JP4656685B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質半導体薄膜を結晶化して形成された結晶質半導体膜を利用した半導体装置の作製方法に関するものであり、特に半導体装置の信頼性を向上させる方法に関する。本発明の半導体装置は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)やMOSトランジスタ等の素子だけでなく、これら絶縁ゲート型トランジスタで構成された半導体回路を有する表示装置やイメージセンサ等の電気光学装置をも含むものである。加えて、本発明の半導体装置は、これらの表示装置および電気光学装置を搭載した電子機器をも含むものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラス基板等に上にTFTを形成して半導体回路を構成する技術が急速に進んでいる。そのような半導体回路としてはアクティブマトリクス型液晶表示装置のような電気光学装置が代表的である。
【0003】
アクティブマトリクス型液晶表示装置とは、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを設けたモノシリック型表示装置である。さらにメモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発も進められている。
【0004】
アクティブマトリクス型液晶表示装置のドライバー回路やロジック回路は高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)を用いることは不適当である。そのため、現状では結晶質シリコン膜(ポリシリコン膜)を活性層としたTFTが主流になりつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
TFTは透明なガラス基板に形成することができるので、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が積極的に進められてきた。ポリシリコン膜を利用したTFTは高移動度が得られるので、同一基板上に機能回路を集積させて高精細な画像表示を実現することが可能とされている。
【0006】
アクティブマトリクス型表示装置は画面の解像度が高精細になるに従い、画素だけでも100万個のTFTが必要になってくる。さらに機能回路を付加すると、それ以上の数のTFTが必要となり、液晶表示装置を安定に動作させるためには、個々のTFTの信頼性を確保して安定に動作させる必要があった。
【0007】
このようなアクティブマトリクス型表示装置において、特に、熱伝導性が悪く保温性がよい基板(例えばガラス基板)上にTFTを設けた場合、周辺駆動回路のTFTには大きな電圧及び電流が印加されるため、半導体層が発熱してTFTの信頼性を著しく低下させていた。
【0008】
本発明は上記問題点を鑑みて成されたものであり、絶縁表面上に設けられたTFTを駆動させる際に発生する熱を迅速に拡散して、半導体装置全体を均熱化させる技術を提供することを課題とする。
【0009】
また、CVD法やスパッタ法等により形成された薄膜を積層してTFTを形成する場合において、膜の内部応力の大きさがある程度異なる膜を積層すると、各々の膜が有する内部応力の相互作用により膜剥がれが生じていた。本発明はこの内部応力の問題をも解決する技術を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、低温で成膜でき、生産性にも優れたスパッタ法を用いて熱伝導性の優れた絶縁膜(SiNX Y Z :ただし、X、Y、及びZは、組成比を表す値であって、X>0、Y>0、Z>0である。)を半導体素子または半導体装置の絶縁膜として用いることを特徴としている。本発明の絶縁膜(SiNX Y Z )は、ボロン元素を0.1〜50atoms %または1〜50atoms %、望ましくは0.1〜10atoms %含有しているため高い熱伝導性を有しており、半導体装置の熱による特性劣化を防止する効果を有している。さらに、本発明の絶縁膜(SiNX Y Z )はナトリウム等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するので、基板等からこれらのイオンが半導体装置中、特にチャネル形成領域に侵入することを防止する効果も有している。加えて、本発明の絶縁膜(SiNX Y Z )に、酸素を1〜30atoms %含有しているため、膜の内部応力を、代表的には−5×1010dyn/cm2 〜5×1010dyn/cm2 、好ましくは−1010dyn/cm2 〜1010dyn/cm2 とすることができ、各々の膜の間の応力が低減されて膜剥がれ等が生じにくくすることができる。
【0011】
本明細書で開示する本発明の構成は、
絶縁表面上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に接して、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域の間に形成されたチャネル形成領域と、を有する半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を一層有することを特徴とする半導体装置である。
【0012】
また、他の本発明の構成は、
絶縁表面上に接して、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域の間に形成されたチャネル形成領域と、
前記チャネル形成領域上にゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に接してゲート電極と、を有する半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を一層有することを特徴とする半導体装置である。
【0013】
また、他の本発明の構成は、
絶縁表面上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された半導体素子とを備えた半導体装置において、
前記絶縁膜はボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置である。
【0014】
また、他の本発明の構成は、
絶縁表面上に形成された半導体素子と、半導体素子を保護する絶縁膜とを備えた半導体装置において、
前記絶縁膜はボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置である。
【0015】
また、本願発明を実施する上での作製方法に関する本発明の構成は、
酸化窒素ガスを含む雰囲気中において、ボロン元素が添加された半導体ターゲットを用いたスパッタリングを行ない、窒化酸化シリコン膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0016】
また、上記構成において、前記酸化窒素ガスとは、一酸化一窒素ガス、一酸化二窒素ガス、二酸化窒素ガス及び三酸化窒素ガスのうちの一種または複数種、またはこれらのガスを不活性ガスや酸素ガスで希釈したガスであることを特徴としている。
【0017】
また、作製方法に関する他の本発明の構成は、
ボロン元素を含むガスと酸化窒素ガスとからなる雰囲気中において、半導体ターゲットを用いたスパッタリングを行ない、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0018】
上記構成において、前記酸化窒素ガスとは、一酸化一窒素ガス、一酸化二窒素ガス、二酸化窒素ガス及び三酸化窒素ガスのうちの一種または複数種、またはこれらのガスを不活性ガスや酸素ガスで希釈したガスであることを特徴としている。
【0019】
上記構成において、前記雰囲気中のボロン元素の含有比率を連続的または段階的に変化させてスパッタリングを行うことを特徴としている。
【0020】
また、作製方法に関する他の本発明の構成は、
絶縁表面上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に半導体薄膜を形成する工程とを有する半導体装置の作製方法である。
【0021】
また、作製方法に関する他の本発明の構成は、
絶縁表面上に半導体薄膜を形成する工程と、
前記半導体薄膜上にボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを有する半導体装置の作製方法である。
【0022】
【本発明の実施の形態】
本実施の形態を図1を用いて説明する。ここでは、スパッタ法による絶縁膜(SiNX Y Z )からなるゲート絶縁膜を備えたボトムゲート型TFTおよびその作製方法について説明する。
【0023】
まず、基板101を用意する。基板101としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板、セラミックス基板、半導体基板、プラスチック基板(ポリエチレンテレフラレート基板)等を用いることができる。
【0024】
次いで、基板101上にスパッタ法を用いて形成した導電材料からなる導電膜をパターニングしてゲート配線(ゲート電極を含む)102を形成する。ゲート配線102の材料としては、導電性材料または半導体材料を主成分とする材料、例えばTa(タンタル)、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、W(タングステン)、クロム(Cr)等の金属材料、これら金属材料とシリコンとの化合物であるシリサイド、N型又はP型の導電性を有するポリシリコン等の材料、低抵抗金属材料Cu(銅)、Al(アルミニウム)等を主成分とする材料層を少なくとも一層有する構造であれば特に限定されることなく用いることができる。
【0025】
次いで、基板101及びゲート電極102上に窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aをスパッタ法により形成する。
【0026】
本発明の実施に用いられるスパッタ装置は基本的に、チャンバーと、チャンバー内を真空にする排気系と、スパッタ用のガスをチャンバーに導入するガス導入系と、ターゲットやRF電極からなる電極系と、電極系に接続されたスパッタリング電源とから構成されている。なお、スパッタ用のガスとしては、酸化窒素ガスを用いる。この酸化窒素ガスとは、一酸化一窒素ガス、一酸化二窒素ガス、二酸化窒素ガス及び三酸化窒素ガスのうちの一種または複数種、またはこれらのガスを不活性ガス(Ar、He、Ne、N2 )や酸素ガスやアンモニア(NH3 )で希釈したガスである。また、スパッタの条件(スパッタ用のガス、ガス流量、成膜圧力、基板の温度、成膜電力等)は、ターゲットの大きさ、基板の寸法、窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )の膜厚、窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )の膜質等を考慮して実施者が適宜決定すればよい。また、RF電力に代えてDC電力を使用することも可能である。
【0027】
本発明は、この窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aの形成方法を特徴の一つとしており、その形成方法としては以下に示すように2つの方法がある。
【0028】
本発明の第1の形成方法は、上記酸化窒素ガスを含む雰囲気中において、単結晶シリコンにボロン元素を添加したターゲットを用いたスパッタリング方法である。なお、本発明においては、ボロン元素が好ましくは1×1017cm-3以上添加された単結晶または多結晶の半導体ターゲットを用いる。また、このターゲットのボロン元素含有量を変えることで、窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )中におけるボロン元素の組成比を変えることができる。また、同時に複数のターゲット、例えば、ボロン元素を添加したターゲットと、他の一導電型を付与する不純物(例えばガリウム(Ga))を添加したターゲットとを用いることで、さらに複雑な組成比を有する絶縁膜を得ることができる。
【0029】
また、本発明の第2の形成方法は、酸化窒素ガスとボロン元素を含有したガス(例えばジボラン:B2 6 )とを含んだ雰囲気中において、単結晶シリコンからなるターゲットを用いたスパッタリング方法である。また、ボロン元素を含有したガス量を変えることで、窒化酸化シリコンを主成分とする絶縁膜(SiNX Y Z )の組成比を変えることができる。また、雰囲気中のボロン元素含有比率を連続的または段階的に変化させて、ボロン元素の濃度勾配を膜中に持たせる構成としてもよい。
【0030】
上記第1の形成方法または第2の形成方法を用いることによって、膜中にボロン元素を0.1〜50atoms %又は1〜50atoms %、望ましくは0.1〜10atoms %含有させて熱伝導性を高め、膜中に酸素を1〜30atoms %含有させて、密着性を高めた窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aを形成することができる。この窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aは、ボロン元素を含んでいるため、従来の窒化シリコン膜(SiN)と比較して、高い熱伝導性を有している。また、この窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aは、酸素を1〜30atoms %含んでいるため、従来の窒化シリコン膜(SiN)と比較して高い密着性を有しており、膜剥がれが生じにくい。この窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aの内部応力は、代表的には−5×1010dyn/cm2 〜5×1010dyn/cm2 、好ましくは−1010dyn/cm2 〜1010dyn/cm2 (Ionic System社製のModel-30114 による応力測定での値)であることが好ましい。勿論、この窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )は、十分な絶縁性を有していることは言うまでもない。特に、窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )をゲート電極に接して形成すると、TFTを駆動させる際に発生する熱を迅速に拡散しやすいため、半導体装置全体を均熱化させることを効果的に行うことができる。
【0031】
次いで、絶縁膜103b、非晶質半導体膜104を順次大気開放しないで積層形成した。(図1(B))こうすることにより、界面の汚染を防ぐことができる。ここでは、絶縁膜103aと絶縁膜103bとの二層の絶縁膜をゲート絶縁膜として採用しているが、単層または三層以上の積層構造としてもよい。
【0032】
非晶質半導体膜104としては、珪素を含む非晶質半導体膜、例えば非晶質シリコン膜、微結晶を有する非晶質半導体膜、微結晶シリコン膜、非晶質ゲルマニウム膜、Six Ge1-x (0<X<1)で示される非晶質シリコンゲルマニウム膜またはこれらの積層膜を10〜80nm、より好ましくは15〜60nmの膜厚範囲で用いることができる。絶縁膜103b及び非晶質半導体膜104の形成手段としては熱CVD法、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、蒸着法、スパッタ法等の形成方法を用いることができる。
【0033】
次いで、非晶質半導体膜104の結晶化処理を行い、結晶質半導体膜105を形成する。(図1(C))結晶化処理としては、公知の如何なる手段、例えば熱結晶化処理、赤外光または紫外光の照射による結晶化処理(以下レーザー結晶化と呼ぶ)、触媒元素を用いた熱結晶化処理等、またはこれらの結晶化処理を組み合わせた処理を用いることができる。
【0034】
こうして得られた結晶質半導体膜105を活性層として利用して、ボトムゲート型TFTを作製する。なお、ここでは、結晶質半導体膜105を活性層として利用したが、結晶化を行わずに非晶質半導体膜を活性層として利用して、ボトムゲート型TFTを作製してもよい。また、以降の工程は、公知の作製方法に従い作製すればよいので詳細な説明は省略する。
【0035】
ここでは、膜中にボロン元素を0.1〜50atoms %又は1〜50atoms %、望ましくは0.1〜10atoms %含有し、酸素を1〜30atoms %含有した絶縁膜(SiNX Y Z )をボトムゲート型TFTのゲート絶縁膜の一層として用いた例を示したが、絶縁膜であれば特に限定されず、例えば、下地膜、層間絶縁膜、マスク絶縁膜、チャネル保護膜、保護膜等に用いることができる。加えて、トップゲート型TFTに利用される絶縁膜、例えば、下地膜、ゲート絶縁膜、マスク絶縁膜、層間絶縁膜、保護膜等に用いることも可能である。また、順スタガ型TFTに利用される絶縁膜にも適用することが可能である。このように、本発明はTFT構造に関係なく適用することができる。
【0036】
こうして、膜中にボロン元素を0.1〜50atoms %または1〜50atoms %、望ましくは0.1〜10atoms %含有し、酸素を1〜30atoms %含有した窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を絶縁膜として利用した半導体装置は、TFTを駆動させる際に発生する熱を迅速に拡散して、半導体装置全体を均熱化させることができるため、従来と比較して高い信頼性を備えることができる。
【0037】
勿論、膜中に酸素を1〜30atoms %含有させて、密着性を高めた窒化酸化シリコン膜(SiN1-x Ox (0<X<1):ただし、Xは、組成比を表す値である。)をTFTに利用される絶縁膜に用いることも可能である。
【0038】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、特にこれらの実施例に限定されないことは勿論である。
【0039】
[実施例1] 以下、図1〜3を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0040】
まず、基板101としてガラス基板(コーニング1737;歪点667℃)を用意した。次いで、基板101上に積層構造(簡略化のため図示しない)のゲート配線(ゲート電極を含む)102を形成した。本実施例では、スパッタ法を用いて窒化タンタル膜(膜厚50nm)とタンタル膜(膜厚250nm)を積層形成し、公知のパターニング技術であるフォトリソグラフィー法を用いて積層構造を有するゲート配線(ゲート電極を含む)102を形成した。
【0041】
