JP3311522B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device .
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、アクティブマトリクス方式の液晶
ディスプレイ(LCD;Liquid Crystal Display)が高
画質な表示装置として注目されている。そのアクティブ
マトリクス方式LCDの画素駆動素子(画素駆動用トラ
ンジスタ)として、透明絶縁基板上に形成された多結晶
シリコン膜を能動層に用いた薄膜トランジスタ(以下、
多結晶シリコンTFT(Thin Film Transistor)とい
う)の開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, an active matrix type liquid crystal display (LCD) has attracted attention as a high-quality display device. As a pixel driving element (pixel driving transistor) of the active matrix type LCD, a thin film transistor (hereinafter, referred to as a pixel) using a polycrystalline silicon film formed on a transparent insulating substrate as an active layer.
The development of polycrystalline silicon TFT (Thin Film Transistor) is underway.
【0003】多結晶シリコンTFTは、非晶質シリコン
膜を能動層に用いた薄膜トランジスタ(以下、非晶質シ
リコンTFTという)に比べ、移動度が大きく駆動能力
が高いという利点がある。そのため、多結晶シリコンT
FTを用いれば、高性能なLCDを実現できる上に、画
素部(表示部)だけでなく周辺駆動回路(ドライバ)ま
でも同一基板上に一体にして形成することができる(ド
ライバ一体型LCDと呼ばれる)。Polycrystalline silicon TFTs have the advantage of higher mobility and higher driving capability than thin film transistors using amorphous silicon films as active layers (hereinafter referred to as amorphous silicon TFTs). Therefore, the polycrystalline silicon T
By using FT, a high-performance LCD can be realized, and not only a pixel portion (display portion) but also a peripheral driving circuit (driver) can be integrally formed on the same substrate (a driver-integrated LCD and a Called).
【0004】従来の多結晶シリコンTFTは、1000℃程
度の高温の工程(高温プロセスと呼ばれる)を使って形
成されていた。高温プロセスは長年に渡る十分な技術的
蓄積のあるLSI技術を踏襲したものである。そのた
め、高温プロセスで形成された多結晶シリコンTFT
(高温多結晶シリコンTFTと呼ばれる)は、素子特
性,信頼性,再現性に優れている。しかし、高温プロセ
スはプロセス温度が高いため、基板には石英ガラスを使
わざるを得ない。石英ガラスは大型化に伴って著しく高
価になる上に現在のところ大型化には限りがあるため、
基板の寸法が制限を受ける。そのため、コスト的に見合
うLCDのパネルサイズは2型以下となり、ビデオカメ
ラのビューファインダ用や液晶プロジェクタ用としては
十分に使用できるものの、直視用としてはパネルサイズ
が小さすぎて使用できない。Conventional polycrystalline silicon TFTs have been formed using a high-temperature process of about 1000 ° C. (called a high-temperature process). The high-temperature process is based on LSI technology having a long technical accumulation over many years. Therefore, a polycrystalline silicon TFT formed by a high temperature process
(Referred to as a high-temperature polycrystalline silicon TFT) is excellent in element characteristics, reliability, and reproducibility. However, since the high temperature process has a high process temperature, quartz glass must be used for the substrate. Quartz glass becomes significantly more expensive as the size increases, and at the moment the size is limited,
The size of the substrate is limited. Therefore, the panel size of the LCD, which is cost-effective, is 2 or less, and can be used sufficiently for a viewfinder of a video camera or a liquid crystal projector, but cannot be used for direct viewing because the panel size is too small.
【0005】一方、非晶質シリコンTFTは、400 ℃以
下の低温の工程を使って形成可能なため、基板に通常の
ガラスを使うことができる。通常のガラスは石英ガラス
の約1/10の価格で寸法にも制限がないが、LCD用に市
販されている高耐熱ガラス(例えば、米国Corning Inc.
製の「7059」)でも600 ℃程度の耐熱温度しかない。On the other hand, since an amorphous silicon TFT can be formed using a low-temperature process of 400 ° C. or less, ordinary glass can be used for the substrate. Normal glass is about 1/10 the price of quartz glass and has no size restrictions. However, high heat resistant glass commercially available for LCD (for example, Corning Inc.
“7059”) has a heat-resistant temperature of only about 600 ° C.
【0006】そこで、基板に通常のガラス(高耐熱ガラ
ス)を使用できるように、多結晶シリコンTFTを600
℃程度以下の低温の工程(低温プロセスと呼ばれる)を
使って形成することが求められている。低温プロセスで
形成された多結晶シリコンTFTは低温多結晶シリコン
TFTと呼ばれる。低温多結晶シリコンTFTで問題と
なるのは、能動層となる多結晶シリコン膜の形成方法、
ゲート絶縁膜の形成方法、ソース・ドレイン領域の形成
方法などである。[0006] Therefore, a polycrystalline silicon TFT is mounted on a substrate so that ordinary glass (high heat resistant glass) can be used for the substrate.
It is required to form the substrate by using a low-temperature process of about lower than about ° C. (called a low-temperature process). A polycrystalline silicon TFT formed by a low temperature process is called a low temperature polycrystalline silicon TFT. The problem with low-temperature polycrystalline silicon TFTs is the method of forming a polycrystalline silicon film to be an active layer,
There are a method for forming a gate insulating film, a method for forming source / drain regions, and the like.
【0007】シリコン薄膜の形成方法には種々の方法
(CVD法,蒸着法,スパッタ法など)があるが、いず
れの方法でもシリコン薄膜を低温でガラス基板上に形成
すると、膜は非晶質になる。その非晶質シリコン膜を多
結晶化する方法としては、固相成長法や溶融再結晶化法
がある。There are various methods for forming a silicon thin film (CVD method, vapor deposition method, sputtering method, etc.). In any case, when a silicon thin film is formed on a glass substrate at a low temperature, the film becomes amorphous. Become. As a method for polycrystallizing the amorphous silicon film, there are a solid phase growth method and a melt recrystallization method.
【0008】固相成長法は、非晶質シリコン膜に600 ℃
前後で長時間の熱処理を行うことにより、固体のままで
多結晶化させて多結晶シリコン膜を得る方法である。溶
融再結晶化法は、非晶質シリコン膜の表面だけを溶融さ
せて再結晶化を図りながら基板温度を600 ℃以下に保つ
方法であり、レーザアニール法やRTA(Rapid Therma
l Annealing )法がある。レーザアニール法は、非晶質
シリコン膜の表面にレーザを照射して加熱溶融させる方
法である。RTA法は、非晶質シリコン膜の表面にタン
グステンランプやキセノンランプなどのランプ光を照射
して加熱溶融させる方法である。In the solid phase growth method, an amorphous silicon film is formed at 600 ° C.
This is a method in which a polycrystalline silicon film is obtained by performing a long-term heat treatment before and after to polycrystallize a solid. The melt recrystallization method is a method in which only the surface of an amorphous silicon film is melted and the substrate temperature is kept at 600 ° C. or less while recrystallization is performed. The laser annealing method and RTA (Rapid Therma
l Annealing) method. The laser annealing method is a method in which a surface of an amorphous silicon film is irradiated with a laser to be heated and melted. The RTA method is a method in which a surface of an amorphous silicon film is irradiated with lamp light such as a tungsten lamp or a xenon lamp to be heated and melted.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】固相成長法には以下の
問題がある。1)多結晶シリコンの結晶粒径に対する制
御方法がないため、基板全体にわたって均一な結晶粒径
の多結晶シリコン膜を形成することが難しい。The solid-phase growth method has the following problems. 1) Since there is no method for controlling the crystal grain size of polycrystalline silicon, it is difficult to form a polycrystalline silicon film having a uniform crystal grain size over the entire substrate.
