溶融再結晶化に用いられるレーザ光照射装置を概略的に示す図。FIG. 12 is a diagram schematically showing a laser beam irradiation apparatus used for melting and recrystallization of the amorphous silicon film shown in FIG. 11. 図12に示す位相シフタの構造とこの位相シフタを透過したレーザ光の強度分布との関係を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the structure of the phase shifter shown in FIG. 12 and the intensity distribution of laser light transmitted through the phase shifter. 図10に示す反応チャンバ内の残留ガスを特定するための質量スペクトルを示すグラフ。FIG. 11 is a graph showing a mass spectrum for specifying a residual gas in the reaction chamber shown in FIG. 10. 図10に示す反応チャンバ内の主要な残留ガスのイオン電流を脱ガス速度に対して測定した結果を示すグラフ。11 is a graph showing the result of measuring the ion current of the main residual gas in the reaction chamber shown in FIG. 10 with respect to the degassing rate. 図2に示す半導体膜として用いられるシリコン膜を異なる4種類の堆積速度で支持基板上に堆積した試料において測定された深さ方向の酸素濃度のプロファイルを示すグラフ。3 is a graph showing a profile of oxygen concentration in a depth direction measured on a sample in which a silicon film used as the semiconductor film shown in FIG. 2 is deposited on a supporting substrate at four different deposition rates. 図10に示す反応チャンバに原料ガスとして導入されるシランガスの濃度とシリコン膜内の酸素濃度との関係が原料ガスのリーク速度に依存することを示すグラフ。11 is a graph showing that the relationship between the concentration of silane gas introduced as a source gas into the reaction chamber shown in FIG. 10 and the oxygen concentration in the silicon film depends on the leak rate of the source gas. 図10に示す反応チャンバに原料ガスとして導入されるシランガスの流量の逆数とシリコン膜内の酸素濃度との比例関係が脱ガスにより生じる汚染物ガスの流量に比例した傾きの特性直線で規定されることを示すグラフ。The proportional relationship between the reciprocal of the flow rate of silane gas introduced as a source gas into the reaction chamber shown in FIG. 10 and the oxygen concentration in the silicon film is defined by a characteristic line having a slope proportional to the flow rate of contaminant gas generated by degassing. A graph indicating that. 図17に示す○印の範囲を拡大して示すグラフ。The graph which expands and shows the range of the mark shown in FIG. 図2に示す半導体装置の第1変形例の断面構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a first modification of the semiconductor device shown in FIG. 2. 図2に示す半導体装置の第2変形例の断面構造を示す図。FIG. 6 is a view showing a cross-sectional structure of a second modification of the semiconductor device shown in FIG. 2.

符号の説明Explanation of reference numerals

10…能動素子、12…支持基板、14…非単結晶半導体膜、14a…非晶質シリコン膜、16…ゲート絶縁膜、18…ゲート電極層、20…下地絶縁層、22…チャネル領域、24…ソース領域、26…ドレイン領域、30…ソース電極層、32…ドレイン電極層、34…金属配線層、40…プラズマ気相成長装置、42…反応チャンバ、44…プラズマ発生源、46…原料ガス供給系、48…排気処理系、50…基板搬送系、51…質量分析装置、52…シランガスボンベ、54…水素ガスボンベ、56…原料ガスボンベ装置、58…マスフローコントローラ、60…ターボ分子ポンプ、62…ドライポンプ、64…オートプレッシャーコントローラ、66…ガスクリーナ、68…ロードチャンバ、70…ロボットチャンバ、72…扉、80…ヒータ、82…ガス導入管、84…ガス排気管、86…高周波発生装置、88…上電極、90…下電極、92…メッシュ、94…チャンバ内壁、95…非晶質半導体膜、130…キャップ層、132…レーザ装置、134…光学系、136…位相シフタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Active element, 12 ... Support substrate, 14 ... Non-single-crystal semiconductor film, 14a ... Amorphous silicon film, 16 ... Gate insulating film, 18 ... Gate electrode layer, 20 ... Base insulating layer, 22 ... Channel region, 24 ... source region, 26 ... drain region, 30 ... source electrode layer, 32 ... drain electrode layer, 34 ... metal wiring layer, 40 ... plasma vapor deposition apparatus, 42 ... reaction chamber, 44 ... plasma generation source, 46 ... source gas Supply system, 48: Exhaust treatment system, 50: Substrate transfer system, 51: Mass spectrometer, 52: Silane gas cylinder, 54: Hydrogen gas cylinder, 56: Source gas cylinder apparatus, 58: Mass flow controller, 60: Turbo molecular pump, 62 ... Dry pump, 64: Auto pressure controller, 66: Gas cleaner, 68: Load chamber, 70: Robot chamber, 72: Door, 0: heater, 82: gas introduction pipe, 84: gas exhaust pipe, 86: high frequency generator, 88: upper electrode, 90: lower electrode, 92: mesh, 94: chamber inner wall, 95: amorphous semiconductor film, 130 ... Cap layer, 132 laser device, 134 optical system, 136 phase shifter.