次いで、スパッタ法により膜厚範囲が1〜1000nm、好ましくは10〜100nmであるボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )103aを形成する。(図1(A))本実施例では、酸化窒素ガス(ここでは一酸化二窒素ガス)を含む雰囲気中において、ボロン元素が添加された単結晶シリコンのターゲットを用いたスパッタリングを行い、膜厚50nmの窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を形成した。また、酸化窒素ガスとジボラン(B2 6 )を用いた雰囲気中において、単結晶シリコンからなるターゲットを用いたスパッタリング方法を用いて窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を形成してもよい。こうして得られた窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )は、ボロン元素を0.1〜50atoms %含有しているため高い熱伝導性を有しており、半導体装置の熱による特性劣化を防止する効果を有している。さらに、この窒化酸化シリコン膜はナトリウム等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するので、基板等からこれらのイオンが半導体装置中、特にチャネル形成領域に侵入することを防止する効果も有している。
【0042】
次いで、絶縁膜103b、非晶質半導体膜104を順次大気開放しないで積層形成した。(図1(B))本実施例では酸化シリコン膜103b(膜厚125nm)をプラズマCVD法により積層形成し、積層構造のゲート絶縁膜とした。本実施例では二層の絶縁膜をゲート絶縁膜として採用しているが、単層または三層以上の積層構造としてもよい。また、本実施例ではゲート絶縁膜上に非晶質半導体膜104として、膜厚54nmの非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)をプラズマCVD法により形成した。なお、いずれの層の界面にも大気からの汚染物質が付着しないようにするため順次大気開放せずに積層形成した。その後、半導体膜の結晶化を妨げる非晶質シリコン膜中の水素濃度を低減するための加熱処理(500℃、1時間)を行った。
【0043】
こうして図1(B)の状態が得られたら、非晶質半導体膜104に対して赤外光または紫外光の照射による結晶化(レーザー結晶化)を行い結晶質半導体膜(結晶を含む半導体膜)105を形成した。(図1(C))結晶化技術として紫外光を用いる場合はエキシマレーザー光または紫外光ランプから発生する強光を用いればよく、赤外光を用いる場合は赤外線レーザー光または赤外線ランプから発生する強光を用いればよい。本実施例ではKrFエキシマレーザー光を線状にビーム形成して照射した。なお、照射条件としては、パルス周波数が30Hz、オーバーラップ率は96%、レーザーエネルギー密度は100〜500mJ/cm2であり本実施例では360mJ/cm2とした。なお、レーザー結晶化の条件(レーザー光の波長、オーバーラップ率、照射強度、パルス幅、繰り返し周波数、照射時間等)は、非晶質半導体膜104の膜厚、基板温度等を考慮して実施者が適宜決定すればよい。なお、レーザー結晶化の条件によっては、初期半導体膜が溶融状態を経過して結晶化する場合や、初期半導体膜が溶融せずに固相状態、もしくは固相と液相の中間状態で結晶化する場合がある。この工程により非晶質半導体膜104は結晶化され、結晶質半導体膜105に変化する。本実施例において結晶質半導体膜とは多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)である。
【0044】
次に、こうして形成された結晶質半導体105上にチャネル形成領域を保護する絶縁膜(後にチャネル保護膜となる)106を形成した。本実施例では酸化シリコン膜(膜厚200nm)を形成した。次いで、裏面からの露光を用いたパターニング(レジスト膜の成膜、露光、現像)によって、絶縁膜106に接してレジストマスク107を形成した。(図1(D))裏面からの露光によるレジストマスクの形成はマスクを必要としないため、製造マスク数を低減することができる。図示したようにレジストマスクの大きさは光の回り込みによって、わずかにゲート配線の幅より小さくなった。
【0045】
次いで、レジストマスク107をマスクに用いて絶縁膜106をエッチングして、チャネル保護膜108を形成した後、レジストマスク107を除去した。(図1(E))この工程により、チャネル保護膜108と接する領域以外の結晶質シリコン膜の表面を露呈させた。このチャネル保護膜108は、後のドーピング工程でチャネル形成領域となる領域にドーパントが添加されることを防ぐ役目を果たす。また、本実施例ではチャネル保護膜108として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0046】
次いで、フォトマスクを用いたパターニングによってnチャネル型TFTの一部またはpチャネル型TFTを覆うレジストマスク109を形成し、表面が露呈された結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、第1の不純物領域(n+ 領域)110aを形成した。(図2(A))本実施例では、n型の導電性を付与する不純物としてリン元素を用いた。ドーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォスフィン(PH3 )を用い、ドーズ量5×1014atoms /cm2 、加速電圧は10kVとした。また、上記レジストマスク109のパターンを実施者が適宜設定することによりn+ 型領域の幅が決定され、所望の幅を有するn- 型領域、及びチャネル形成領域を得ることが比較的容易にできる。
【0047】
次いで、レジストマスク109を除去した後、LDD領域を形成するための絶縁膜111を形成した。(図2(B))本実施例では、絶縁膜111として、酸化シリコン膜(膜厚50nm)をプラズマCVD法により形成した。また、本実施例では絶縁膜111として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0048】
次いで、絶縁膜111が表面に設けられた結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、第2の不純物領域(n- 領域)112を形成した。(図2(C))ただし、絶縁膜111を介してその下の結晶質半導体膜に不純物を添加するために、絶縁膜111の膜厚を考慮に入れ、適宜ドーピング条件を設定することが重要である。本実施例ではドーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォスフィンを用い、ドーズ量3×1013atoms /cm2 、加速電圧は60kVとした。この絶縁膜111を介して不純物元素を添加することにより所望の濃度(SIMS分析で1×1018〜1×1019atoms /cm3 )の不純物領域を形成することができた。また、こうして形成される第2の不純物領域112はLDD領域として機能する。なお、この時、さらに不純物が添加されて第1の不純物領域110bが形成され、チャネル保護膜の直下には真性な結晶質半導体領域が残った。ただし、図示しないが実際には多少チャネル保護膜の内側に回り込んで不純物元素が添加される。
【0049】
次いで、フォトマスクを用いてnチャネル型TFTを覆うレジストマスク114を形成し、結晶質半導体膜にp型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、第3の不純物領域(p+ 領域)113を形成した。(図2(D))本実施例ではp型を付与する不純物元素としてB(ボロン元素)を用いた。ドーピングガスには水素で1〜10%に希釈されたジボラン(B2 6 )を用い、ドーズ量4×1015atoms /cm2 、加速電圧は30kVとした。
【0050】
次いで、レジストマスク114を除去してレーザーアニールまたは熱アニールによる不純物の活性化処理を行なった後、水素雰囲気中で熱処理(350℃、1時間)を行い、全体を水素化した。(図3(A))その後、公知のパターニング技術により所望の形状を有する活性層を形成し、活性層を覆うチャネル保護膜108、及び絶縁膜111を除去した。(図3(B))
【0051】
以上の工程を経て、nチャネル型TFTのソース領域115、ドレイン領域116、低濃度不純物領域117、118、チャネル形成領域119が形成され、pチャネル型TFTのソース領域121、ドレイン領域122、チャネル形成領域120が形成された。
【0052】
次いで、nチャネル型TFT及びpチャネル型TFTを覆って、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化シリコン膜と、TEOSと酸素(O2 )を原料ガスに用いた膜厚940nmの酸化シリコン膜との積層構造の層間絶縁膜123を形成した。(図3(C))また、本実施例では層間絶縁膜123として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0053】
そして、コンタクトホールを形成してソース配線124、126、ドレイン配線125、127を形成して、図3(D)に示す状態を得た。最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTが完成した。
【0054】
なお、本実施例においては、工程順序を変更し非晶質半導体膜のパターニング後に結晶化処理を行ってもよい。また、本実施例の不純物の添加工程の順序に限定されず、実施者は適宜、不純物の添加工程の順序を変更して不純物領域を形成すればよい。
【0055】
[実施例2] 実施例1では、レーザー光によって非晶質シリコン膜を結晶化させたが、本実施例では、実施例1と異なる方法で非晶質半導体膜の結晶化を行う例を示す。以下、図4〜6を用いて本実施例を説明する。
【0056】
まず、実施例1と同様に基板101上に、ゲート電極102、ゲート絶縁膜103a、103bを形成した。(図4(A))ここまでの工程は実施例1と同一であるため、符号は図1と同じものを用いた。なお、ゲート絶縁膜103aは、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )である。
【0057】
次いで、実施例1に従い非晶質シリコン膜104aを形成した。次に、酸素雰囲気中においてUV光を照射することにより非晶質シリコン膜104aの表面に図示しない極薄い酸化膜を形成する。この酸化膜は後に塗布されるニッケルを含んだ溶液の濡れ性を向上させる機能を有する。
【0058】
次にニッケルを含有する溶液を非晶質シリコン膜104a表面に塗布する。ニッケル含有量(重量換算)は0.1〜50ppm、より好ましくは1ppm〜30ppmとすればよい。これは、非晶質シリコン膜104a中のニッケル濃度を1015〜1019atoms/cm3 のオーダとするためである。1015atoms/cm3 以下であるとニッケルの触媒作用を得ることができない。1019atoms/cm3 程度の濃度であれば、ゲッタリングを実施しない場合でも動作可能なTFTを作製可能であり、ゲッタリング工程を効率良く行うためでもある。なお、上記のニッケルの濃度はSIMSによる測定値の最大値で定義される。
【0059】
本実施例では、ニッケルを10ppm含有するニッケル酢酸塩溶液を塗布した。そして、スピンコーターにより基板101を回転して、余分なニッケル酢酸塩溶液を吹き飛ばして除去し、非晶質シリコン膜104aの表面に極薄いニッケル含有層205を形成する。(図4(B))
【0060】
図4(B)に示す状態を得たら、窒素雰囲気中で温度550℃、4時間加熱して、非晶質シリコン膜104aを結晶化した。この結晶化工程により結晶質シリコン膜204bが得られた。この結晶成長はニッケルを添加した非晶質シリコン膜104a表面から基板101の方(縦方向)へ進行するため、本明細書では縦成長と呼ぶことにする(図4(C))。なお、本実施例では全面にニッケル含有層を形成する構成としたが、レジスト等を用い選択的にニッケル含有層を形成して基板表面と平行な方向(横方向)へ結晶化を進行させる構成としてもよい。
【0061】
なお、この結晶化工程に従えば粒界を含む多結晶シリコン膜が形成されるが、異なる条件で微結晶状態のシリコン膜を形成することができる。
【0062】
また、上記加熱処理は電熱炉において500〜700℃、より好ましくは550〜650℃の温度で行うことができる。この時、加熱温度の上限は耐熱性を考慮して、使用するガラス基板101のガラス歪点より低くすることが必要である。ガラス歪点を超えるとガラス基板の反り、縮み等が顕在化してしまう。また、加熱時間は1〜12時間程度とすればよい。この加熱処理はファーネスアニール(電熱炉内での加熱処理)によって行われる。なお、ランプアニール等の加熱手段を用いることも可能である。
【0063】
次に、得られた結晶質シリコン膜204bに対してレーザー光の照射を行い、結晶性の改善された結晶質シリコン膜204cを得る。本実施例では、パルス発振型のKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用いた(図4(D))。なお、レ─ザー光の照射前に、溶液の濡れ性を向上させるために形成された極薄い酸化膜を除去してもよい。
【0064】
パルス発振型のレーザとして、短波長(紫外線領域)のXeClエキシマレーザーや、長波長のYAGレーザー等を用いる。本実施例で用いたエキシマレーザーは紫外光を発振するので、被照射領域において瞬間的に溶融固化が繰り返される。そのため、エキシマレーザー光を照射することにより、一種の非平衡状態が形成され、ニッケルが非常に動きやすい状態となる。
【0065】
また、図4(C)に示す結晶化工程で得られる結晶質シリコン膜204bは非晶質成分が不規則に残存する。しかし、図4(D)に示すレーザー光の照射によってそのような非晶質成分を完全に結晶化することができるので、結晶質シリコン膜204cの結晶性は大幅に改善されている。
【0066】
なお、このレーザー照射工程を省略することは可能であるが、レーザー照射することによって、結晶性の改善の他に、後のゲッタリング工程の効率を向上させるという効果が得られる。レーザー照射後では、結晶性シリコン膜204c中の残留ニッケル濃度のSIMSの最高値は、1×1019〜2×1019atoms/cm3 程度である。
【0067】
上記結晶化工程の後に、結晶質シリコン膜中に残存する触媒元素を除去または低減するゲッタリング技術(特開平10-270363 号公報)を用いてもよい。なお、同公報には、リン元素を全面または選択的に添加した後に加熱処理(300〜700℃、1〜12時間)を行う技術が記載されている。また、高温の硫酸を用いた液相による方法やハロゲン元素を含む気相による方法やボロン元素を添加して加熱する方法を用いる方法を用いてもよい。
【0068】
次いで、実施例1の図1(D)に示した工程と同様に結晶質半導体204c上に膜厚200nmのチャネル形成領域を保護する絶縁膜(後にチャネル保護膜となる)206を形成した。また、本実施例では絶縁膜206として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。次いで、裏面からの露光を用いたパターニングによって、絶縁膜206に接してレジストマスク207を形成した。(図4(E))
【0069】
次いで、レジストマスク207をマスクに用いて絶縁膜206をエッチングして、チャネル保護膜208を形成した後、レジストマスク207を除去した。(図4(F))
【0070】
次いで、フォトマスクを用いたパターニングによってnチャネル型TFTの一部またはpチャネル型TFTを覆うレジストマスク209を形成し、表面が露呈された結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素(リン)を添加する工程を行ない、第1の不純物領域(n+ 領域)210aを形成した。(図5(A))本実施例では、ドーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォスフィン(PH3 )を用い、ドーズ量5×1014atoms /cm2 、加速電圧は10kVとした。
【0071】
次いで、レジストマスク209を除去した後、LDD領域を形成するための制御絶縁膜(本実施例では、膜厚50nmの酸化シリコン膜)211を形成した。(図5(B))本実施例では制御絶縁膜211として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0072】
次いで、制御絶縁膜211が表面に設けられた結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、第2の不純物領域(n- 領域)212を形成した。(図5(C))本実施例ではドーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォスフィンを用い、ドーズ量3×1013atoms /cm2 、加速電圧は60kVとした。この制御絶縁膜211を介して不純物元素を添加することにより所望の濃度(SIMS分析で1×1018〜1×1019atoms /cm3 )の不純物領域を形成することができた。また、こうして形成される第2の不純物領域212はLDD領域として機能する。なお、この時、さらに不純物が添加されて第1の不純物領域210bが形成され、チャネル保護膜の直下には真性な結晶質半導体領域が残った。
【0073】
次いで、フォトマスクを用いてnチャネル型TFTを覆うレジストマスク214を形成し、結晶質半導体膜にp型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、第3の不純物領域(p+ 領域)213を形成した。(図5(D))本実施例ではドーピングガスには水素で1〜10%に希釈されたジボラン(B2 6 )を用い、ドーズ量4×1015atoms /cm2 、加速電圧は30kVとした。
【0074】
次いで、レジストマスク214を除去して、300〜700℃、1〜12時間の加熱処理を行ない、ニッケル濃度を低減する技術(特開平8-330602号公報)を本実施例に適用した。本実施例では600℃、8時間の加熱処理を行ない、LDD領域およびチャネル形成領域の内部に残存するニッケルを高濃度不純物領域(ソース領域及びドレイン領域)の方に移動させる。(図6(A))こうしてニッケル濃度が低減されたチャネル形成領域(SIMS分析で1×1018atoms /cm3 以下、好ましくは1×1016atoms /cm3 以下)が得られる。この加熱処理による触媒元素の低減と同時に、ドーピング時の結晶性の損傷の回復、熱アニールによる不純物の活性化処理が行なわれる。加えてファーネスアニール、レーザーアニールまたはランプアニールを行ってもよい。その後、水素雰囲気中で熱処理(350℃、1時間)を行い、全体を水素化した。
【0075】
その後、公知のパターニング技術により所望の形状を有する活性層を形成し、絶縁膜211及びチャネル保護膜208を除去した。(図6(B))
【0076】
以上の工程を経て、nチャネル型TFTのソース領域215、ドレイン領域216、低濃度不純物領域217、218、チャネル形成領域219が形成され、pチャネル型TFTのソース領域221、ドレイン領域222、チャネル形成領域220が形成された。
【0077】
次いで、nチャネル型TFT及びpチャネル型TFTを覆って、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化シリコン膜と、TEOSと酸素(O2 )を原料ガスに用いた膜厚940nmの酸化シリコン膜との積層構造の層間絶縁膜223を形成した。(図6(C))本実施例では層間絶縁膜223として酸化シリコン膜を用いたが、酸化シリコン膜に代えて本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0078】