【0010】非晶質シリコン膜における結晶成長は、主
に非晶質シリコン膜と基板との界面から起こるが、非晶
質シリコン膜中で起こることも多い。つまり、非晶質シ
リコン膜中のどの場所から結晶成長が起こるかは不確定
である。従って、結晶成長が密に起こった場所では結晶
粒径が小さくなり、結晶成長が疎らに起こった場所では
結晶粒径が大きくなるため、結晶粒径の均一性が低下す
る。[0010] Crystal growth in an amorphous silicon film mainly occurs at the interface between the amorphous silicon film and the substrate, but often occurs in the amorphous silicon film. That is, it is uncertain from which location in the amorphous silicon film the crystal growth will occur. Therefore, the crystal grain size becomes small in the place where the crystal growth occurs densely, and the crystal grain size becomes large in the place where the crystal growth occurs sparsely, so that the uniformity of the crystal grain size decreases.
【0011】多結晶シリコン膜は結晶粒径が大きいほど
電界効果移動度が高くなり、電界効果移動度の高い多結
晶シリコン膜を能動層として用いれば多結晶シリコンT
FTの素子特性は向上する。そのため、多結晶シリコン
膜中で結晶粒径が大きい場所に形成された多結晶シリコ
ンTFTの素子特性は優れたものになる一方、結晶粒径
が小さい場所に形成された多結晶シリコンTFTの素子
特性は劣ったものになる。つまり、多結晶シリコン膜に
おける結晶粒径の均一性が低下すると、多結晶シリコン
TFTの素子特性にバラツキが生じる。その結果、LC
Dのパネル全面にわたって均質な画像を表示できなくな
る。The polycrystalline silicon film has a higher field effect mobility as the crystal grain size is larger. If a polycrystalline silicon film having a higher field effect mobility is used as an active layer, the polycrystalline silicon T
The element characteristics of the FT are improved. Therefore, the device characteristics of a polycrystalline silicon TFT formed at a place where the crystal grain size is large in the polycrystalline silicon film are excellent, while the device characteristics of a polycrystalline silicon TFT formed at a place where the crystal grain size is small are excellent. Becomes inferior. That is, if the uniformity of the crystal grain size in the polycrystalline silicon film is reduced, the device characteristics of the polycrystalline silicon TFT vary. As a result, LC
A uniform image cannot be displayed over the entire panel of D.
【0012】低温プロセスを採用する目的は、通常のガ
ラス基板を用いてパネルサイズの大きなLCDを安価に
提供することにある。多結晶シリコン膜における結晶粒
径の均一性の低下は基板の大型化に伴って顕著になるた
め、パネルサイズの大きなLCDでは特に問題となる。The purpose of employing the low-temperature process is to provide an LCD having a large panel size at a low cost using a normal glass substrate. Since the decrease in the uniformity of the crystal grain size in the polycrystalline silicon film becomes remarkable as the size of the substrate increases, it becomes a problem particularly in an LCD having a large panel size.
【0013】2)非晶質シリコン膜が完全に多結晶化す
るには(すなわち、100 %の結晶化率を得るには)、20
時間といった長時間の熱処理が必要となる。従って、ス
ループットが低下してしまう。また、LCD用の高耐熱
ガラスを用いた場合でも、その耐熱温度限界近くで長時
間の熱処理を行うことになるため、基板に歪みなどのダ
メージが生じやすくなる。熱処理時間を短くするには、
基板の耐熱温度の範囲内においてできるだけ高温で熱処
理を行えばよい。しかし、処理温度を高くすると結晶化
速度を速くできる反面、結晶粒径が小さくなってしま
う。その結果、LCDのパネル全面にわたって多結晶シ
リコンTFTの素子特性が悪化し、画質が低下してしま
う。特に、ドライバ一体型LCDでは、周辺駆動回路に
用いられる多結晶シリコンTFTに対して、画素部に用
いられる多結晶シリコンTFTよりも優れた素子特性が
要求される。従って、多結晶シリコン膜の結晶粒径が小
さくなると、ドライバ一体型LCDを具体化することが
できなくなる。2) In order for the amorphous silicon film to be completely polycrystallized (ie, to obtain a crystallization rate of 100%),
Long time heat treatment such as time is required. Therefore, the throughput decreases. Further, even when high heat-resistant glass for LCD is used, heat treatment is performed for a long time near the heat-resistant temperature limit, so that the substrate is easily damaged such as distortion. To shorten the heat treatment time,
The heat treatment may be performed at as high a temperature as possible within the range of the heat resistant temperature of the substrate. However, when the processing temperature is increased, the crystallization speed can be increased, but the crystal grain size is reduced. As a result, the element characteristics of the polycrystalline silicon TFT are deteriorated over the entire surface of the LCD panel, and the image quality is deteriorated. In particular, in a driver-integrated LCD, a polycrystalline silicon TFT used for a peripheral drive circuit is required to have higher element characteristics than a polycrystalline silicon TFT used for a pixel portion. Therefore, when the crystal grain size of the polycrystalline silicon film becomes small, it becomes impossible to realize a driver-integrated LCD.
【0014】レーザアニール法では、固相成長法に比べ
て熱処理時間が短いため、基板にダメージが生じること
はなく、スループットが低下することもない。しかし、
現在のところ大型の基板を一括して処理できるような大
口径のレーザ装置がないため、レーザスポットを基板全
面に走査させる必要がある。そのため、レーザスポット
が照射される部分に重なりができ、非晶質シリコン膜に
は、レーザスポットが2回照射されて2回加熱溶融され
る場所と、レーザスポットが1回しか照射されず1回し
か加熱溶融されない場所とが生じる。すると、2回加熱
溶融された場所では結晶粒径が小さくなり、1回しか加
熱溶融されない場所では結晶粒径が大きくなるため、結
晶粒径の均一性が低下する。従って、レーザアニール法
においても固相成長法と同様に、基板全体にわたって均
一な結晶粒径の多結晶シリコン膜を形成することが難し
いという問題がある。そこで、レーザアニール法では、
レーザスポットの走査速度を落として重なり部分を極力
小さくさせたり、レーザスポットを複数回照射してレー
ザスポットの重なり部分を平均化させることで、結晶粒
径の均一性を向上させる方法がとられている。しかし、
それでもなお十分な均一性を得ることは難しい。In the laser annealing method, the heat treatment time is shorter than that in the solid phase growth method, so that the substrate is not damaged and the throughput is not reduced. But,
At present, there is no large-diameter laser device capable of processing a large-sized substrate at a time, and thus it is necessary to scan a laser spot over the entire surface of the substrate. For this reason, a portion where the laser spot is irradiated can overlap, and the amorphous silicon film is irradiated with the laser spot twice and is heated and melted twice. There are places that are only heated and melted. Then, the crystal grain size becomes small in the place where the heating and melting are performed twice, and the crystal grain size becomes large in the place where the heating and melting are performed only once, so that the uniformity of the crystal grain size is reduced. Therefore, also in the laser annealing method, similarly to the solid phase growth method, there is a problem that it is difficult to form a polycrystalline silicon film having a uniform crystal grain size over the entire substrate. Therefore, in the laser annealing method,
By reducing the scanning speed of the laser spot to reduce the overlapping portion as much as possible, or by irradiating the laser spot multiple times and averaging the overlapping portion of the laser spot, a method of improving the uniformity of the crystal grain size has been taken. I have. But,
Still, it is difficult to obtain sufficient uniformity.