Claims (19)

能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備え、前記チャネル領域はいずれも1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有することを特徴とする半導体構造物。 A non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element; and a support substrate for supporting the non-single-crystal semiconductor film, wherein the channel region has an oxygen concentration and an oxygen concentration not exceeding 1 × 10 18 atoms / cm 3. A semiconductor structure having a carbon concentration. 前記酸素濃度および炭素濃度がいずれも5×1017atoms/cmを越えないことを特徴とする請求項1に記載の半導体構造物。 2. The semiconductor structure according to claim 1, wherein the oxygen concentration and the carbon concentration do not exceed 5 × 10 17 atoms / cm 3 . 前記チャネル領域は1×1017atoms/cmを越えない濃度の金属元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体構造物。 2. The semiconductor structure according to claim 1, wherein the channel region contains a metal element at a concentration not exceeding 1 × 10 17 atoms / cm 3 . 前記金属元素の濃度は5×1016atoms/cmを越えないことを特徴とする請求項3に記載の半導体構造物。 4. The semiconductor structure according to claim 3, wherein the concentration of the metal element does not exceed 5 × 10 16 atoms / cm 3 . 能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備える半導体構造物の製造方法であって、成膜室の内壁をフッ素系ガスでエッチング表面処理し、前記内壁を50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆い、前記支持基板を前記成膜室に収容して前記非単結晶半導体膜を形成し、前記非単結晶半導体膜を加熱により溶融再結晶化することを特徴とする半導体構造物の製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor structure, comprising: a non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element; and a support substrate that supports the non-single-crystal semiconductor film, wherein an inner wall of a deposition chamber is etched with a fluorine-based gas. Performing a surface treatment, covering the inner wall with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm, accommodating the support substrate in the film formation chamber, and forming the non-single-crystal semiconductor film, A method for producing a semiconductor structure, comprising: melting and recrystallizing a semiconductor by heating. さらに80℃〜150℃の温度で前記内壁をベーキング処理することを特徴とする請求項5に記載の半導体構造物の製造方法。   The method according to claim 5, wherein the inner wall is baked at a temperature of 80C to 150C. エネルギー光が前記非単結晶半導体膜を加熱するために照射されることを特徴とする請求項5に記載の半導体構造物の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor structure according to claim 5, wherein energy light is applied to heat the non-single-crystal semiconductor film. 前記非単結晶半導体膜は加熱位置において10秒を越えない加熱時間で加熱されることを特徴とする請求項5に記載の半導体構造物の製造方法。   The method according to claim 5, wherein the non-single-crystal semiconductor film is heated at a heating position for a heating time not exceeding 10 seconds. 前記加熱時間は1秒を越えないことを特徴とする請求項7に記載の半導体構造物の製造方法。   The method according to claim 7, wherein the heating time does not exceed 1 second. 能動素子用のチャネル領域を含む非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板とを備える半導体構造物の製造装置であって、前記支持基板を成膜室に収容して前記非単結晶半導体膜を形成する成膜部と、前記非単結晶半導体膜を溶融再結晶化する結晶化部とを備え、前記成膜室はアルミニウムを含有する金属からなる内壁を有することを特徴とする半導体構造物の製造装置。   An apparatus for manufacturing a semiconductor structure including a non-single-crystal semiconductor film including a channel region for an active element and a support substrate that supports the non-single-crystal semiconductor film, wherein the support substrate is housed in a deposition chamber. A film formation unit for forming the non-single-crystal semiconductor film, and a crystallization unit for melting and recrystallizing the non-single-crystal semiconductor film, wherein the film formation chamber has an inner wall made of a metal containing aluminum. Characteristic semiconductor manufacturing equipment. 前記内壁の表面はフッ素原子を含み、50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆われることを特徴とする請求項10に記載の半導体構造物の製造装置。   The apparatus of claim 10, wherein a surface of the inner wall includes a fluorine atom and is covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm. 非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、前記非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備え、前記チャネル領域はいずれも1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および炭素濃度を有することを特徴とする半導体装置。 A non-single-crystal semiconductor film, a support substrate supporting the non-single-crystal semiconductor film, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region, wherein each of the channel regions is 1 × 10 18 A semiconductor device having an oxygen concentration and a carbon concentration not exceeding atoms / cm 3 . 前記能動素子は前記非単結晶半導体膜において前記チャネル領域の両側に配置されるソースおよびドレイン領域および絶縁膜により前記チャネル領域から絶縁されるゲート電極層を含む薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。   