そして、コンタクトホールを形成してソース配線224、226、ドレイン配線225、227を形成して、図6(D)に示す状態を得た。最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTが完成した。
【0079】
[実施例3] 上記実施例1または実施例2の作製工程を用いたnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTを備えた半導体装置について、図7(A)〜(C)及び図8(A)〜(C)を用いてその構造の一例を説明する。
【0080】
なお、本発明にかかる半導体装置は、同一基板上に周辺駆動回路部と画素マトリクス回路部とを備えている。本実施例では図示を容易にするため、周辺駆動回路部の一部を構成するCMOS回路を図7に示し、画素マトリクス回路部の一部を構成する画素TFT(Nチャネル型TFT)とを図8に示した。なお、実施例1及び2の作製工程に加え、0.2〜0.4μmのパッシベーション膜(保護膜)319を形成した。パッシベーション膜319としては窒素シリコン膜、例えばボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成とすることが好ましい。
【0081】
図7で示すCMOS回路はインバータ回路とも呼ばれ、半導体回路を構成する基本回路である。このようなインバータ回路を組み合わせたりすることでNAND回路、NOR回路のような基本論理回路を構成したり、さらに複雑なロジック回路をも構成することができる。
【0082】
図7(A)は図7(B)の上面図に相当する図であり、図7(A)において、点線A−A’で切断した部分が、図7(B)のCMOS回路の断面構造に相当する。また、図7(C)は、図7(A)及び図7(B)に対応するインバータ回路の回路図である。
【0083】
図7(B)において、いずれのTFT(薄膜トランジスタ)も基板301上に形成されている。CMOS回路のPチャネル型TFTの場合には、ゲート電極302が形成され、その上にボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜(SiNX Y Z )からなる第1絶縁膜303、酸化珪素からなる第2絶縁膜304が設けられている。第2絶縁膜上には、活性層としてp+ 領域312(ドレイン領域)、315(ソース領域)とチャネル形成領域314とが形成される。上記実施例1及び2では工程数を低減するため、Pチャネル型TFTに前記高濃度不純物領域と前記チャネル形成領域の間に低濃度不純物領域(LDD領域)を設けていないが、作製してもよい。活性層の上を覆う第1の層間絶縁膜317にコンタクトホールが形成され、p+ 領域312、315に配線318、320が接続され、さらにその上にパッシベーション膜319が形成される。簡略化のため図示しないがさらにその上に第2の層間絶縁膜が形成され、配線320に引き出し配線が接続されて、その上を覆って第3の層間絶縁膜が形成される。
【0084】
一方、Nチャネル型のTFTは、活性層としてn+ 領域(ソース領域)305、n+ 領域311(ドレイン領域)と、チャネル形成領域309と、前記n+ 型領域とチャネル形成領域の間にn- 型領域306、310が形成される。なお、ドレイン領域に接するn- 型領域310はn- 型領域306より幅を大きく形成して信頼性を向上させた。活性層の上を覆う第1の層間絶縁膜317にコンタクトホールが形成され、n+ 型領域305、311には配線316、318が形成され、さらにその上にパッシベーション膜319が形成される。簡略化のため図示しないがさらにその上に第2の層間絶縁膜が形成され、配線320に引き出し配線が接続されて、その上を覆って第3の層間絶縁膜が形成される。なお、活性層以外の部分は、上記Pチャネル型TFTと概略同一構造であり簡略化のため説明を省略する。
【0085】
また、図8(A)は図8(B)の上面図に相当する図であり、図8(A)において、点線A−A’で切断した部分が、図8(B)の画素マトリクス回路の断面構造に相当する。また、図8(C)は、図8(A)及び図8(B)に対応する回路図である。
【0086】
画素マトリクス回路に形成されたNチャネル型TFTについては、基本的に、CMOS回路のNチャネル型TFTと同一構造である。基板上401にゲート電極403が形成され、その上にボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )からなる第1絶縁膜402、酸化珪素からなる第2絶縁膜404が設けられている。第2絶縁膜上には、活性層としてn+ 領域405、409、414と、チャネル形成領域407、411と、前記n+ 型領域とチャネル形成領域の間にn- 型領域406、413が形成される。活性層の上を覆う第1の層間絶縁膜419にコンタクトホールが形成され、n+ 領域405に配線416が接続され、n+ 領域414に配線417が接続され、さらにその上にパッシベーション膜418が形成される。そして、その上に第2の層間絶縁膜420が形成される。さらに、その上に第3の層間絶縁膜422が形成され、ITO、SnO2 等の透明導電膜からなる画素電極423が接続される。また、421は画素電極423と隣接する画素電極である。
【0087】
なお、画素マトリクス回路の容量部は、第1絶縁膜及び第2絶縁膜を誘電体として、容量配線415と、n+ 領域414とで形成されている。
【0088】
本実施例では一例として透過型のLCDを作製したが特に限定されない。例えば、画素電極の材料として反射性を有する金属材料を用い、画素電極のパターニングの変更、または幾つかの工程の追加/削除を適宜行えば反射型のLCDを作製することが可能である。
【0089】
なお、本実施例では、画素マトリクス回路の画素TFTのゲート配線をダブルゲート構造としているが、オフ電流のバラツキを低減するために、トリプルゲート構造等のマルチゲート構造としても構わない。また、開口率を向上させるためにシングルゲート構造としてもよい。
【0090】
本実施例を実施して作製されたTFTは、よりばらつきの少ない電気特性を示す。また、本実施例を実施例1、実施例2と組み合わせることは可能である。
【0091】
〔実施例4〕 本実施例を図9と図10により説明する。実施例1及び2においては、ボトムゲート型TFTのゲート絶縁膜の一層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いた例を示したが、本実施例では、トップゲート型TFTの下地膜の一層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いた例を示す。
【0092】
ここでは、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを同一基板上に作製し、CMOS回路の基本構成であるインバータ回路を形成する例について説明する。
【0093】
基板501はガラス基板、プラスチック基板、セラミックス基板などを用いることができる。また、酸化シリコン膜や窒化酸化シリコンなどの絶縁膜を表面に形成したシリコン基板やステンレスに代表される金属基板を用いても良い。勿論、石英基板を用いることも可能である。
【0094】
そして、基板501のTFTが形成される主表面には、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )から成る下地膜502と、窒化酸化シリコン膜から成る下地膜503が形成される。本実施例では、アルゴン(Ar)とジボラン(B2 6 )を含む雰囲気中において、単結晶シリコンからなるターゲットを用いたスパッタリングにより窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )502を形成した。また、窒素(N2 )またはアンモニア(NH3 )を含む雰囲気中において、ボロン元素が添加された単結晶シリコンのターゲットを用いたスパッタリング方法を用いて、窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を形成してもよい。こうして得られた窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )502は、ボロン元素を1〜50atoms %含有しているため高い熱伝導性を有しており、半導体装置の熱による特性劣化を防止する効果を有している。下地膜503はプラズマCVD法やスパッタ法で形成すれば良く、基板501からTFTに有害な不純物が半導体層へ拡散することを防ぐために設けるものである。従って、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )からなる下地膜502を20〜100nm、代表的には50nmの厚さに形成し、さらに窒化酸化シリコン膜からなる下地膜503を50〜500nm、代表的には150〜200nmの厚さに積層形成すれば良かった。
【0095】
勿論、下地膜をボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )からなる下地膜502、または、窒化酸化シリコン膜からなる下地膜503のどちらか一方のみで形成しても良いが、TFTの信頼性を考慮すると2層構造とすることが最も望ましかった。
【0096】
下地膜503に接して形成される半導体層は、プラズマCVD法、減圧CVD法、スパッタ法などの成膜法で形成される非晶質半導体を、レーザー結晶化法や熱処理による固相成長法で結晶化された、結晶質半導体を用いることが望ましい。また、前記成膜法で形成される微結晶半導体を適用することも可能である。ここで適用できる半導体材料は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、またシリコンゲルマニウム合金、炭化シリコンがあり、その他にガリウム砒素などの化合物半導体材料を用いることもできる。
【0097】
半導体層は10〜100nm、代表的には50nmの厚さとして形成されるものである。プラズマCVD法で作製される非晶質半導体膜には10〜40atom%の割合で膜中に水素が含まれているが、結晶化の工程に先立って400〜500℃の熱処理の工程を行い水素を膜中から脱離させて含有水素量を5atom%以下としておくことが望ましい。また、非晶質シリコン膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。
【0098】
また、下地膜と非晶質半導体膜とは同じ成膜法で形成可能であるので、下地膜503と、半導体層を連続形成すると良い。それぞれの膜が形成された後、その表面が大気雰囲気に触れないことにより、その表面の汚染を防ぐことができる。その結果、TFTの特性バラツキを発生させる要因の一つをなくすことができた。
【0099】
非晶質半導体膜を結晶化する工程は、公知のレーザー結晶化技術または熱結晶化の技術を用いれば良い。また、触媒元素を用いた熱結晶化の技術により結晶質半導体膜を形成すると優れたTFT特性を得ることができる。
【0100】
こうして形成された結晶質半導体膜を、第1のフォトマスクを使用して、公知のパターニング法によりレジストマスクを形成し、ドライエッチング法により島状の半導体層504、505を形成した。
【0101】
次に、島状の半導体層504、505の表面に、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とするゲート絶縁膜506を形成する。また、ゲート絶縁膜506としてボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。ゲート絶縁膜506は、プラズマCVD法やスパッタ法で形成し、その厚さを10〜200nm、好ましくは50〜150nmとして形成すれば良い。
【0102】
そして、ゲート絶縁膜506の表面に第1の導電層507と、第3の導電層508とを形成した。第1の導電層507は、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を主成分とする導電性材料を用いる。そして、第1の導電層507の厚さは5〜50nm、好ましくは10〜25nmで形成すれば良い。
【0103】
ゲート絶縁膜506と第1の導電層507の厚さは重要であった。これは、後に実施される第1の不純物添加の工程において、n型を付与する不純物をゲート絶縁膜506と第1の導電層507を通過させて、半導体層504、505に添加するためであった。実際には、ゲート絶縁膜506と第1の導電層507の厚さを考慮して、第1の不純物添加の工程の条件が決定された。ここで、ゲート絶縁膜506や第1の導電層507の厚さが予め決められた値よりも10%以上変動すると、添加される不純物濃度が減少してしまうためであった。
【0104】
第3の導電層508はAlまたはCuを主成分とする導電性材料を用いる。例えば、Alを用いる場合には、Ti、Si、Scから選ばれた元素が0.1〜5atom% 添加されたAl合金を用いても良い。第3の導電層は100〜1000nm、好ましくは200〜400nmで形成すれば良い。これは、ゲート配線またはゲートバスラインの配線抵抗を下げるための配線材料として形成されるものである。(図9(A))
【0105】
本発明において、ゲート配線とは、ゲート絶縁膜506上に、ゲート電極と同じ材料から形成され、ゲート電極に接続する配線であり、ゲート電極に接続する構成においてゲートバスラインもゲート配線の一部であると見なす。
【0106】
次に第2のフォトマスクを使用してレジストマスクを形成し、第3の導電層の不要な部分を除去して、ゲートバスラインの一部を形成した(図9(B)の509)。第3の導電層がAlである場合、リン酸溶液によるウエットエッチング法により、下地にある第1の導電層と選択性良く除去することができた。
【0107】
そして、第3のフォトマスクにより、半導体層504と、半導体層505のチャネル形成領域を覆うレジストマスク510、511を形成した。このとき、配線を形成する領域にもレジストマスク512を形成しておいても良い。
【0108】
そして、n型を付与する第1の不純物元素を添加する工程を行った。結晶質半導体材料に対してn型を付与する不純物元素としては、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)などが知られているが、ここでは、リンを用い、フォスフィン(PH3 )を用いたイオンドープ法で行った。この工程では、ゲート絶縁膜506と第1の導電膜507を通してその下の半導体層にリンを添加するために、加速電圧は80keVと高めに設定した。半導体層に添加されるリンの濃度は、1×1016〜1×1019atoms/cm3 の範囲にするのが好ましく、ここでは1×1018atoms/cm3 とした。そして、半導体層にリンが添加された領域513、514が形成された。ここで形成されたリンが添加された領域の一部は、LDD領域として機能する第2の不純物領域とされるものである。( 図9(B))
【0109】
その後、レジストマスク510、511、512を除去して、第2の導電層515を前面に形成した。第2の導電層515は第1の導電層507と同じ材料で形成されても良く、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を主成分とする導電性材料を用いる。そして、第2の導電層515の厚さは100〜1000nm、好ましくは200〜500nmで形成しておけば良い。(図9(C))
【0110】
次に、第4のフォトマスクによりレジストマスク516、517、518、519を形成した。第4のフォトマスクは、pチャネル型TFTのゲート電極と、ゲート配線、ゲートバスラインを形成するためのものであった。nチャネル型TFTのゲート電極は後の工程で形成するため、第1の導電層522と第2の導電層523が半導体層505上で残るようにレジストマスク517を形成した。
【0111】
第1の導電層と第2の導電層はドライエッチング法により不要な部分を除去した。そして、ゲート電極520、521と、ゲート配線524、525と、ゲートバスライン526、527が形成された。
【0112】
ゲートバスラインは、第3の導電層509が第1の導電層526と第2の導電層527とで覆われたクラッド型の構造として形成された。第3の導電層はAlやCuを主成分とした低抵抗材料であり、配線抵抗を下げることができた。
【0113】
そして、レジストマスク516、517、518、519をそのまま残して、pチャネル型TFTが形成される半導体層504の一部に、p型を付与する第3の不純物元素を添加するの工程を行った。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)、ガリウム(Ga)等が知られているが、ここではボロン元素をその不純物元素として、ジボラン(B2 6 )を用いてイオンドープ法で添加した。ここでも加速電圧を80keVとして、2×1020atoms/cm3 の濃度にボロン元素を添加した。そして、図9(D)に示すようにボロン元素が高濃度に添加された第3の不純物領域552、553が形成された。
【0114】
図9(D)設けられたレジストマスクを除去した後、新たに第5のフォトマスクによりレジストマスク528、529、530を形成した。第5のフォトマスクはnチャネル型TFTのゲート電極を形成するためのものであり、ドライエッチング法によりゲート電極531、532が形成された。このときゲート電極531、532は第2の不純物領域513、514の一部と重なるように形成された。(図9(E))
【0115】
そして、レジストマスク528、529、530を完全に除去した後、レジストマスク533、534、535を形成した。レジストマスク534はnチャネル型TFTのゲート電極531、532と、第2の不純物領域の一部を覆う形で形成されるものであった。レジストマスク534は、LDD領域のオフセット量を決めるものであった。
【0116】
そして、n型を付与する第2の不純物元素を添加する工程を行った。そして、ソース領域となる第1の不純物領域537とドレイン領域となる第1の不純物領域536が形成された。ここでは、フォスフィンを用いたイオンドープ法で行った。この工程でも、ゲート絶縁膜506を通してその下の半導体層にリンを添加するために、加速電圧は80keVと高めに設定した。この領域のリンの濃度はn型を付与する第1の不純物元素を添加する工程と比較して高濃度であり、1×1019〜1×1021atoms/cm3 とするのが好ましく、ここでは1×1020atoms/cm3 とした。(図10(A))
【0117】
そして、ゲート絶縁膜506、ゲート電極520、521、531、532、ゲート配線524、525、ゲートバスライン526、527の表面に第1の層間絶縁膜538、550を形成した。第1の層間絶縁膜550は窒化酸化シリコンであり、50nmの厚さで形成された。また第1の層間絶縁膜538は酸化シリコン膜であり、950nmの厚さに形成された。また、第1の層間絶縁膜550としてボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止する構成としてもよい。
【0118】