【0015】RTA法においても、固相成長法に比べて
熱処理時間が短いため、基板にダメージが生じることは
なく、スループットが低下することもない。加えて、R
TA法では、基板全面に一括してランプ光を照射するこ
とができるため、非晶質シリコン膜全体を均一に加熱溶
融することができる。そのため、基板全体にわたって均
一な結晶粒径の多結晶シリコン膜を形成することができ
る。しかし、あまり長時間にわたってランプ光を照射し
続けると、基板全体が加熱され過ぎて基板にダメージが
生じるため、ランプ光の照射時間はできるだけ短くする
必要がある。ところが、ランプ光の照射時間を短くする
と非晶質シリコン膜の熱処理時間も短くなり、多結晶シ
リコン膜の結晶粒径を大きくすることができなくなる。
つまり、RTA法では、基板全体にわたって均一な結晶
粒径の多結晶シリコン膜を形成することはできるもの
の、その結晶粒径を大きくすることはできないという問
題がある。Also in the RTA method, the heat treatment time is shorter than that in the solid phase growth method, so that the substrate is not damaged and the throughput is not reduced. In addition, R
In the TA method, since the entire surface of the substrate can be irradiated with the lamp light all at once, the entire amorphous silicon film can be uniformly heated and melted. Therefore, a polycrystalline silicon film having a uniform crystal grain size can be formed over the entire substrate. However, if the irradiation with the lamp light is continued for an excessively long time, the entire substrate is excessively heated and the substrate is damaged. Therefore, the irradiation time with the lamp light needs to be as short as possible. However, when the irradiation time of the lamp light is shortened, the heat treatment time of the amorphous silicon film is also shortened, and the crystal grain size of the polycrystalline silicon film cannot be increased.
That is, although the RTA method can form a polycrystalline silicon film having a uniform crystal grain size over the entire substrate, there is a problem that the crystal grain size cannot be increased.
【0016】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、結晶粒径が大きな多結晶シリコン膜
を備えた半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is intended to provide a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size.
To provide a method for manufacturing a semiconductor device having
I do.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】請求項1に記載の発明は、RTA法によっ
て非晶質シリコン膜にランプ光を複数回照射させること
で非晶質シリコン膜を溶融再結晶化させて多結晶シリコ
ン膜を形成する工程を備えたことをその要旨とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a step of forming a polycrystalline silicon film by melting and recrystallizing the amorphous silicon film by irradiating the amorphous silicon film with a lamp light a plurality of times by the RTA method. The gist is to have
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】請求項2に記載の発明は、基板上に、光を
反射する膜、基板よりも熱伝導率の低い材料による膜、
光を吸収する材料による膜のうち少なくともいずれか一
つの膜を形成する工程と、その膜の上に非晶質シリコン
膜を形成する工程と、RTA法によって非晶質シリコン
膜にランプ光を複数回照射させることで非晶質シリコン
膜を溶融再結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工
程とを備えたことをその要旨とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a light-reflecting film on a substrate, a film made of a material having a lower thermal conductivity than the substrate,
A step of forming at least one of films made of a material that absorbs light, a step of forming an amorphous silicon film on the film, and a method of applying a plurality of lamp lights to the amorphous silicon film by RTA. And forming a polycrystalline silicon film by melting and recrystallizing the amorphous silicon film by irradiating the amorphous silicon film twice.
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】[0031]
【作用】[Action]
【0032】[0032]
【0033】[0033]
【0034】請求項1に記載の発明によれば、加熱溶融
された非晶質シリコン膜中の潜熱が流出し難くなり、凝
固速度が遅くなるため、結晶粒径が大きな多結晶シリコ
ン膜を形成することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the latent heat in the heated and melted amorphous silicon film is less likely to flow out and the solidification rate is reduced, a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size is formed. Can be done .
【0035】請求項2に記載の発明によれば、非晶質シ
リコン膜の加熱溶融を効率的に行うことができる上に、
加熱溶融された非晶質シリコン膜中の潜熱が流出し難く
なり、凝固速度が遅くなるため、結晶粒径が大きな多結
晶シリコン膜を形成することができる。 According to the second aspect of the present invention, the amorphous silicon
In addition to being able to efficiently heat and melt the recon film,
Latent heat in heat-melted amorphous silicon film hardly leaks out
As a result, the solidification rate is reduced, so that a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size can be formed.
【0036】[0036]
【0037】[0037]
【0038】[0038]
【0039】[0039]
【0040】[0040]
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例の製造方
法を図1〜図3に従って説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0041】工程1(図1(a)参照);透明絶縁基板
1(石英ガラス,高耐熱ガラス)上に、後記するRTA
装置のランプ光を反射する膜(以下、反射膜という)2
を形成する。反射膜2はランプ光を反射する性質があれ
ばどのような材質でもよいが、例えば、金属(アルミ,
銅,金,銀,プラチナなど),高融点金属(チタン,タ
ンタル,モリブデン,タングステンなど),金属シリサ
イドなどが用いられ、その形成にはCVD法またはPV
D法が用いられる。CVD法には常圧CVD法,減圧C
VD法,プラズマCVD法,光励起CVD法などがあ
る。また、PVD法には蒸着法,EB(Electron Beam
)蒸着法,MBE(Molecular Beam Epitaxy)法,ス
パッタ法などがある。そして、反射膜2の膜厚は、反射
膜2の材質およびランプ光の波長に合わせて、ランプ光
を十分に反射するために必要十分な膜厚に設定されてい
る。Step 1 (see FIG. 1A): A transparent insulating substrate 1 (quartz glass, high heat-resistant glass) is formed on a transparent insulating substrate 1
A film that reflects the lamp light of the device (hereinafter, referred to as a reflection film) 2
To form The reflective film 2 may be made of any material as long as it has a property of reflecting lamp light.
Copper, gold, silver, platinum, etc.), high melting point metal (titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, etc.), metal silicide, etc. are used.
Method D is used. Atmospheric pressure CVD method, reduced pressure C
There are a VD method, a plasma CVD method, a photo-excitation CVD method and the like. The PVD method includes a vapor deposition method and EB (Electron Beam).
) Vapor deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), and sputtering. The film thickness of the reflection film 2 is set to a film thickness necessary and sufficient to sufficiently reflect the lamp light in accordance with the material of the reflection film 2 and the wavelength of the lamp light.
【0042】工程2(図1(b)参照);反射膜2上に
バッファ膜3を形成する。バッファ膜3は、後記するR
TA処理において、反射膜2と多結晶シリコン膜とが反
応するのを防ぐために設けられている。従って、RTA
処理において多結晶シリコン膜と反応しないような材質
で反射膜2を形成した場合には、バッファ膜3を省いて
もよい。バッファ膜3の材質としては、シリコン酸化
膜,シリコン窒化膜,シリコン窒酸化膜(SiO
x Ny )などが用いられ、その形成にはCVD法または
PVD法が用いられる。Step 2 (see FIG. 1B): A buffer film 3 is formed on the reflection film 2. The buffer film 3 is made of R
This is provided to prevent the reaction between the reflective film 2 and the polycrystalline silicon film in the TA process. Therefore, RTA
When the reflective film 2 is formed of a material that does not react with the polycrystalline silicon film in the processing, the buffer film 3 may be omitted. As a material of the buffer film 3, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film (SiO 2
xN y ) and the like, and a CVD method or a PVD method is used for the formation.