9. The non-single-crystal semiconductor film, wherein the active element is a thin film transistor including source and drain regions disposed on both sides of the channel region and a gate electrode layer insulated from the channel region by an insulating film. 13. The semiconductor device according to item 12. 前記チャネル領域は前記ソースおよびドレイン領域の配列方向に一致する結晶成長方向を有する単一の結晶粒内に配置されることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the channel region is arranged in a single crystal grain having a crystal growth direction coinciding with an arrangement direction of the source and drain regions. 前記酸素濃度および炭素濃度はいずれも5×1017atoms/cmを越えないことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 12, wherein both the oxygen concentration and the carbon concentration do not exceed 5 × 10 17 atoms / cm 3 . 前記非単結晶半導体膜は1×1017atoms/cmを越えない濃度の金属元素を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the non-single-crystal semiconductor film contains a metal element at a concentration not exceeding 1 × 10 17 atoms / cm 3 . 前記金属元素の濃度は5×1016atoms/cmを越えないことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。 17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the concentration of the metal element does not exceed 5 × 10 16 atoms / cm 3 . 非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、前記非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備え、前記チャネル領域は1×1018atoms/cmを越えない酸素濃度および1×10cm-3を越えない積層欠陥密度を有することを特徴とする半導体装置。 A non-single-crystal semiconductor film, a support substrate supporting the non-single-crystal semiconductor film, and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region, wherein the channel region is 1 × 10 18 atoms / wherein a has a stacking fault density not exceeding the oxygen concentration and 1 × 10 6 cm -3 does not exceed cm 3. 非単結晶半導体膜と、前記非単結晶半導体膜を支持する支持基板と、前記非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する能動素子とを備える半導体装置の製造方法であって、成膜室の内壁をフッ素系ガスでエッチング表面処理し、前記内壁を50nm〜1000nmの厚さの非晶質半導体膜で覆い、前記支持基板を前記成膜室に収容して前記非単結晶半導体膜を形成し、前記非単結晶半導体膜を溶融再結晶化し、前記非単結晶半導体膜の一部をチャネル領域として有する前記能動素子を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a non-single-crystal semiconductor film; a support substrate supporting the non-single-crystal semiconductor film; and an active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region. The inner wall of the chamber is subjected to etching surface treatment with a fluorine-based gas, the inner wall is covered with an amorphous semiconductor film having a thickness of 50 nm to 1000 nm, and the supporting substrate is accommodated in the film forming chamber and the non-single-crystal semiconductor film is removed. Forming the active element having a part of the non-single-crystal semiconductor film as a channel region by melting and recrystallizing the non-single-crystal semiconductor film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497118A (en) * 2020-03-19 2021-10-12 三菱电机株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0870129A (en) * 1994-08-29 1996-03-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its fabrication
JPH08228006A (en) * 1995-02-21 1996-09-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing insulating gate type thin film semiconductor device
JPH0927453A (en) * 1994-09-16 1997-01-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2000068520A (en) * 1997-12-17 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor thin film, method of manufacturing the same, manufacturing apparatus, semiconductor element, and method of manufacturing the same
JP2000306859A (en) * 1999-04-19 2000-11-02 Sony Corp Crystallization of semiconductor thin film and laser irradiating apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0870129A (en) * 1994-08-29 1996-03-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its fabrication
JPH0927453A (en) * 1994-09-16 1997-01-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JPH08228006A (en) * 1995-02-21 1996-09-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing insulating gate type thin film semiconductor device
JP2000068520A (en) * 1997-12-17 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor thin film, method of manufacturing the same, manufacturing apparatus, semiconductor element, and method of manufacturing the same
JP2000306859A (en) * 1999-04-19 2000-11-02 Sony Corp Crystallization of semiconductor thin film and laser irradiating apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497118A (en) * 2020-03-19 2021-10-12 三菱电机株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same

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