ここで形成された窒化酸化シリコンから成る第1の層間絶縁膜550は次の熱処理の工程を行うために必要なものであった。これはゲート電極520、521、531、532、ゲート配線524、525、ゲートバスライン526、527の表面が酸化することを防ぐために効果的であった。
【0119】
熱処理の工程は、それぞれの濃度で添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を活性化するために行う必要があった。この工程は、電気加熱炉を用いた熱アニール法や、前述のエキシマレーザーを用いたレーザーアニール法や、ハロゲンランプを用いたラピットサーマルアニール法(RTA法)で行えば良い。しかし、レーザーアニール法は低い基板加熱温度で活性をすることができるが、ゲート電極の下にかくれる領域まで活性化させることは困難であった。従って、ここでは熱アニール法で活性化の工程を行った。加熱処理は、窒素雰囲気中において300〜700℃、好ましくは350〜550℃、ここでは450℃、2時間の処理を行った。
【0120】
第1の層間絶縁膜538、550はその後、第7のフォトマスクを用い、所定のレジストマスクを形成した後、エッチング処理によりそれぞれのTFTのソース領域と、ドレイン領域に達するコンタクトホールが形成された。そして、ソース電極539、540とドレイン電極541を形成した。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ti膜を100nm、Tiを含むAl膜300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の電極として用いた。
【0121】
以上の工程で、CMOS回路のnチャネル型TFTにはチャネル形成領域545、第1の不純物領域548、549、第2の不純物領域546、547が形成された。ここで、第2の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域(GOLD領域)536a、547aと、ゲート電極と重ならない領域(LDD領域)546b、547bがそれぞれ形成された。そして、第1の不純物領域548はソース領域として、第1の不純物領域549はドレイン領域となった。
【0122】
一方、pチャネル型TFTは、チャネル形成領域542、第3の不純物領域543、544が形成された。そして、第3の不純物領域543はソース領域として、第3の不純物領域544はドレイン領域となった。(図10(B))
【0123】
また、図10(C)はインバータ回路の上面図を示し、TFT部分のA−A' 断面構造、ゲート配線部分のB−B' 断面構造,ゲートバスライン部分のC−C' 断面構造は、図10(B)と対応している。本発明において、ゲート電極とゲート配線は、第1の導電層と第2の導電層とから形成され、ゲートバスラインは、第1の導電層と第2の導電層と第3の導電層とから形成されたクラッド構造を有している。
【0124】
図9と図10では、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを相補的組み合わせて成るCMOS回路を例にして示したが、nチャネル型TFTを用いたNMOS回路や、液晶表示装置の画素マトリクス回路に本願発明を適用することもできる。
【0125】
〔実施例5〕 本実施例では、実施例4において半導体層504、505として用いる結晶質半導体膜を、触媒元素を用いた熱結晶化法により形成する例を示す。触媒元素を用いる場合、特開平7−130652号公報、特開平8−78329号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【0126】
ここで、特開平7−130652号公報に開示されている技術を本願発明に適用する場合の例を図11に示す。まず基板601に下地膜602を設け、その上に非晶質シリコン膜(アモルファスシリコンとも呼ぶ)603を形成した。本実施例では、下地膜602の上層として酸化シリコン膜を用い、下層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止した。なお、膜剥がれが生じないなら窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )に接して非晶質シリコン膜を形成してもよい。さらに、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布してニッケル含有層604を形成した。(図11(A))
【0127】
次に、500℃、1時間の脱水素工程の後、500〜650℃で4〜24時間(本実施例では550℃、14時間)の熱処理を行い、結晶質シリコン膜605を形成した。こうして得られた結晶質シリコン膜(ポリシリコンとも呼ぶ)605は非常に優れた結晶性を有した。(図11(B))
【0128】
また、特開平8−78329号公報で開示された技術は、触媒元素を選択的に添加することによって、非晶質半導体膜の選択的な結晶化を可能としたものである。同技術を本願発明に適用した場合について、図12で説明する。
【0129】
まず、ガラス基板701に下地膜702を設け、その上に非晶質シリコン膜703、酸化シリコン膜704を連続的に形成した。下地膜702の上層として酸化シリコン膜を用い、下層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止した。なお、膜剥がれが生じないなら窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )に接して非晶質シリコン膜を形成してもよい。
【0130】
次に酸化シリコン膜704をパターニングして、選択的に開孔部705を形成し、その後、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した。これにより、ニッケル含有層706が形成され、ニッケル含有層706は開孔部705の底部のみで非晶質シリコン膜702と接触した。(図12(A))
【0131】
次に、500〜650℃で4〜24時間(本実施例では580℃、14時間)の熱処理を行い、結晶質シリコン膜707を形成した。この結晶化の過程では、ニッケルが接した非晶質シリコン膜の部分が最初に結晶化し、そこから横方向へと結晶化が進行する。こうして形成された結晶質シリコン膜707は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っているという利点がある。
【0132】
尚、上記2つの技術において使用可能な触媒元素は、ニッケル(Ni)の以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、といった元素を用いても良い。
【0133】
以上のような技術を用いて結晶質半導体膜(結晶質シリコン膜や結晶質シリコンゲルマニウム膜などを含む)を形成し、パターニングを行えば、TFTの半導体層を形成することができる。本実施例の技術を用いて、結晶質半導体膜から作製されたTFTは、優れた特性が得られるが、そのため高い信頼性を要求されていた。しかしながら、本願発明の絶縁膜およびTFT構造を採用することで、本実施例の技術を最大限に生かしたTFTを作製することが可能となった。
【0134】
[実施例6] 本実施例は、実施例4で用いられる半導体層504、505を形成する方法として、実施例5のように非晶質半導体膜を初期膜として前記触媒元素を用いて結晶質半導体膜を形成した後で、その触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った例を示す。本実施例ではその方法として、特開平10−135468号公報または特開平10−135469号公報に記載された技術を用いた。
【0135】
同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にリンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3 以下、好ましくは1×1016atoms/cm3 にまで低減することができる。
【0136】
本実施例の構成について図13を用いて説明する。ここではコーニング社の1737基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。図13(A)では、実施例2で示した結晶化の技術を用いて、下地膜802、結晶質シリコン膜803が形成された状態を示している。本実施例では、下地膜802の上層として窒化酸化シリコン膜を用い、下層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止した。なお、膜剥がれが生じないなら窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )に接して非晶質シリコン膜を形成してもよい。そして、結晶質シリコン膜803の表面にマスク用の酸化シリコン膜804が150nmの厚さに形成され、パターニングにより開孔部が設けられ、結晶質シリコン膜を露出させた領域を設けてある。そして、リンを添加する工程を実施して、結晶質シリコン膜にリンが添加された領域805が設けられた。
【0137】
この状態で、窒素雰囲気中で550〜800℃、5〜24時間(本実施例では600℃、12時間)の熱処理を行うと、結晶質シリコン膜にリンが添加された領域805がゲッタリングサイトとして働き、結晶質シリコン膜803に残存していた触媒元素はリンが添加された領域805に移動させることができた。
【0138】
そして、マスク用の酸化シリコン膜804と、リンが添加された領域805とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3 以下にまで低減された結晶質シリコン膜を得ることができた。この結晶質シリコン膜はそのまま実施例4で示した本願発明のTFTの半導体層として使用することができた。
【0139】
[実施例7] 本実施例では、実施例4で示した本願発明のTFTを作製する工程において、半導体層504、505とゲート絶縁膜506を形成する他の実施形態を示す。
【0140】
ここでは、少なくとも700〜1100℃程度の耐熱性を有する基板が必要であり、石英基板900が用いられた。下地膜901の上層として酸化シリコン膜を用い、下層として、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を用いて半導体装置の熱による特性劣化を防止した。なお、膜剥がれが生じないなら窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )に接して非晶質シリコン膜を形成してもよい。そして実施例5で示した技術を用い、結晶質半導体膜が形成され、これをTFTの活性層にするために、島状にパターニングして半導体層902、903を形成した。そして、半導体層902、903を覆って、ゲート絶縁膜904を、酸化珪素を主成分とする膜で形成した。本実施例では、プラズマCVD法で窒化酸化シリコン膜を70nmの厚さで形成した。(図14(A))
【0141】
そして、ハロゲン(代表的には塩素)と酸素を含む雰囲気中で熱処理を行った。本実施例では、950℃、30分とした。尚、処理温度は700〜1100℃の範囲で選択すれば良く、処理時間も10分から8時間の間で選択すれば良かった。(図14(B))
【0142】
その結果、本実施例の条件では、半導体層902、903とゲート絶縁膜904との界面で熱酸化膜が形成され、ゲート絶縁膜907が形成された。
【0143】
以上の工程で作製されたゲート絶縁膜907は、絶縁耐圧が高く半導体層905、906とゲート絶縁膜907の界面は非常に良好なものであった。以降の工程は実施例4に従えばTFTを作製できる。
【0144】
勿論、本実施例に実施例5や実施例6を組み合わせることは実施者が適宜決定すれば良い。
【0145】
[実施例8] 本実施例では、実施例4と異なる工程で結晶質シリコン膜を作製する例を示す。具体的には実施例5で示したリンによるゲッタリング工程とは異なるゲッタリング工程について説明する。なお、基本的な工程は図9または図10に従うものであるので、相違点のみに着目して説明する。
【0146】
まず、実施例5の工程に従って図15(A)の状態を得た。ただし、TFTの活性層となる結晶質シリコン膜1005の形成には実施例5に示した熱結晶化技術を用いている。
【0147】
次いで、基板1001ごと300℃に加熱した液相中(本実施例では硫酸溶液中)に浸し、結晶化に用いたニッケルを除去または低減する。本実施例では活性層をパターニングする前にゲッタリングを行うが、活性層をパターニングした後に行っても良い。また、硫酸と接触させる他の手段として、加熱した硫酸溶液を基板上に均一に滴下する方法を用いてもよい。
【0148】
本工程において、加熱した硫酸中でニッケルは溶解して溶け出し、表面近傍から容易に除去される。すると内部のニッケルは濃度の低い表面近傍に拡散してきてさらに多くのニッケルが溶けだす。この現象を繰り返して、結晶化に用いたニッケルを結晶質シリコン膜から除去または低減する。このようにして、液相による触媒元素の低減処理を行うことで、結晶質シリコン膜1106中の触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3 以下、好ましくは1×1016atoms/cm3 にまで低減することができる。(図15(B))
【0149】
なお、硫酸溶液と結晶質半導体膜との接触性を高めるために、予め結晶質半導体膜の表面の自然酸化膜等をフッ酸を含むエッチャント等により除去して清浄化することが望ましい。こうすることでゲッタリング効率を高めることができる。
【0150】
また、本実施例ではニッケルを例にとって説明しているが、前述した他の触媒元素でも同様の現象によってゲッタリングされる。
【0151】
以上の工程を経て得られた結晶質シリコン膜1006を用いて、実施例5で説明したプロセスを用いれば、図10に示したTFTが得られる。
【0152】
なお、本実施例の構成は実施例4〜実施例7のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0153】
[実施例9] 実施例1では、膜中にボロン元素を0.1〜50atoms %含有し、高い熱伝導性を有する絶縁膜(SiNX Y Z )をボトムゲート型TFTのゲート絶縁膜の一層として用いた例を示したが、本実施例では、本発明のボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を順スタガ型TFTに利用する絶縁膜に適用した例を図16に示す。
【0154】
図16に典型的な順スタガ型TFTを示した。まず、下地膜1100が設けられた基板上にソース層及びドレイン層を形成する。次いで、ソース層及びドレイン層を覆う非晶質シリコン膜を成膜し、レーザー光により結晶化させて半導体層1101を形成する。その後、絶縁膜を形成し、ゲート電極及び配線電極を形成して、順スタガ型TFTを形成した。本実施例において、下地膜1100または絶縁膜1102にボロン元素を含む窒化酸化シリコン(SiNX Y Z )を適用した。
【0155】
このように、本発明はTFT構造に関係なく適用することができる。
【0156】
[実施例10] 本実施例では、本願発明によって作製された液晶表示装置の例を図17に示す。画素TFT(画素スイッチング素子)の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【0157】
図17は、本実施例のアクティブマトリクス型液晶パネルの概略図である。図17に示すようにアクティブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板はガラス基板1200上に形成された画素マトリクス回路1201、走査線駆動回路1202、信号線駆動回路1203を有する。
【0158】
走査線駆動回路1202、信号線駆動回路1203はそれぞれ走査線1230、信号線1240によって画素マトリクス回路1201に接続されている。これら駆動回路1202、1203はCMOS回路で主に構成されている。
【0159】
画素マトリクス回路1201の行ごとに走査線1230が形成され、列ごとに信号線1240が形成されている。走査線1230、信号線1240の交差部近傍には、画素TFT1210が形成されている。画素TFT1210のゲート電極は走査線1230に接続され、ソースは信号線1240に接続されている。更に、ドレインには画素電極1260、保持容量1270が接続されている。
【0160】
対向基板1280はガラス基板全面にITO膜等の透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画素マトリクス回路1201の画素電極1260に対する対向電極であり、画素電極、対向電極間に形成された電界によって液晶材料が駆動される。対向基板1280には必要であれば配向膜や、ブラックマトリクスや、カラーフィルタが形成されている。
【0161】
アクティブマトリクス基板側のガラス基板にはFPC1231を取り付ける面を利用してICチップ1232、1233が取り付けられている。これらのICチップ1232、1233はビデオ信号の処理回路、タイミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路などの回路をシリコン基板上に形成して構成される。
【0162】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発明を適用することも可能であることは言うまでもない。
【0163】
また、本願発明を用いて作製できる液晶表示装置は透過型か反射型かは問わない。どちらを選択するのも実施者の自由である。この様に本願発明はあらゆるアクティブマトリクス型の電気光学装置(半導体装置)に対して適用することが可能である。
【0164】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例9のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【0165】
〔実施例11〕 本願発明は従来のIC技術全般に適用することが可能である。
即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドライバー回路(D/Aコンバータ、γ補正回路、信号分割回路等)に代表される信号処理回路や携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に適用しても良い。
【0166】
さらに、従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上に本願発明を用いて半導体回路を作製したような三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。このように本願発明は現在LSIが用いられている全ての半導体装置に適用することが可能である。即ち、SIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI構造(単結晶半導体薄膜を用いたTFT構造)に本願発明を適用してもよい。
【0167】