【0043】工程3(図1(c)参照);バッファ膜3
上に非晶質シリコン膜4(膜厚;500 Å)を形成する。
非晶質シリコン膜4の形成にはCVD法またはPVD法
が用いられるが、以下の方法が一般的である。Step 3 (see FIG. 1C); buffer film 3
An amorphous silicon film 4 (thickness: 500 Å) is formed thereon.
The amorphous silicon film 4 is formed by a CVD method or a PVD method, and the following method is generally used.
【0044】減圧CVD法を用いる方法;減圧CVD
法でシリコン膜を形成するには、モノシラン(Si
H4 )またはジシラン(Si2 H6 )の熱分解を用い
る。この場合、処理温度が550 ℃以下では非晶質、620
℃以上では多結晶となる。Method using low-pressure CVD; low-pressure CVD
In order to form a silicon film by the method, monosilane (Si
H 4 ) or thermal decomposition of disilane (Si 2 H 6 ) is used. In this case, when the processing temperature is 550 ° C. or less,
Above ℃, it becomes polycrystalline.
【0045】プラズマCVD法を用いる方法;プラズ
マCVD法で非晶質シリコン膜を形成するには、プラズ
マ中でのモノシランまたはジシランの熱分解を用いる。
この場合、処理温度は300 ℃程度で水素を添加すると反
応が促進される。Method using plasma CVD method: In order to form an amorphous silicon film by the plasma CVD method, thermal decomposition of monosilane or disilane in plasma is used.
In this case, the reaction is promoted by adding hydrogen at a treatment temperature of about 300 ° C.
【0046】工程4(図1(d)参照);RTA処理を
行うことにより、非晶質シリコン膜4を多結晶化させて
多結晶シリコン膜5を形成する。図3に、RTA処理を
行うためのRTA装置の概略構成を示す。RTA装置1
1は、予備加熱室A,処理室B,冷却室Cを備えてい
る。各室A〜Cにまたがってステージ12が設けられ、
そのステージ12上をRTA処理されるサンプル(基板
1)が一定速度で移動する。予備加熱室A内では基板1
が予備加熱される。処理室B内には、円柱状のランプ本
体(タングステンランプまたはキセノンランプ)13と
反射板14(集光光学系)とからなるランプ装置15
が、基板1の移動方向に沿って均等な間隔で複数個配置
されている。ランプ本体13から照射されたランプ光は
反射板14によって反射され、基板1の表面(非晶質シ
リコン膜4の表面)に照射される。冷却室C内では基板
1が冷却される。Step 4 (see FIG. 1D): The amorphous silicon film 4 is polycrystallized to form a polycrystalline silicon film 5 by performing an RTA process. FIG. 3 shows a schematic configuration of an RTA apparatus for performing an RTA process. RTA device 1
1 includes a preheating chamber A, a processing chamber B, and a cooling chamber C. A stage 12 is provided across each of the rooms A to C,
The sample (substrate 1) to be subjected to the RTA process moves on the stage 12 at a constant speed. Substrate 1 in preheating chamber A
Is preheated. Inside the processing chamber B, a lamp device 15 composed of a cylindrical lamp body (tungsten lamp or xenon lamp) 13 and a reflector 14 (light collecting optical system)
Are arranged at equal intervals along the moving direction of the substrate 1. The lamp light emitted from the lamp body 13 is reflected by the reflector 14 and is emitted to the surface of the substrate 1 (the surface of the amorphous silicon film 4). The substrate 1 is cooled in the cooling chamber C.
【0047】ランプ光が照射されると非晶質シリコン膜
4の表面は加熱されて溶融し、続いて、冷やされると凝
固して結晶化することで多結晶シリコン膜5が形成され
る。ここで、ランプ光は非晶質シリコン膜4の全面に一
括して照射されるため、非晶質シリコン膜4全体を均一
に加熱溶融することができる。そのため、基板1全体に
わたって均一な結晶粒径の多結晶シリコン膜5を形成す
ることができる。When the lamp light is applied, the surface of the amorphous silicon film 4 is heated and melted, and subsequently, when cooled, solidified and crystallized to form the polycrystalline silicon film 5. Here, since the lamp light is collectively applied to the entire surface of the amorphous silicon film 4, the entire amorphous silicon film 4 can be uniformly heated and melted. Therefore, a polycrystalline silicon film 5 having a uniform crystal grain size over the entire substrate 1 can be formed.
【0048】このとき、非晶質シリコン膜4はランプ光
のごく一部しか吸収せず、ランプ光の大部分は非晶質シ
リコン膜4を透過する。非晶質シリコン膜4を透過した
ランプ光は反射膜2によって反射され、再び非晶質シリ
コン膜4中へ戻される。そのため、反射膜2を設けない
場合に比べてランプ光の利用効率が高まり、非晶質シリ
コン膜4の加熱溶融を効率的に行うことができる。例え
ば、蒸着法で形成された銀からなる反射膜2を用い、ラ
ンプ本体13にはキセノンランプを用いた場合、反射膜
2はキセノンアークスペクトル全波長の98%以上を反射
することができる。また、ランプ光が反射膜2によって
反射されるため、非晶質シリコン膜4を透過したランプ
光によって基板1が加熱されるのを防止することができ
る。At this time, the amorphous silicon film 4 absorbs only a small part of the lamp light, and most of the lamp light passes through the amorphous silicon film 4. The lamp light transmitted through the amorphous silicon film 4 is reflected by the reflection film 2 and returned into the amorphous silicon film 4 again. Therefore, the use efficiency of the lamp light is increased as compared with the case where the reflective film 2 is not provided, and the heating and melting of the amorphous silicon film 4 can be performed efficiently. For example, when a reflective film 2 made of silver formed by a vapor deposition method is used and a xenon lamp is used for the lamp body 13, the reflective film 2 can reflect 98% or more of the entire wavelength of the xenon arc spectrum. Further, since the lamp light is reflected by the reflection film 2, the substrate 1 can be prevented from being heated by the lamp light transmitted through the amorphous silicon film 4.
【0049】そして、基板1の移動速度に対応して各ラ
ンプ装置15を順次発光させると、非晶質シリコン膜4
へのランプ光の照射は複数回行われる。ここで、基板1
の移動速度と各ランプ装置15の発光のタイミングとを
調整すれば、非晶質シリコン膜4へのランプ光の照射を
極短時間で複数回行うことができる。その結果、加熱溶
融された非晶質シリコン膜4中の潜熱が基板1に流出し
難くなり、凝固速度が早くなるのが防止される。When each lamp device 15 emits light sequentially according to the moving speed of the substrate 1, the amorphous silicon film 4
Irradiation of the lamp light is performed a plurality of times. Here, substrate 1
By adjusting the moving speed of the lamp device and the timing of light emission of each lamp device 15, it is possible to irradiate the amorphous silicon film 4 with the lamp light a plurality of times in a very short time. As a result, the latent heat in the heated and melted amorphous silicon film 4 is less likely to flow out to the substrate 1 and the solidification rate is prevented from increasing.