また、マイクロプロセッサ等の半導体回路は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コンピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体装置に対しても適用可能である。
【0168】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例9のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【0169】
〔実施例12〕
実施例1では、TFTの活性層として結晶質珪素膜を用いた例を示したが、本実施例では、活性層として非晶質珪素膜を用いた例を示す。
【0170】
本発明のボロンを含む絶縁膜は、活性層として結晶質珪素膜を用いたポリシリコンTFTよりもむしろ、活性層として非晶質珪素膜を用いたアモルファスシリコンTFTに適している。
【0171】
実施例1に従って、基板上にゲート電極を形成した。
【0172】
次いで、ゲート電極を覆ってゲート絶縁膜と非晶質珪素膜を連続的に成膜する。アモルファスシリコンTFTの場合は、上記実施例1と同様にゲート絶縁膜を多層にしてもよいが、アモルファスシリコンからなる活性層にボロンが混入しても活性化せず導電型に影響しないため、本実施例ではボロンを添加した窒化酸化珪素膜と非晶質珪素膜を同一チャンバーで連続的に成膜した。酸素を含んでいるため、ボロンを添加した窒化酸化珪素膜の内部応力は、代表的には−5×1010dyn/cm2 〜5×1010dyn/cm2 、好ましくは−1010dyn/cm2 〜1010dyn/cm2 となり、非晶質珪素膜との密着性において好ましい応力範囲である。
【0173】
次いで、実施例1と同様にして非晶質半導体膜上にチャネル形成領域を保護する絶縁膜(後にチャネル保護膜となる)を形成した。なお、この絶縁膜も非晶質珪素膜と連続的に成膜してもよい。
【0174】
以降の工程は実施例1に従いボトムゲート型TFTを完成させた。
【0175】
本実施例では、ボロンを含む窒化酸化珪素膜をボトムゲート型TFTのゲート絶縁膜の一層として用いた例を示したが、絶縁膜であれば特に限定されず、例えば、下地膜、層間絶縁膜、マスク絶縁膜、チャネル保護膜、保護膜等に用いることができる。
【0176】
例えば、ゲート絶縁膜としてボロンを含む窒化酸化珪素膜を用い、チャネル保護膜としてボロンを含む窒化酸化珪素膜を用いてチャネル形成領域をボロンを含む窒化珪素膜で挟む構成とすると、さらに効果的に放熱効果が得られる。また、ゲート絶縁膜としてボロンを含む窒化珪素膜を用い、チャネル保護膜としてボロンを含む窒化酸化珪素膜を用いてもよい。また、ゲート絶縁膜として窒化珪素膜を用い、チャネル保護膜としてボロンを含む窒化酸化珪素膜を用いてもよい。
【0177】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例3のどの構成を採用しても良いし、各実施例10、11と自由に組み合わせて用いることが可能である。
【0178】
〔実施例13〕
本実施例では、本願発明を用いてEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置を作製した例について説明する。
【0179】
図21(A)は本願発明を用いたEL表示装置の上面図である。図21(A)において、10は基板、11は画素部、12はソース側駆動回路、13はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線14〜16を経てFPC17に至り、外部機器へと接続される。
【0180】
このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材(ハウジング材ともいう)18を設ける。なお、シーリング材18は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。シーリング材18として素子部を囲めるような凹部を持つ金属板を用いた場合、接着剤19によって基板10に固着させ、基板10との間に密閉空間を形成する。このとき、EL素子は完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。
【0181】
さらに、シーリング材18と基板10との間の空隙20には不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素等)を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けておくことが望ましい。これによりEL素子の水分等による劣化を抑制することが可能である。
【0182】
また、図21(B)は本実施例のEL表示装置の断面構造であり、基板10、下地膜21の上に駆動回路用TFT(但し、ここではnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを組み合わせたCMOS回路を図示している。)22及び画素部用TFT23(但し、ここではEL素子への電流を制御するTFTだけ図示している。)が形成されている。
【0183】
本願発明は、駆動回路用TFT22及び画素部用TFT23の絶縁層の形成に際して用いることができる。また、絶縁層の形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば良い。駆動用TFT22としては、図7に示したNTFT及びPTFTを用いればよい。また、画素部用TFT23には図8に示したNTFTまたはPTFTを用いればよい。
【0184】
本願発明を用いて絶縁層を形成し、それをゲート絶縁膜とする駆動回路用TFT22、画素部用TFT23が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化膜)26の上に画素部用TFT23のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極27を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物(ITOと呼ばれる)または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極27を形成したら、絶縁膜28を形成し、画素電極27上に開口部を形成する。
【0185】
次に、EL層29を形成する。EL層29は公知のEL材料(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層)を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、EL材料には低分子系材料と高分子系(ポリマー系)材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【0186】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりEL層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層(赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層)を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層(CCM)とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。
勿論、単色発光のEL表示装置とすることもできる。
【0187】
EL層29を形成したら、その上に陰極30を形成する。陰極30とEL層29の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でEL層29と陰極30を連続成膜するか、EL層29を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極30を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【0188】
なお、本実施例では陰極30として、LiF(フッ化リチウム)膜とAl(アルミニウム)膜の積層構造を用いる。具体的にはEL層29上に蒸着法で1nm厚のLiF(フッ化リチウム)膜を形成し、その上に300nm厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるMgAg電極を用いても良い。そして陰極30は31で示される領域において配線16に接続される。配線16は陰極30に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料32を介してFPC17に接続される。
【0189】
31に示された領域において陰極30と配線16とを電気的に接続するために、層間絶縁膜26及び絶縁膜28にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜26のエッチング時(画素電極用コンタクトホールの形成時)や絶縁膜28のエッチング時(EL層形成前の開口部の形成時)に形成しておけば良い。また、絶縁膜28をエッチングする際に、層間絶縁膜26まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜26と絶縁膜28が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【0190】
また、配線16はシーリング材18と基板10との間を隙間(但し接着剤19で塞がれている。)を通ってFPC17に電気的に接続される。なお、ここでは配線16について説明したが、他の配線14、15も同様にしてシーリング材18の下を通ってFPC17に電気的に接続される。
【0191】
以上のような構成でなるEL表示装置において、本願発明を用いることができる。本願発明を用いることで、TFTの電気特性の向上ができる。そのため、表示された画質を良好なものとすることができる。
【0192】
〔実施例14〕 本願発明を実施して形成されたCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ELディスプレイ、アクティブマトリクス型ECディスプレイ)に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【0193】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図18、図19及び図20に示す。
【0194】
図18(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を画像入力部2002、表示部2003やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0195】
図18(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0196】
図18(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205やその他の信号制御回路に適用できる。
【0197】
図18(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0198】
図18(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
本発明は表示部2402やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0199】
図18(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本願発明を表示部2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0200】
図19(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0201】
図19(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0202】
なお、図19(C)は、図19(A)及び図19(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図19(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0203】
また、図19(D)は、図19(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図19(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0204】
ただし、図19に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びEL表示装置での適用例は図示していない。
【0205】
図20(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906等を含む。本願発明を音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0206】
図20(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003やその他の信号回路に適用することができる。
【0207】
図20(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0208】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0209】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例9のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。また、実施例10、11に示した電気光学装置や半導体回路をその様に組み合わせて用いても良い。
【0210】
【発明の効果】
以上のように、本発明の窒化珪素を主成分とする膜(SiNX Y Z )は、ボロン元素を0.1〜50atoms %または1〜50atoms %、望ましくは0.1〜10atoms %含有しているため高い熱伝導性を有しており、半導体装置の熱による特性劣化を防止する効果を有している。さらに、本発明の窒化珪素を主成分とする膜はナトリウム等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するので、基板等からこれらのイオンが半導体装置中、特にチャネル形成領域に侵入することを防止する効果も有している。加えて、本発明の窒化珪素を主成分とする膜(SiNX Y Z )は、酸素を1〜30atoms %含んでいるため、内部応力は、代表的には−5×1010dyn/cm2 〜5×1010dyn/cm2 、好ましくは−1010dyn/cm2 〜1010dyn/cm2 となり、従来の窒化シリコン膜(SiN)と比較して高い密着性(結晶質半導体膜とSiNX Y Z 膜との密着性、または非晶質半導体膜とSiNX Y Z 膜との密着性)を有し、膜剥がれが生じにくい。
【0211】
本発明を用いることで、TFTで作製されたCMOS回路を含む半導体装置、また、具体的には液晶表示装置の画素マトリクス回路や、その周辺に設けられる駆動回路の信頼性を高めることができた。延いては、TFTを回路に含む半導体回路や上記液晶表示装置を部品として組み込んだ電子機器の信頼性も向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のTFTの作製工程の説明図である。
【図2】 実施例1のTFTの作製工程の説明図である。
【図3】 実施例1のTFTの作製工程の説明図である。
【図4】 実施例2のTFTの作製工程の説明図である。
【図5】 実施例2のTFTの作製工程の説明図である。
【図6】 実施例2のTFTの作製工程の説明図である。
【図7】 実施例3のCMOS回路の上面図及び断面図の説明図である。
【図8】 実施例3の画素マトリクス回路の上面図及び断面図の説明図である。
【図9】 実施例4のTFTの作製工程の説明図である。
【図10】 実施例4のTFTの作製工程の説明図及び上面図である。
【図11】 実施例5の結晶化工程の説明図であり、基板断面図である。
【図12】 実施例5の結晶化工程の説明図であり、基板断面図である。
【図13】 実施例6のゲッタリング工程の説明図であり、基板断面図である。
【図14】 実施例7のゲッタリング工程の説明図であり、基板断面図である。
【図15】 実施例8のゲッタリング工程の説明図であり、基板断面図である。
【図16】 実施例9の説明図であり、基板断面図である。
【図17】 アクティブマトリクス基板の構成を示す図である。
【図18】 電子機器の説明図である。
【図19】 電子機器の説明図である。
【図20】 電子機器の説明図である。
【図21】 EL表示装置の説明図である。
【図22】 アモルファスシリコンを用いたボトムゲート型TFTの構造を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline semiconductor film formed by crystallizing an amorphous semiconductor thin film, and more particularly to a method for improving the reliability of a semiconductor device. The semiconductor device of the present invention includes not only an element such as a thin film transistor (TFT) and a MOS transistor, but also an electro-optical device such as a display device or an image sensor having a semiconductor circuit composed of these insulated gate transistors. Is included. In addition, the semiconductor device of the present invention includes an electronic apparatus in which these display device and electro-optical device are mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technique for forming a semiconductor circuit by forming a TFT on a glass substrate or the like has been rapidly advanced. As such a semiconductor circuit, an electro-optical device such as an active matrix liquid crystal display device is typical.
[0003]
An active matrix liquid crystal display device is a monolithic display device in which a pixel matrix circuit and a driver circuit are provided on the same substrate. Furthermore, the development of a system-on-panel that incorporates logic circuits such as a memory circuit and a clock generation circuit is underway.
[0004]
Since driver circuits and logic circuits of active matrix liquid crystal display devices need to operate at high speed, it is inappropriate to use an amorphous silicon film (amorphous silicon film) as an active layer. Therefore, TFTs using a crystalline silicon film (polysilicon film) as an active layer are becoming mainstream at present.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since TFT can be formed on a transparent glass substrate, application development to an active matrix display device has been actively promoted. Since a TFT using a polysilicon film has high mobility, it is possible to realize high-definition image display by integrating functional circuits on the same substrate.
[0006]
As the resolution of the screen of the active matrix display device becomes higher, 1 million TFTs are required for the pixels alone. If a functional circuit is further added, a larger number of TFTs are required, and in order to stably operate the liquid crystal display device, it is necessary to ensure the reliability of individual TFTs and to operate them stably.
[0007]
In such an active matrix display device, in particular, when a TFT is provided on a substrate (eg, a glass substrate) having poor thermal conductivity and good heat retention, a large voltage and current are applied to the TFT of the peripheral drive circuit. For this reason, the semiconductor layer generates heat and the reliability of the TFT is significantly reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique for quickly diffusing heat generated when driving a TFT provided on an insulating surface and soaking the entire semiconductor device. The task is to do.
[0009]
In addition, when a thin film formed by CVD, sputtering, or the like is stacked to form a TFT, if films with different internal stress levels are stacked, the interaction of the internal stress of each film Film peeling occurred. An object of the present invention is to provide a technique for solving this problem of internal stress.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention can form an insulating film (SiN) having excellent thermal conductivity by using a sputtering method which can be formed at a low temperature and has excellent productivity. X B Y O Z : However, X, Y, and Z are the values showing a composition ratio, Comprising: X> 0, Y> 0, Z> 0. ) As an insulating film of a semiconductor element or a semiconductor device. Insulating film of the present invention (SiN X B Y O Z ) Has a high thermal conductivity because it contains 0.1 to 50 atoms% or 1 to 50 atoms%, preferably 0.1 to 10 atoms% of boron element, and prevents deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. Has the effect of Furthermore, the insulating film of the present invention (SiN X B Y O Z ) Has a blocking effect on mobile ions such as sodium, and therefore has an effect of preventing these ions from entering the semiconductor device, particularly the channel formation region, from the substrate or the like. In addition, the insulating film of the present invention (SiN X B Y O Z ) Contains 1 to 30 atoms% of oxygen, so that the internal stress of the film is typically −5 × 10 Ten dyn / cm 2 ~ 5x10 Ten dyn / cm 2 , Preferably -10 Ten dyn / cm 2 -10 Ten dyn / cm 2 It is possible to reduce the stress between the films and to prevent film peeling and the like.
[0011]
The configuration of the present invention disclosed in this specification is as follows.
A gate electrode formed on an insulating surface;
A gate insulating film on the gate electrode;
In a semiconductor device having a source region, a drain region, and a channel formation region formed between the source region and the drain region in contact with the gate insulating film,
The gate insulating film includes a silicon nitride oxide film containing a boron element.
[0012]
In addition, other configurations of the present invention are as follows:
A source region, a drain region, and a channel formation region formed between the source region and the drain region in contact with the insulating surface;
A gate insulating film on the channel formation region;
In a semiconductor device having a gate electrode in contact with the gate insulating film,
The gate insulating film includes a silicon nitride oxide film containing a boron element.
[0013]
In addition, other configurations of the present invention are as follows:
In a semiconductor device comprising an insulating film formed on an insulating surface and a semiconductor element formed on the insulating film,
The semiconductor device is characterized in that the insulating film is a silicon nitride oxide film containing a boron element.
[0014]
In addition, other configurations of the present invention are as follows:
In a semiconductor device comprising a semiconductor element formed on an insulating surface and an insulating film protecting the semiconductor element,
The semiconductor device is characterized in that the insulating film is a silicon nitride oxide film containing a boron element.
[0015]
In addition, the configuration of the present invention relating to a manufacturing method for carrying out the present invention is as follows:
A method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a silicon nitride oxide film by performing sputtering using a semiconductor target to which a boron element is added in an atmosphere containing nitrogen oxide gas.
[0016]
In the above structure, the nitrogen oxide gas is one or more of monoxide monoxide gas, nitrous oxide gas, nitrogen dioxide gas, and nitrogen trioxide gas, or these gases may be inert gas, The gas is diluted with oxygen gas.
[0017]
In addition, other configurations of the present invention related to the manufacturing method are as follows:
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: performing sputtering using a semiconductor target in an atmosphere including a gas containing a boron element and a nitrogen oxide gas to form a silicon nitride oxide film containing a boron element. is there.
[0018]
In the above structure, the nitrogen oxide gas refers to one or more of monoxide monoxide gas, nitrous oxide gas, nitrogen dioxide gas, and nitrogen trioxide gas, or these gases as an inert gas or an oxygen gas. It is characterized by being diluted with gas.
[0019]
In the above structure, the sputtering is performed by changing the content ratio of the boron element in the atmosphere continuously or stepwise.
[0020]
In addition, other configurations of the present invention related to the manufacturing method are as follows:
Forming a gate electrode on the insulating surface;
Forming a gate insulating film made of a silicon nitride oxide film containing a boron element on the gate electrode;
Forming a semiconductor thin film over the gate insulating film.
[0021]
In addition, other configurations of the present invention related to the manufacturing method are as follows:
Forming a semiconductor thin film on an insulating surface;
Forming a gate insulating film made of a silicon nitride oxide film containing boron element on the semiconductor thin film;
Forming a gate electrode over the gate insulating film.
[0022]
[Embodiments of the Invention]
This embodiment will be described with reference to FIG. Here, an insulating film (SiN) formed by sputtering is used. X B Y O Z A bottom gate type TFT provided with a gate insulating film made of) and a manufacturing method thereof will be described.
[0023]
First, the substrate 101 is prepared. As the substrate 101, a glass substrate, a quartz substrate, an insulating substrate such as crystalline glass, a ceramic substrate, a semiconductor substrate, a plastic substrate (polyethylene terephthalate substrate), or the like can be used.
[0024]
Next, a conductive film made of a conductive material formed using a sputtering method over the substrate 101 is patterned to form a gate wiring (including a gate electrode) 102. As a material of the gate wiring 102, a conductive material or a material mainly composed of a semiconductor material, for example, a metal material such as Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ti (titanium), W (tungsten), or chromium (Cr) A material layer mainly composed of silicide, which is a compound of these metal materials and silicon, N-type or P-type conductive polysilicon, low-resistance metal material Cu (copper), Al (aluminum), etc. As long as the structure has at least one layer, it can be used without any particular limitation.
[0025]
Next, a silicon nitride oxide film (SiN) is formed over the substrate 101 and the gate electrode 102. X B Y O Z ) 103a is formed by sputtering.
[0026]
The sputtering apparatus used in the practice of the present invention basically includes a chamber, an exhaust system that evacuates the chamber, a gas introduction system that introduces sputtering gas into the chamber, an electrode system that includes a target and an RF electrode. And a sputtering power source connected to the electrode system. Note that nitrogen oxide gas is used as a sputtering gas. This nitrogen oxide gas is one or a plurality of nitrogen monoxide gas, dinitrogen monoxide gas, nitrogen dioxide gas, and nitrogen trioxide gas, or an inert gas (Ar, He, Ne, N 2 ), Oxygen gas and ammonia (NH Three ) Gas diluted with). The sputtering conditions (sputtering gas, gas flow rate, deposition pressure, substrate temperature, deposition power, etc.) are as follows: target size, substrate size, silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ), Silicon nitride oxide film (SiN) X B Y O Z The practitioner may determine as appropriate in consideration of the film quality and the like. It is also possible to use DC power instead of RF power.
[0027]
In the present invention, this silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) 103a forming method is one of the features, and there are two forming methods as shown below.
[0028]
The first formation method of the present invention is a sputtering method using a target obtained by adding a boron element to single crystal silicon in an atmosphere containing the nitrogen oxide gas. In the present invention, boron element is preferably 1 × 10 6. 17 cm -3 A single crystal or polycrystalline semiconductor target added as described above is used. Also, by changing the boron element content of this target, a silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z The composition ratio of the boron element can be changed. Further, by using a plurality of targets simultaneously, for example, a target added with boron element and a target added with an impurity imparting another conductivity type (eg, gallium (Ga)), the composition ratio is further complicated. An insulating film can be obtained.
[0029]
The second forming method of the present invention is a gas containing nitrogen oxide gas and boron element (for example, diborane: B 2 H 6 ) In an atmosphere including a single-crystal silicon target. In addition, by changing the amount of gas containing boron element, an insulating film containing silicon nitride oxide as a main component (SiN X B Y O Z ) Can be changed. Alternatively, the boron element content ratio in the atmosphere may be changed continuously or stepwise so as to have a boron element concentration gradient in the film.
[0030]
By using the first formation method or the second formation method, the thermal conductivity can be improved by adding 0.1 to 50 atom% or 1 to 50 atom%, preferably 0.1 to 10 atom% of boron element in the film. A silicon nitride oxide film (SiN) having improved adhesion by containing 1 to 30 atoms% of oxygen in the film. X B Y O Z 103a can be formed. This silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) 103a has a higher thermal conductivity than the conventional silicon nitride film (SiN) because it contains boron element. This silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) 103a contains 1 to 30 atoms% of oxygen, and therefore has higher adhesion than a conventional silicon nitride film (SiN), and film peeling does not easily occur. This silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) The internal stress of 103a is typically −5 × 10 Ten dyn / cm 2 ~ 5x10 Ten dyn / cm 2 , Preferably -10 Ten dyn / cm 2 -10 Ten dyn / cm 2 (Value in stress measurement by Model-30114 manufactured by Ionic System) is preferable. Of course, this silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z Needless to say, it has sufficient insulating properties. In particular, a silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) Is in contact with the gate electrode, it is easy to quickly diffuse the heat generated when the TFT is driven, so that the temperature of the entire semiconductor device can be effectively equalized.
[0031]
Next, the insulating film 103b and the amorphous semiconductor film 104 were sequentially stacked without being exposed to the atmosphere. (FIG. 1 (B)) By doing so, contamination of the interface can be prevented. Here, a two-layer insulating film of the insulating film 103a and the insulating film 103b is employed as the gate insulating film, but a single-layer structure or a stacked structure including three or more layers may be used.
[0032]
As the amorphous semiconductor film 104, an amorphous semiconductor film containing silicon, for example, an amorphous silicon film, an amorphous semiconductor film having microcrystals, a microcrystalline silicon film, an amorphous germanium film, or a Six Ge film is used. 1 An amorphous silicon germanium film represented by -x (0 <X <1) or a laminated film thereof can be used in a film thickness range of 10 to 80 nm, more preferably 15 to 60 nm. As a method for forming the insulating film 103b and the amorphous semiconductor film 104, a formation method such as a thermal CVD method, a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a vapor deposition method, or a sputtering method can be used.