【0050】このように、反射膜2を設けることでラン
プ光の利用効率を高めて非晶質シリコン膜4の溶融を効
率的に行うと共に、ランプ光の照射を極短時間で複数回
行うことにより、非晶質シリコン膜4の凝固速度を遅く
することができる。その結果、多結晶シリコン膜5の結
晶粒径を大きくすることができる。また、ランプ光の照
射を極短時間で複数回行うことで、基板1全体が加熱さ
れ過ぎることはなくなり、基板1に歪みなどのダメージ
が生じるのを防ぐことができる。さらに、RTA処理に
要する時間は固相成長法における熱処理時間に比べれば
はるかに短いため、スループットが低下することもな
い。As described above, by providing the reflective film 2, the use efficiency of the lamp light is increased, the amorphous silicon film 4 is efficiently melted, and the lamp light irradiation is performed a plurality of times in a very short time. Thereby, the solidification rate of the amorphous silicon film 4 can be reduced. As a result, the crystal grain size of polycrystalline silicon film 5 can be increased. Further, by performing the irradiation of the lamp light a plurality of times in an extremely short time, the entire substrate 1 is not overheated, and the substrate 1 can be prevented from being damaged such as distortion. Further, since the time required for the RTA treatment is much shorter than the heat treatment time in the solid phase growth method, the throughput does not decrease.
【0051】但し、非晶質シリコン膜4へのランプ光の
照射回数および1回当たりの照射時間については、ラン
プ光(ランプ装置15の投射光)の性質(波長や光の強
度など)および非晶質シリコン膜4の性質(光の吸収係
数)を勘案して最適化する必要がある。However, regarding the number of times of irradiation of the amorphous silicon film 4 with the lamp light and the irradiation time per one time, the characteristics (wavelength, light intensity, etc.) of the lamp light (the light projected by the lamp device 15) and non- It is necessary to optimize in consideration of the properties (light absorption coefficient) of the crystalline silicon film 4.
【0052】このように、本実施例によれば、結晶粒径
が均一で且つ大きな多結晶シリコン膜5を低温プロセス
によって短時間に得ることができる。従って、基板1に
高耐熱ガラスを用いることが可能になるだけでなく、そ
の耐熱温度を下げることもできる。As described above, according to this embodiment, a polycrystalline silicon film 5 having a uniform crystal grain size and a large grain size can be obtained in a short time by a low-temperature process. Therefore, not only can the high heat resistant glass be used for the substrate 1, but also the heat resistant temperature can be reduced.
【0053】尚、非晶質シリコン膜4の形成に減圧CV
D法を用いた場合、多結晶シリコン膜5の膜質が良好に
なる反面、処理温度が高くなるため基板1に石英ガラス
を用いなければならない。一方、プラズマCVD法を用
いた場合、多結晶シリコン膜5の膜質は減圧CVD法に
比べれば劣るものの、処理温度が低くなるため基板1に
高耐熱ガラスを用いることができる。従って、目的に合
わせていずれかの方法を選択すればよい。The formation of the amorphous silicon film 4 is performed under reduced pressure CV.
When the method D is used, the quality of the polycrystalline silicon film 5 is improved, but the processing temperature is increased. Therefore, quartz glass must be used for the substrate 1. On the other hand, when the plasma CVD method is used, although the film quality of the polycrystalline silicon film 5 is inferior to that of the low pressure CVD method, the processing temperature is low, so that high heat resistant glass can be used for the substrate 1. Therefore, any method may be selected according to the purpose.
【0054】工程5(図2参照);多結晶シリコン膜5
を能動層として用いるプレーナ型の多結晶シリコンTF
Tを形成する。まず、多結晶シリコン膜5上にゲート絶
縁膜6(膜厚;1000Å) を形成する。ゲート絶縁膜6の
形成方法には以下のものがある。Step 5 (see FIG. 2); polycrystalline silicon film 5
-Type polycrystalline silicon TF using Si as active layer
Form T. First, a gate insulating film 6 (thickness: 1000 °) is formed on the polycrystalline silicon film 5. There are the following methods for forming the gate insulating film 6.
【0055】[1] 酸化法を用いてシリコン酸化膜を形成
する方法;高温酸化法(乾燥酸素を用いるドライ酸化
法,湿った酸素を用いるウェット酸化法,水蒸気雰囲気
中での酸化法),低温酸化法(高圧水蒸気雰囲気中での
酸化法,酸素プラズマ中での酸化法),陽極酸化法など
を用いる。[1] A method of forming a silicon oxide film by using an oxidation method; a high-temperature oxidation method (a dry oxidation method using dry oxygen, a wet oxidation method using wet oxygen, an oxidation method in a steam atmosphere), and a low temperature method. An oxidation method (an oxidation method in a high-pressure steam atmosphere, an oxidation method in an oxygen plasma), an anodic oxidation method, or the like is used.
【0056】この中では、900 〜1200℃程度の高温酸化
法が一般的である。 [2] 被着法を用いてシリコン酸化膜,シリコン窒化膜,
シリコン窒酸化膜を形成する方法;CVD法やPVD法
を用いる。また、各膜を組み合わせて多層構造にする方
法もある。Among them, a high-temperature oxidation method of about 900 to 1200 ° C. is generally used. [2] Silicon oxide film, silicon nitride film,
A method for forming a silicon oxynitride film; a CVD method or a PVD method is used. There is also a method of combining each film to form a multilayer structure.
【0057】CVD法によるシリコン酸化膜の形成に
は、モノシランまたはジシランの熱分解,有機オキシシ
ラン(TEOSなど)の熱分解,ハロゲン化珪素の加水
分解などを用いる。CVD法によるシリコン窒化膜の形
成には、アンモニアおよびジクロルシラン(SiH2 C
l2 ),アンモニアおよびモノシラン,窒素およびモノ
シランなどの熱分解などを用いる。シリコン窒酸化膜は
酸化膜と窒化膜の両膜の特性をもつもので、CVD法に
よるシリコン窒化膜の形成の系に酸化窒素(N2O)を
少量導入することで形成することができる。For the formation of the silicon oxide film by the CVD method, thermal decomposition of monosilane or disilane, thermal decomposition of organic oxysilane (such as TEOS), hydrolysis of silicon halide, and the like are used. For forming a silicon nitride film by the CVD method, ammonia and dichlorosilane (SiH 2 C
l 2 ), thermal decomposition of ammonia and monosilane, nitrogen and monosilane, and the like. The silicon oxynitride film has characteristics of both an oxide film and a nitride film, and can be formed by introducing a small amount of nitrogen oxide (N 2 O) into a system for forming a silicon nitride film by a CVD method.
【0058】尚、ゲート絶縁膜6の形成方法にも高温プ
ロセスおよび低温プロセスがある。高温プロセスでは、
一般に前記した高温酸化法が用いられる。一方、低温プ
ロセスでは、一般に前記した酸素プラズマ中での酸化法
や被着法などが用いられ、処理温度が600 ℃程度以下に
抑えられる。The method for forming the gate insulating film 6 includes a high-temperature process and a low-temperature process. In high temperature processes,
Generally, the high temperature oxidation method described above is used. On the other hand, in the low-temperature process, the oxidation method or the deposition method in oxygen plasma described above is generally used, and the processing temperature is suppressed to about 600 ° C. or less.