[0033]
Next, the amorphous semiconductor film 104 is crystallized to form a crystalline semiconductor film 105. (FIG. 1C) As the crystallization treatment, any known means, for example, thermal crystallization treatment, crystallization treatment by irradiation with infrared light or ultraviolet light (hereinafter referred to as laser crystallization), a catalytic element was used. A thermal crystallization treatment or the like, or a combination of these crystallization treatments can be used.
[0034]
Using the crystalline semiconductor film 105 thus obtained as an active layer, a bottom gate type TFT is manufactured. Note that although the crystalline semiconductor film 105 is used as an active layer here, a bottom-gate TFT may be manufactured using an amorphous semiconductor film as an active layer without performing crystallization. Further, since the subsequent steps may be manufactured according to a known manufacturing method, detailed description thereof is omitted.
[0035]
Here, an insulating film (SiN) containing 0.1 to 50 atoms% or 1 to 50 atoms%, preferably 0.1 to 10 atoms% of boron element and 1 to 30 atoms% of oxygen in the film. X B Y O Z ) Is used as a gate insulating film of a bottom gate type TFT, but it is not particularly limited as long as it is an insulating film. For example, a base film, an interlayer insulating film, a mask insulating film, a channel protective film, a protective film Etc. can be used. In addition, it can be used for an insulating film used for a top gate TFT, for example, a base film, a gate insulating film, a mask insulating film, an interlayer insulating film, a protective film, and the like. Further, the present invention can be applied to an insulating film used for a forward staggered TFT. Thus, the present invention can be applied regardless of the TFT structure.
[0036]
Thus, a silicon nitride oxide film (SiN) containing 0.1 to 50 atoms% or 1 to 50 atoms%, preferably 0.1 to 10 atoms% of boron element and 1 to 30 atoms% of oxygen in the film. X B Y O Z ) As an insulating film can quickly diffuse the heat generated when driving the TFT, so that the temperature of the entire semiconductor device can be equalized, so that it has higher reliability than conventional devices. be able to.
[0037]
Of course, a silicon nitride oxide film (SiN) having improved adhesion by containing 1 to 30 atoms% of oxygen in the film. 1 -x Ox (0 <X <1): where X is a value representing the composition ratio. ) Can also be used for insulating films used in TFTs.
[0038]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but it is needless to say that the present invention is not particularly limited to these examples.
[0039]
Example 1 Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0040]
First, a glass substrate (Corning 1737; strain point 667 ° C.) was prepared as the substrate 101. Next, a gate wiring (including a gate electrode) 102 having a stacked structure (not shown for simplification) was formed over the substrate 101. In this embodiment, a tantalum nitride film (film thickness: 50 nm) and a tantalum film (film thickness: 250 nm) are stacked by sputtering, and a gate wiring (having a stacked structure using a photolithography method, which is a known patterning technique). 102 (including the gate electrode) was formed.
[0041]
Next, a silicon nitride oxide film (SiN) containing a boron element having a film thickness range of 1 to 1000 nm, preferably 10 to 100 nm, is formed by sputtering. X B Y O Z ) 103a. (FIG. 1A) In this embodiment, sputtering is performed using a single crystal silicon target to which a boron element is added in an atmosphere containing nitrogen oxide gas (here, dinitrogen monoxide gas). 50 nm silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) Was formed. Nitric oxide gas and diborane (B 2 H 6 ) Using a sputtering method using a target made of single crystal silicon. X B Y O Z ) May be formed. Thus obtained silicon nitride oxide film (SiN X B Y O Z ) Has a high thermal conductivity since it contains 0.1 to 50 atoms% of boron element, and has an effect of preventing characteristic deterioration due to heat of the semiconductor device. Furthermore, since this silicon nitride oxide film has a blocking effect on mobile ions such as sodium, it also has an effect of preventing these ions from entering the channel formation region in the semiconductor device from the substrate or the like. .
[0042]
Next, the insulating film 103b and the amorphous semiconductor film 104 were sequentially stacked without being exposed to the atmosphere. (FIG. 1B) In this embodiment, a silicon oxide film 103b (thickness: 125 nm) is stacked by a plasma CVD method to form a gate insulating film having a stacked structure. In this embodiment, a two-layer insulating film is used as the gate insulating film, but a single layer or a laminated structure of three or more layers may be used. In this embodiment, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) having a thickness of 54 nm is formed as the amorphous semiconductor film 104 on the gate insulating film by a plasma CVD method. In order to prevent contaminants from the atmosphere from adhering to the interface of any layer, the layers were sequentially formed without being opened to the atmosphere. After that, heat treatment (500 ° C., 1 hour) was performed to reduce the hydrogen concentration in the amorphous silicon film which hinders crystallization of the semiconductor film.
[0043]
1B is obtained, the amorphous semiconductor film 104 is crystallized by irradiation with infrared light or ultraviolet light (laser crystallization) to form a crystalline semiconductor film (a semiconductor film containing crystals). ) 105 was formed. (FIG. 1C) When ultraviolet light is used as a crystallization technique, excimer laser light or strong light generated from an ultraviolet lamp may be used, and when infrared light is used, it is generated from infrared laser light or an infrared lamp. What is necessary is just to use strong light. In this example, KrF excimer laser light was irradiated in the form of a linear beam. As irradiation conditions, the pulse frequency is 30 Hz, the overlap rate is 96%, and the laser energy density is 100 to 500 mJ / cm. 2 In this embodiment, 360 mJ / cm 2 It was. Note that laser crystallization conditions (laser light wavelength, overlap rate, irradiation intensity, pulse width, repetition frequency, irradiation time, etc.) were implemented in consideration of the thickness of the amorphous semiconductor film 104, the substrate temperature, and the like. The person may determine appropriately. Depending on the laser crystallization conditions, the initial semiconductor film may be crystallized after passing through the melting state, or the initial semiconductor film may be crystallized in the solid state without melting and in the intermediate state between the solid phase and the liquid phase. There is a case. Through this process, the amorphous semiconductor film 104 is crystallized and changed into a crystalline semiconductor film 105. In this embodiment, the crystalline semiconductor film is a polycrystalline silicon film (polysilicon film).
[0044]
Next, an insulating film (which later becomes a channel protective film) 106 for protecting the channel formation region was formed on the crystalline semiconductor 105 thus formed. In this embodiment, a silicon oxide film (thickness: 200 nm) is formed. Next, a resist mask 107 was formed in contact with the insulating film 106 by patterning (exposure of resist film, exposure, development) using exposure from the back surface. (FIG. 1D) Since the formation of a resist mask by exposure from the back surface does not require a mask, the number of manufacturing masks can be reduced. As shown in the drawing, the size of the resist mask was slightly smaller than the width of the gate wiring due to the wraparound of light.
[0045]
Next, the insulating film 106 was etched using the resist mask 107 as a mask to form a channel protective film 108, and then the resist mask 107 was removed. (FIG. 1E) By this step, the surface of the crystalline silicon film other than the region in contact with the channel protective film 108 was exposed. The channel protective film 108 serves to prevent a dopant from being added to a region to be a channel formation region in a subsequent doping process. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the channel protective film 108. However, instead of the silicon oxide film, a silicon nitride oxide film (SiN) containing the boron element of the present invention is used. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0046]
Next, a resist mask 109 covering a part of the n-channel TFT or the p-channel TFT is formed by patterning using a photomask, and an impurity element imparting n-type is added to the crystalline semiconductor film whose surface is exposed. The process is performed, and the first impurity region (n + Region) 110a was formed. (FIG. 2A) In this example, phosphorus element was used as an impurity imparting n-type conductivity. Phosphine (PH) diluted to 1 to 10% (5% in this embodiment) with hydrogen as a doping gas Three ) And a dose amount of 5 × 10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 10 kV. Further, when the practitioner appropriately sets the pattern of the resist mask 109, n + The width of the mold region is determined and n having the desired width - It is relatively easy to obtain the mold region and the channel formation region.
[0047]
Next, after removing the resist mask 109, an insulating film 111 for forming an LDD region was formed. (FIG. 2B) In this example, a silicon oxide film (film thickness: 50 nm) was formed as the insulating film 111 by plasma CVD. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating film 111, but silicon nitride oxide (SiN) containing the boron element of the present invention is used instead of the silicon oxide film. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0048]
Next, a step of adding an impurity element imparting n-type conductivity to the crystalline semiconductor film over which the insulating film 111 is provided is performed, so that the second impurity region (n - Region) 112 was formed. However, in order to add an impurity to the underlying crystalline semiconductor film through the insulating film 111, it is important to set the doping conditions appropriately in consideration of the thickness of the insulating film 111 (see FIG. 2C). It is. In this embodiment, phosphine diluted to 1 to 10% (5% in this embodiment) with hydrogen as a doping gas is used, and the dose amount is 3 × 10. 13 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 60 kV. An impurity element is added through the insulating film 111 to obtain a desired concentration (1 × 10 by SIMS analysis). 18 ~ 1x10 19 atoms / cm Three ) Impurity regions could be formed. Further, the second impurity region 112 thus formed functions as an LDD region. At this time, further impurities are added to form the first impurity region 110b, and an intrinsic crystalline semiconductor region remains immediately below the channel protective film. However, although not shown, the impurity element is actually added to the inside of the channel protective film to some extent.
[0049]
Next, a resist mask 114 covering the n-channel TFT is formed using a photomask, and a step of adding an impurity element imparting p-type to the crystalline semiconductor film is performed, so that a third impurity region (p + Region) 113 was formed. (FIG. 2D) In this example, B (boron element) was used as an impurity element imparting p-type conductivity. The doping gas is diborane diluted to 1-10% with hydrogen (B 2 H 6 ) And dose amount 4 × 10 15 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 30 kV.
[0050]
Next, after removing the resist mask 114 and performing impurity activation treatment by laser annealing or thermal annealing, heat treatment (350 ° C., 1 hour) was performed in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the whole. (FIG. 3A) Thereafter, an active layer having a desired shape was formed by a known patterning technique, and the channel protective film 108 and the insulating film 111 covering the active layer were removed. (Fig. 3 (B))
[0051]
Through the above steps, the source region 115, drain region 116, low-concentration impurity regions 117, 118, and channel formation region 119 of the n-channel TFT are formed, and the source region 121, drain region 122, and channel formation of the p-channel TFT are formed. Region 120 was formed.
[0052]
Next, the n-channel TFT and the p-channel TFT are covered, and a 100 nm-thickness silicon oxide film, TEOS, and oxygen (O 2 ) Was used as a source gas, and an interlayer insulating film 123 having a stacked structure with a silicon oxide film having a thickness of 940 nm was formed. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the interlayer insulating film 123. However, silicon nitride oxide (SiN) containing the boron element of the present invention instead of the silicon oxide film is used. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0053]
Then, contact holes were formed to form source wirings 124 and 126 and drain wirings 125 and 127, and the state shown in FIG. 3D was obtained. Finally, heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere, and the whole was hydrogenated to complete an n-channel TFT and a p-channel TFT.
[0054]
Note that in this embodiment, the crystallization process may be performed after the patterning of the amorphous semiconductor film by changing the process order. In addition, the order of the impurity addition process in this embodiment is not limited, and the practitioner may change the order of the impurity addition process to form the impurity regions as appropriate.
[0055]
[Example 2] In Example 1, an amorphous silicon film was crystallized by laser light. However, in this example, an example in which an amorphous semiconductor film is crystallized by a method different from Example 1 is shown. . Hereinafter, a present Example is described using FIGS.
[0056]
First, the gate electrode 102 and the gate insulating films 103a and 103b were formed over the substrate 101 in the same manner as in Example 1. (FIG. 4A) Since the steps up to here are the same as those in Example 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used. Note that the gate insulating film 103a is formed using a silicon nitride oxide film (SiN) containing a boron element. X B Y O Z ).
[0057]
Next, an amorphous silicon film 104a was formed according to Example 1. Next, an ultrathin oxide film (not shown) is formed on the surface of the amorphous silicon film 104a by irradiating UV light in an oxygen atmosphere. This oxide film has a function of improving the wettability of a solution containing nickel to be applied later.
[0058]
Next, a solution containing nickel is applied to the surface of the amorphous silicon film 104a. The nickel content (weight conversion) may be 0.1 to 50 ppm, more preferably 1 to 30 ppm. This means that the nickel concentration in the amorphous silicon film 104a is 10%. 15 -10 19 atoms / cm Three This is because of the order. 10 15 atoms / cm Three If it is below, nickel catalytic action cannot be obtained. 10 19 atoms / cm Three If the concentration is about a certain level, it is possible to manufacture a TFT that can operate even when the gettering is not performed, and the gettering process is efficiently performed. The nickel concentration is defined as the maximum value measured by SIMS.
[0059]
In this example, a nickel acetate solution containing 10 ppm of nickel was applied. Then, the substrate 101 is rotated by a spin coater, and excess nickel acetate solution is blown away to form an extremely thin nickel-containing layer 205 on the surface of the amorphous silicon film 104a. (Fig. 4 (B))
[0060]
After obtaining the state shown in FIG. 4B, the amorphous silicon film 104a was crystallized by heating in a nitrogen atmosphere at a temperature of 550 ° C. for 4 hours. A crystalline silicon film 204b was obtained by this crystallization process. Since this crystal growth proceeds from the surface of the amorphous silicon film 104a to which nickel is added toward the substrate 101 (vertical direction), it is referred to as vertical growth in this specification (FIG. 4C). In this embodiment, the nickel-containing layer is formed on the entire surface. However, the nickel-containing layer is selectively formed using a resist or the like, and the crystallization proceeds in a direction parallel to the substrate surface (lateral direction). It is good.