【0059】次に、ゲート絶縁膜6上にゲート電極7を
形成して所望の形状にパターニングする。ゲート電極7
の材質としては、不純物がドープされた多結晶シリコン
(ドープドポリシリコン),金属シリサイド,ポリサイ
ド,高融点金属単体,その他の金属などが用いられ、そ
の形成にはCVD法またはPVD法が用いられる。Next, a gate electrode 7 is formed on the gate insulating film 6 and patterned into a desired shape. Gate electrode 7
As the material of the metal, polycrystalline silicon doped with impurities (doped polysilicon), metal silicide, polycide, a high-melting-point metal simple substance, other metals, and the like are used, and a CVD method or a PVD method is used for the formation thereof. .
【0060】続いて、自己整合技術により、ゲート電極
7をマスクとして多結晶シリコン膜5にソース・ドレイ
ン領域8を形成する。ソース・ドレイン領域8の形成方
法にも高温プロセスおよび低温プロセスがある。高温プ
ロセスでは、不純物をイオン注入後に高温の熱処理を行
って不純物を活性化させる。低温プロセスでは、ホスフ
ィンガス(PH3 )またはジボランガス(B2 H6 )と
水素ガスとの混合ガスによるイオンシャワーを照射する
ことで、特別な熱処理工程を設けることなく不純物の注
入と活性化を同時に行う。尚、低温プロセスでは、不純
物をイオン注入後に600 ℃程度以下の低温で数時間〜数
十時間の熱処理を行うことで不純物を活性化させる方法
もある。基板1に高耐熱ガラスを用いた場合には、多結
晶シリコン膜5の形成時だけでなく、ゲート絶縁膜6の
形成時およびソース・ドレイン領域8の形成時にも低温
プロセスを用いなければならない。Subsequently, source / drain regions 8 are formed in the polycrystalline silicon film 5 using the gate electrode 7 as a mask by a self-alignment technique. The method for forming the source / drain regions 8 also includes a high-temperature process and a low-temperature process. In the high-temperature process, high-temperature heat treatment is performed after ion implantation of impurities to activate the impurities. In the low-temperature process, the ion implantation and the activation are simultaneously performed without providing a special heat treatment step by irradiating an ion shower with a mixed gas of phosphine gas (PH 3 ) or diborane gas (B 2 H 6 ) and hydrogen gas. Do. In the low-temperature process, there is a method of activating the impurities by performing a heat treatment for several hours to several tens of hours at a low temperature of about 600 ° C. or less after ion implantation of the impurities. When high heat-resistant glass is used for the substrate 1, a low-temperature process must be used not only when forming the polycrystalline silicon film 5 but also when forming the gate insulating film 6 and when forming the source / drain regions 8.
【0061】そして、デバイスの全面に層間絶縁膜9を
形成する。層間絶縁膜9の材質としては、シリコン酸化
膜,シリケートガラス,シリコン窒化膜などが用いら
れ、その形成にはCVD法またはPVD法が用いられ
る。Then, an interlayer insulating film 9 is formed on the entire surface of the device. As a material of the interlayer insulating film 9, a silicon oxide film, a silicate glass, a silicon nitride film, or the like is used, and a CVD method or a PVD method is used for the formation thereof.
【0062】その後、ソース・ドレイン領域8とコンタ
クトするコンタクトホール10が層間絶縁膜9に形成さ
れ、ソース・ドレイン電極11が形成されて多結晶シリ
コンTFTが完成する。Thereafter, a contact hole 10 for contacting the source / drain region 8 is formed in the interlayer insulating film 9, and a source / drain electrode 11 is formed, thereby completing a polycrystalline silicon TFT.
【0063】このように、本実施例によれば、多結晶シ
リコン膜5の結晶粒径が均一で且つ大きいため、基板1
の全体にわたって素子特性にバラツキがない上に、優れ
た素子特性の多結晶シリコンTFTを形成することがで
きる。そのような多結晶シリコンTFTをアクティブマ
トリクス方式LCDの画素駆動素子として用いれば、L
CDのパネル全面にわたって均質で高品位な画像を表示
することができる。また、素子特性の優れた多結晶シリ
コンTFTは、画素駆動素子としてだけでなく、周辺駆
動回路にも使用することができるため、ドライバ一体型
LCDを具体化することができる。さらに、多結晶シリ
コン膜5が短時間で形成されることから、多結晶シリコ
ンTFTおよびLCDのスループットを向上させること
ができる。As described above, according to this embodiment, since the crystal grain size of the polycrystalline silicon film 5 is uniform and large,
In addition, it is possible to form a polycrystalline silicon TFT having excellent device characteristics without variation in device characteristics over the whole. If such a polycrystalline silicon TFT is used as a pixel driving element of an active matrix LCD, L
A uniform and high-quality image can be displayed on the entire surface of the CD panel. Further, a polycrystalline silicon TFT having excellent element characteristics can be used not only as a pixel driving element but also as a peripheral driving circuit, so that a driver-integrated LCD can be embodied. Further, since the polysilicon film 5 is formed in a short time, the throughput of the polysilicon TFT and the LCD can be improved.
【0064】また、本実施例において、ゲート絶縁膜6
およびソース・ドレイン領域8の形成に低温プロセスを
採用すれば、基板1に高耐熱ガラスを用いてパネルサイ
ズの大きなLCDを安価に提供することができる。In this embodiment, the gate insulating film 6
If a low-temperature process is used for forming the source / drain regions 8, a large-panel LCD can be provided at low cost by using high heat-resistant glass for the substrate 1.
【0065】ところで、LCDでは、画素駆動素子とし
ての多結晶シリコンTFTに光が当たると、多結晶シリ
コンTFTの素子特性が変化して、性能劣化や誤動作を
引き起こすことがある。本実施例においては、反射膜2
が設けられているために、基板1側から多結晶シリコン
TFTに光が当たることがなくなり、LCDの性能劣化
や誤動作を防止することができる。In an LCD, when light strikes a polycrystalline silicon TFT as a pixel driving element, the element characteristics of the polycrystalline silicon TFT change, which may cause performance degradation or malfunction. In this embodiment, the reflection film 2
Is provided, the light is prevented from shining on the polycrystalline silicon TFT from the substrate 1 side, and the performance degradation and malfunction of the LCD can be prevented.
【0066】尚、上記実施例は以下のように変更しても
よく、その場合でも同様の作用および効果を得ることが
できる。 (1)反射膜2の成膜後にフォトリソ工程によって反射
膜2の不要な部分をエッチング除去し、反射膜2を必要
とする部分にだけアイランド形成する。The above embodiment may be modified as follows, and the same operation and effect can be obtained in such a case. (1) After forming the reflective film 2, unnecessary portions of the reflective film 2 are removed by etching by a photolithography process, and islands are formed only in portions where the reflective film 2 is required.
【0067】(2)反射膜2を、光を吸収する膜(非晶
質シリコン膜4が吸収しない波長の光を吸収する膜、ま
たは非晶質シリコン膜4に吸収されずに透過した光を吸
収する材料による膜。以下、光吸収膜という)に置き代
える。この場合には、非晶質シリコン膜4を透過したラ
ンプ光が光吸収膜によって吸収され、光吸収膜が加熱さ
れることで光吸収膜および非晶質シリコン膜4に熱が蓄
えられる。その結果、非晶質シリコン膜4からの潜熱の
流出が少なくなり、非晶質シリコン膜4の加熱溶融を効
率的に行うことができる。光吸収膜の材質としては、酸
化チタン,酸化タンタル,窒化チタン,酸化アルミなど
が用いられ、その形成にはCVD法またはPVD法が用
いられる。(2) The reflection film 2 is formed of a light-absorbing film (a film that absorbs light having a wavelength that is not absorbed by the amorphous silicon film 4, or a light that is transmitted without being absorbed by the amorphous silicon film 4). (Hereinafter, referred to as a light-absorbing film). In this case, the lamp light transmitted through the amorphous silicon film 4 is absorbed by the light absorbing film, and heat is stored in the light absorbing film and the amorphous silicon film 4 by heating the light absorbing film. As a result, the outflow of latent heat from the amorphous silicon film 4 is reduced, and the heating and melting of the amorphous silicon film 4 can be performed efficiently. As a material of the light absorbing film, titanium oxide, tantalum oxide, titanium nitride, aluminum oxide, or the like is used, and a CVD method or a PVD method is used for the formation thereof.
【0068】また、可視光領域やその近傍の光はシリコ
ンを含む多くの物質に吸収されるが、透明絶縁基板上に
形成された非晶質シリコン薄膜は輻射のごく一部しか吸
収しないため、大部分の光は透過する。そこで、光吸収
膜の材質としては、シリコン系の化合物(非晶質シリコ
ン,微結晶を含む非晶質シリコン,多結晶シリコン,酸
化シリコン,窒化シリコン,窒酸化シリコン,炭化シリ
コンなど)を用いてもよく、その形成にはCVD法また
はPVD法が用いられる。Although light in the visible light region and its vicinity is absorbed by many substances including silicon, the amorphous silicon thin film formed on the transparent insulating substrate absorbs only a small part of radiation. Most light is transmitted. Therefore, as a material of the light absorbing film, a silicon-based compound (amorphous silicon, amorphous silicon including microcrystal, polycrystalline silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide, etc.) is used. The CVD method or the PVD method is used for the formation.
【0069】(3)反射膜2を、基板1よりも熱伝導率
の低い材料による膜(以下、低熱伝導膜という)に置き
代える。この場合には、非晶質シリコン膜4から基板1
への潜熱の流出が少なくなり、非晶質シリコン膜4の加
熱溶融を効率的に行うことができる。低熱伝導膜の材質
としては酸化シリコンが用いられ、その形成にはCVD
法,PVD法,LPD(液相成長)法,塗布法などが用
いられる。(3) The reflective film 2 is replaced with a film made of a material having a lower thermal conductivity than the substrate 1 (hereinafter, referred to as a low thermal conductive film). In this case, the amorphous silicon film 4 is
The amount of latent heat flowing out of the amorphous silicon film 4 is reduced, and the heating and melting of the amorphous silicon film 4 can be performed efficiently. Silicon oxide is used as the material of the low heat conductive film, and the formation thereof is performed by CVD.
Method, PVD method, LPD (liquid phase growth) method, coating method and the like are used.
【0070】(4)反射膜2と光吸収膜と低熱伝導率膜
とをそれぞれ組み合わせる。例えば、反射膜2の上層に
低熱伝導膜を形成する。また、反射膜2の上層に光吸収
膜を形成する。また、反射膜2の上層に光吸収膜を形成
し、その上層に低熱伝導膜とを形成する。これらの場合
には、各膜の相乗作用により、本発明の効果をさらに高
めることができる。(4) The reflection film 2, the light absorption film and the low thermal conductivity film are combined respectively. For example, a low heat conductive film is formed on the reflective film 2. Further, a light absorbing film is formed on the reflective film 2. Further, a light absorbing film is formed on the reflective film 2 and a low heat conductive film is formed on the light absorbing film. In these cases, the effects of the present invention can be further enhanced by the synergistic action of each film.
【0071】(5)RTA法ではなくレーザアニール法
に適用する。この場合には、非晶質シリコン膜4表面へ
のレーザスポット(レーザ光)の照射を複数回行うこと
で、加熱溶融された非晶質シリコン膜4中の潜熱が基板
1に流出し難くなり、凝固速度が早くなるのが防止され
る。(5) The present invention is applied not to the RTA method but to the laser annealing method. In this case, by irradiating the surface of the amorphous silicon film 4 with a laser spot (laser light) a plurality of times, it becomes difficult for the latent heat in the heated and melted amorphous silicon film 4 to flow out to the substrate 1. The solidification rate is prevented from increasing.
【0072】(6)多結晶シリコンTFTの製造工程に
おいて、多結晶シリコン膜5の形成後に、水素化処理を
行うことで多結晶シリコンTFTの素子特性を向上させ
る。水素化処理とは、多結晶シリコンの結晶欠陥部分に
水素原子を結合させることにより、欠陥を減らして結晶
構造を安定化させ、電界効果移動度を高める方法であ
る。(6) In the manufacturing process of the polycrystalline silicon TFT, after the polycrystalline silicon film 5 is formed, hydrogenation is performed to improve the element characteristics of the polycrystalline silicon TFT. Hydrogenation is a method in which hydrogen atoms are bonded to crystal defect portions of polycrystalline silicon to reduce defects, stabilize the crystal structure, and increase field-effect mobility.
【0073】(7)多結晶シリコン膜5のチャネル領域
に相当する部分に不純物をドーピングして多結晶シリコ
ンTFTの閾値電圧(Vth)を制御する。溶融再結晶化
法で形成された多結晶シリコンTFTにおいては、nチ
ャネルトランジスタではディプレッション方向に閾値電
圧がシフトし、pチャネルトランジスタではエンハンス
メント方向に閾値電圧がシフトする傾向にある。特に、
水素化処理を行った場合には、その傾向がより顕著とな
る。この閾値電圧のシフトを抑えるには、チャネル領域
に不純物をドーピングすればよい。(7) The portion corresponding to the channel region of the polycrystalline silicon film 5 is doped with impurities to control the threshold voltage (Vth) of the polycrystalline silicon TFT. In a polycrystalline silicon TFT formed by the melt recrystallization method, the threshold voltage of an n-channel transistor tends to shift in the depletion direction, and the threshold voltage of a p-channel transistor tends to shift in the enhancement direction. In particular,
When the hydrogenation treatment is performed, the tendency becomes more remarkable. In order to suppress the shift of the threshold voltage, the channel region may be doped with an impurity.
【0074】(8)プレーナ型だけでなく、逆プレーナ
型,スタガ型,逆スタガ型などあらゆる構造の多結晶シ
リコンTFTに適用する。 (9)多結晶シリコンTFTだけでなく、絶縁ゲート型
半導体素子全般に適用する。また、太陽電池や光センサ
などの光電変換素子,バイポーラトランジスタ,静電誘
導型トランジスタ(SIT;Static Induction Transis
tor )などの多結晶シリコン膜を用いるあらゆる半導体
装置に適用する。(8) The present invention is applicable not only to a planar type but also to a polycrystalline silicon TFT having any structure such as an inverted planar type, a staggered type and an inverted staggered type. (9) The present invention is applied not only to polycrystalline silicon TFTs but also to insulated gate semiconductor devices in general. In addition, photoelectric conversion elements such as solar cells and optical sensors, bipolar transistors, and static induction transistors (SITs)
The present invention is applied to any semiconductor device using a polycrystalline silicon film such as tor).
【0075】(10)絶縁基板1をセラミックス基板や
シリコン酸化膜などの絶縁層に置き代え、LCDではな
く密着型イメージセンサや三次元ICなどに適用する。 (11)多結晶シリコンTFTを、LCDではなくダイ
ナミックRAM(DRAM)のメモリセル内の電荷転送
素子やスタティックRAM(SRAM)のメモリセル内
の負荷素子などに用いる。(10) The insulating substrate 1 is replaced with an insulating layer such as a ceramic substrate or a silicon oxide film, and is applied to a contact type image sensor or a three-dimensional IC instead of an LCD. (11) The polycrystalline silicon TFT is used for a charge transfer element in a memory cell of a dynamic RAM (DRAM) or a load element in a memory cell of a static RAM (SRAM) instead of an LCD.
【0076】以上、各実施例について説明したが、各実
施例から把握できる請求項以外の技術的思想について、
以下にそれらの効果と共に記載する。 Although the embodiments have been described above, the technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiments are described below.
The effects are described below together with those effects .
【0077】[0077]
【0078】[0078]
【0079】(イ)請求項1に記載の半導体装置の製造
方法によって形成された多結晶シリコン膜を基板上に形
成する工程と、多結晶シリコン膜下にゲート絶縁膜を形
成する工程と、ゲート絶縁膜下にゲート電極を形成する
工程とを備えた薄膜トランジスタの製造方法。(A) forming a polycrystalline silicon film formed by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 on a substrate, forming a gate insulating film under the polycrystalline silicon film, Forming a gate electrode under the insulating film.
【0080】このようにすれば、逆スタガ型または逆プ
レーナ型の多結晶シリコンTFTを得ることができる。 In this manner, an inverted staggered or inverted planar type polycrystalline silicon TFT can be obtained .
【0081】(ロ)請求項2に記載の半導体装置の製造
方法において、基板上に、光を反射する膜、基板よりも
熱伝導率の低い材料による膜、シリコンが吸収しない波
長の光を吸収する材料による膜のうち少なくともいずれ
か一つの膜を形成する工程と、その膜の上に非晶質シリ
コン膜を形成する工程との間に、バッファ膜を形成する
工程を加えた半導体装置の製造方法。(B) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect , a film reflecting light, a film made of a material having a lower thermal conductivity than the substrate, and absorbing light having a wavelength not absorbed by silicon are formed on the substrate. Manufacturing a semiconductor device in which a step of forming a buffer film is added between a step of forming at least one of films formed of materials to be formed and a step of forming an amorphous silicon film on the film Method.
【0082】このようにすれば、非晶質シリコン膜を溶
融再結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する際に、前
記膜と多結晶シリコン膜とが反応するのを防ぐことがで
きる。In this way, when the amorphous silicon film is melt-recrystallized to form a polycrystalline silicon film, it is possible to prevent the film from reacting with the polycrystalline silicon film.
【0083】ところで、本明細書において、発明の構成
に係る部材は以下のように定義されるものとする。 (a)基板としては、石英ガラス,高耐熱ガラス,高耐
熱樹脂,セラミックスなどのあらゆる絶縁材料による基
板を含むだけでなく、表面にシリコン酸化膜などの絶縁
層を設けた金属などの導電性基板をも含むものとする。Incidentally, in the present specification, the members according to the constitution of the present invention are defined as follows. (A) The substrate includes not only a substrate made of any insulating material such as quartz glass, high heat-resistant glass, high heat-resistant resin, and ceramics, but also a conductive substrate such as a metal provided with an insulating layer such as a silicon oxide film on the surface. Shall be included.
【0084】(b)薄膜トランジスタとしては、プレー
ナ型だけでなく、逆プレーナ型,スタガ型,逆スタガ型
などをも含むものとする。 (c)ゲート絶縁膜としては、高温の熱酸化法などの高
温プロセスで形成されたシリコン酸化膜だけでなく、プ
ラズマ酸化法,常圧CVD法,減圧CVD法,プラズマ
CVD法,ECRプラズマCVD法,光励起CVD法,
蒸着法,スパッタ法などの低温プロセスで形成されたシ
リコン酸化膜,シリコン窒化膜,シリコン窒酸化膜など
をも含むものとする。(B) The thin film transistor includes not only a planar type but also an inverted planar type, a staggered type, an inverted staggered type and the like. (C) As the gate insulating film, not only a silicon oxide film formed by a high temperature process such as a high temperature thermal oxidation method but also a plasma oxidation method, a normal pressure CVD method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method , Photo-excited CVD,
It also includes a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and the like formed by a low-temperature process such as an evaporation method or a sputtering method.
【0085】[0085]
【発明の効果】本発明によれば、結晶粒径が大きな多結
晶シリコン膜を備えた半導体装置の製造方法を提供する
ことができる。 According to the present invention, a crystal grain having a large crystal grain size is formed.
A method for manufacturing a semiconductor device having a crystalline silicon film can be provided.
【0086】[0086]
【0087】[0087]
【図1】一実施例の製造方法を説明するための概略断面
図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing method according to an embodiment.
【図2】一実施例の製造方法を説明するための概略断面
図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing method according to one embodiment.
【図3】RTA装置の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an RTA apparatus.
1 絶縁基板 3 反射膜 4 非晶質シリコン膜 5 多結晶シリコン膜 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 ソース領域またはドレイン領域(ソース・ドレイン
領域) 9 層間絶縁膜 10 コンタクトホール 11 ソース電極またはドレイン電極(ソース・ドレイ
ン電極)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 3 Reflective film 4 Amorphous silicon film 5 Polycrystalline silicon film 6 Gate insulating film 7 Gate electrode 8 Source region or drain region (source / drain region) 9 Interlayer insulating film 10 Contact hole 11 Source electrode or drain electrode ( Source / drain electrodes)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/786 (56)参考文献 特開 平5−121350(JP,A) 特開 平5−218367(JP,A) 特開 平4−33327(JP,A) 特開 平2−162772(JP,A) 特開 平3−181120(JP,A) 特開 昭63−10516(JP,A) 特開 昭62−37922(JP,A) 特開 昭61−231714(JP,A) 特開 昭58−206163(JP,A) 特開 平6−140325(JP,A) 特開 平6−132219(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 29/786 (56) References JP-A-5-121350 (JP, A) JP-A-5-218367 (JP, A) JP-A-4-33327 (JP, A) JP-A-2-162772 (JP, A) JP-A-3-181120 (JP, A) JP-A-63-10516 (JP, A) JP-A-62-37922 JP, A) JP-A-61-231714 (JP, A) JP-A-58-206163 (JP, A) JP-A-6-140325 (JP, A) JP-A-6-132219 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/20
Claims (2)
ンプ光を複数回照射させることで非晶質シリコン膜を溶
融再結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工程を備
えた半導体装置の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a polycrystalline silicon film by melting and recrystallizing an amorphous silicon film by irradiating an amorphous silicon film with lamp light a plurality of times by an RTA method. Method.
熱伝導率の低い材料による膜、光を吸収する材料による
膜のうち少なくともいずれか一つの膜を形成する工程
と、 その膜の上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、 RTA法によって非晶質シリコン膜にランプ光を複数回
照射させることで非晶質シリコン膜を溶融再結晶化させ
て多結晶シリコン膜を形成する工程とを備えた半導体装
置の製造方法。2. A step of forming at least one of a film that reflects light, a film made of a material having lower thermal conductivity than the substrate, and a film made of a material that absorbs light, on the substrate, Forming an amorphous silicon film on the substrate, and irradiating the amorphous silicon film with lamp light a plurality of times by the RTA method to melt and recrystallize the amorphous silicon film to form a polycrystalline silicon film And a method for manufacturing a semiconductor device.
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