[0061]
Although a polycrystalline silicon film including a grain boundary is formed according to this crystallization step, a microcrystalline silicon film can be formed under different conditions.
[0062]
Moreover, the said heat processing can be performed in the temperature of 500-700 degreeC in an electric furnace, More preferably, 550-650 degreeC. At this time, the upper limit of the heating temperature needs to be lower than the glass strain point of the glass substrate 101 to be used in consideration of heat resistance. If the glass strain point is exceeded, warping, shrinkage, etc. of the glass substrate will become apparent. The heating time may be about 1 to 12 hours. This heat treatment is performed by furnace annealing (heat treatment in an electric furnace). It is also possible to use heating means such as lamp annealing.
[0063]
Next, the obtained crystalline silicon film 204b is irradiated with laser light to obtain a crystalline silicon film 204c with improved crystallinity. In this example, a pulse oscillation type KrF excimer laser (wavelength 248 nm) was used (FIG. 4D). Note that an ultrathin oxide film formed to improve the wettability of the solution may be removed before the laser light irradiation.
[0064]
As the pulse oscillation type laser, a short wavelength (ultraviolet region) XeCl excimer laser, a long wavelength YAG laser, or the like is used. Since the excimer laser used in this example oscillates ultraviolet light, melting and solidification are repeated instantaneously in the irradiated region. Therefore, by irradiating excimer laser light, a kind of non-equilibrium state is formed, and nickel becomes very easy to move.
[0065]
In addition, amorphous components remain irregularly in the crystalline silicon film 204b obtained in the crystallization step shown in FIG. However, since such an amorphous component can be completely crystallized by the laser light irradiation shown in FIG. 4D, the crystallinity of the crystalline silicon film 204c is greatly improved.
[0066]
Although this laser irradiation step can be omitted, the effect of improving the efficiency of the subsequent gettering step can be obtained by laser irradiation in addition to the improvement of crystallinity. After the laser irradiation, the maximum SIMS value of the residual nickel concentration in the crystalline silicon film 204c is 1 × 10 19 ~ 2x10 19 atoms / cm Three Degree.
[0067]
After the crystallization step, a gettering technique (Japanese Patent Laid-Open No. 10-270363) for removing or reducing the catalytic element remaining in the crystalline silicon film may be used. This publication describes a technique for performing heat treatment (300 to 700 ° C., 1 to 12 hours) after the phosphorus element is added to the entire surface or selectively. Alternatively, a method using a liquid phase using high-temperature sulfuric acid, a method using a vapor phase containing a halogen element, or a method using a method in which boron element is added and heated may be used.
[0068]
Next, in the same manner as in the step shown in FIG. 1D of Example 1, an insulating film 206 (which later becomes a channel protective film) 206 for protecting the channel formation region with a thickness of 200 nm was formed over the crystalline semiconductor 204c. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the insulating film 206, but silicon nitride oxide (SiN) containing the boron element of the present invention is used instead of the silicon oxide film. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat. Next, a resist mask 207 was formed in contact with the insulating film 206 by patterning using exposure from the back surface. (Fig. 4 (E))
[0069]
Next, the insulating film 206 was etched using the resist mask 207 as a mask to form a channel protective film 208, and then the resist mask 207 was removed. (Fig. 4 (F))
[0070]
Next, a resist mask 209 that covers a part of the n-channel TFT or the p-channel TFT is formed by patterning using a photomask, and an impurity element (phosphorus) that imparts n-type to the crystalline semiconductor film whose surface is exposed In the first impurity region (n + Region) 210a was formed. (FIG. 5A) In this embodiment, phosphine (PH) diluted to 1 to 10% (5% in this embodiment) with hydrogen as a doping gas. Three ) And a dose amount of 5 × 10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 10 kV.
[0071]
Next, after removing the resist mask 209, a control insulating film (in this embodiment, a silicon oxide film with a thickness of 50 nm) 211 for forming an LDD region was formed. (FIG. 5B) Although a silicon oxide film is used as the control insulating film 211 in this embodiment, silicon nitride oxide (SiN) containing the boron element of the present invention is used instead of the silicon oxide film. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0072]
Next, a step of adding an impurity element imparting n-type to the crystalline semiconductor film over which the control insulating film 211 is provided is performed, so that the second impurity region (n - Region) 212 was formed. (FIG. 5C) In this embodiment, phosphine diluted with hydrogen as 1 to 10% (5% in this embodiment) is used as a doping gas, and the dose amount is 3 × 10. 13 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 60 kV. An impurity element is added through the control insulating film 211 to obtain a desired concentration (1 × 10 in SIMS analysis). 18 ~ 1x10 19 atoms / cm Three ) Impurity regions could be formed. Further, the second impurity region 212 thus formed functions as an LDD region. At this time, further impurities are added to form the first impurity region 210b, and an intrinsic crystalline semiconductor region remains immediately below the channel protective film.
[0073]
Next, a resist mask 214 covering the n-channel TFT is formed using a photomask, and a step of adding an impurity element imparting p-type to the crystalline semiconductor film is performed, so that a third impurity region (p + Region) 213 was formed. (FIG. 5D) In this embodiment, the doping gas is diborane diluted to 1 to 10% with hydrogen (B 2 H 6 ) And dose amount 4 × 10 15 atoms / cm 2 The acceleration voltage was 30 kV.
[0074]
Next, the resist mask 214 was removed, a heat treatment at 300 to 700 ° C. for 1 to 12 hours to reduce the nickel concentration (Japanese Patent Laid-Open No. 8-330602) was applied to this example. In this embodiment, heat treatment is performed at 600 ° C. for 8 hours, and nickel remaining in the LDD region and the channel formation region is moved toward the high concentration impurity region (source region and drain region). (FIG. 6A) Thus, the channel formation region in which the nickel concentration is reduced (1 × 10 in SIMS analysis). 18 atoms / cm Three Or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm Three The following is obtained: Simultaneously with the reduction of the catalytic elements by this heat treatment, recovery of the crystallinity during doping and the activation treatment of impurities by thermal annealing are performed. In addition, furnace annealing, laser annealing, or lamp annealing may be performed. Thereafter, heat treatment (350 ° C., 1 hour) was performed in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the whole.
[0075]
Thereafter, an active layer having a desired shape was formed by a known patterning technique, and the insulating film 211 and the channel protective film 208 were removed. (Fig. 6 (B))
[0076]
Through the above steps, the source region 215, the drain region 216, the low-concentration impurity regions 217, 218, and the channel formation region 219 of the n-channel TFT are formed, and the source region 221 and the drain region 222 of the p-channel TFT are formed. Region 220 was formed.
[0077]
Next, the n-channel TFT and the p-channel TFT are covered, and a 100 nm-thickness silicon oxide film, TEOS, and oxygen (O 2 ) Was used as a source gas, and an interlayer insulating film 223 having a stacked structure with a silicon oxide film having a thickness of 940 nm was formed. (FIG. 6C) In this embodiment, a silicon oxide film is used as the interlayer insulating film 223. However, instead of the silicon oxide film, a silicon nitride oxide film (SiN) containing the boron element of the present invention is used. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0078]
Then, contact holes were formed to form source wirings 224 and 226 and drain wirings 225 and 227, and the state shown in FIG. 6D was obtained. Finally, heat treatment was performed in a hydrogen atmosphere, and the whole was hydrogenated to complete an n-channel TFT and a p-channel TFT.
[0079]
[Example 3] FIGS. 7A to 7C and FIG. 8A illustrate a semiconductor device including an n-channel TFT and a p-channel TFT using the manufacturing process of Example 1 or Example 2. An example of the structure will be described with reference to (C).
[0080]
The semiconductor device according to the present invention includes a peripheral drive circuit unit and a pixel matrix circuit unit on the same substrate. In this embodiment, for ease of illustration, a CMOS circuit constituting a part of the peripheral drive circuit part is shown in FIG. 7, and a pixel TFT (N-channel TFT) constituting a part of the pixel matrix circuit part is shown in FIG. This is shown in FIG. In addition to the manufacturing steps of Examples 1 and 2, a 0.2 to 0.4 μm passivation film (protective film) 319 was formed. As the passivation film 319, a nitrogen silicon film, for example, a silicon nitride oxide film (SiN containing boron element) is used. X B Y O Z ) Is preferably used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0081]
The CMOS circuit shown in FIG. 7 is also called an inverter circuit and is a basic circuit constituting a semiconductor circuit. By combining such inverter circuits, a basic logic circuit such as a NAND circuit or a NOR circuit can be configured, or a more complicated logic circuit can be configured.
[0082]
FIG. 7A is a view corresponding to the top view of FIG. 7B. In FIG. 7A, the section cut along the dotted line AA ′ is the cross-sectional structure of the CMOS circuit of FIG. 7B. It corresponds to. FIG. 7C is a circuit diagram of an inverter circuit corresponding to FIGS. 7A and 7B.
[0083]
In FIG. 7B, any TFT (thin film transistor) is formed on the substrate 301. In the case of a P-channel TFT of a CMOS circuit, a gate electrode 302 is formed, and a silicon nitride oxide film (SiN) containing a boron element is formed thereon. X B Y O Z ) And a second insulating film 304 made of silicon oxide are provided. On the second insulating film, p is formed as an active layer. + Regions 312 (drain regions), 315 (source regions) and a channel formation region 314 are formed. In the first and second embodiments, in order to reduce the number of processes, a low-concentration impurity region (LDD region) is not provided between the high-concentration impurity region and the channel formation region in the P-channel TFT. Good. A contact hole is formed in the first interlayer insulating film 317 covering the active layer, and p + Wirings 318 and 320 are connected to the regions 312 and 315, and a passivation film 319 is further formed thereon. Although not shown for simplification, a second interlayer insulating film is further formed thereon, a lead-out wiring is connected to the wiring 320, and a third interlayer insulating film is formed so as to cover the wiring.
[0084]
On the other hand, an N-channel TFT has n as an active layer. + Region (source region) 305, n + A region 311 (drain region), a channel formation region 309, and the n + N between the mold region and the channel forming region - Mold regions 306 and 310 are formed. Note that n is in contact with the drain region. - The mold region 310 is n - Reliability was improved by forming a width larger than that of the mold region 306. A contact hole is formed in the first interlayer insulating film 317 covering the active layer, and n + Wirings 316 and 318 are formed in the mold regions 305 and 311, and a passivation film 319 is further formed thereon. Although not shown for simplification, a second interlayer insulating film is further formed thereon, a lead-out wiring is connected to the wiring 320, and a third interlayer insulating film is formed so as to cover the wiring. Note that portions other than the active layer have substantially the same structure as the P-channel TFT, and a description thereof is omitted for simplification.
[0085]
8A is a diagram corresponding to the top view of FIG. 8B. In FIG. 8A, the portion cut along the dotted line AA ′ is the pixel matrix circuit of FIG. 8B. This corresponds to the cross-sectional structure. FIG. 8C is a circuit diagram corresponding to FIGS. 8A and 8B.
[0086]
The N-channel TFT formed in the pixel matrix circuit basically has the same structure as the N-channel TFT of the CMOS circuit. A gate electrode 403 is formed on a substrate 401, and silicon nitride oxide (SiN) containing a boron element is formed thereon. X B Y O Z ) And a second insulating film 404 made of silicon oxide are provided. On the second insulating film, n as an active layer + Regions 405, 409, and 414, channel formation regions 407 and 411, and the n + N between the mold region and the channel forming region - Mold regions 406 and 413 are formed. A contact hole is formed in the first interlayer insulating film 419 covering the active layer, and n + A wiring 416 is connected to the region 405 and n + A wiring 417 is connected to the region 414, and a passivation film 418 is formed thereon. Then, a second interlayer insulating film 420 is formed thereon. Further, a third interlayer insulating film 422 is formed thereon, and ITO, SnO 2 A pixel electrode 423 made of a transparent conductive film is connected. Reference numeral 421 denotes a pixel electrode adjacent to the pixel electrode 423.
[0087]
Note that the capacitor portion of the pixel matrix circuit includes a capacitor wiring 415, n 1 + A region 414 is formed.
[0088]
In this embodiment, a transmissive LCD is manufactured as an example, but is not particularly limited. For example, a reflective LCD can be manufactured by using a reflective metal material as a material for the pixel electrode and appropriately changing the patterning of the pixel electrode or adding / deleting some processes as appropriate.
[0089]
In this embodiment, the gate wiring of the pixel TFT of the pixel matrix circuit has a double gate structure. However, a multi-gate structure such as a triple gate structure may be used in order to reduce variation in off current. Further, a single gate structure may be used in order to improve the aperture ratio.
[0090]
A TFT manufactured by implementing this embodiment shows electric characteristics with less variation. In addition, this embodiment can be combined with Embodiments 1 and 2.
[0091]
[Embodiment 4] This embodiment will be described with reference to FIGS. In Examples 1 and 2, silicon nitride oxide (SiN) containing boron element is used as one layer of the gate insulating film of the bottom gate TFT. X B Y O Z In this embodiment, silicon nitride oxide (SiN containing boron element) is used as a base film of the top gate TFT. X B Y O Z ) Is used.
[0092]
Here, an example in which an n-channel TFT and a p-channel TFT are manufactured over the same substrate and an inverter circuit which is a basic configuration of a CMOS circuit is formed will be described.
[0093]
As the substrate 501, a glass substrate, a plastic substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a silicon substrate on which an insulating film such as a silicon oxide film or silicon nitride oxide is formed or a metal substrate typified by stainless steel may be used. Of course, it is also possible to use a quartz substrate.
[0094]
The main surface of the substrate 501 where the TFT is formed has silicon nitride oxide (SiN) containing boron element. X B Y O Z ) And a base film 503 made of a silicon nitride oxide film. In this embodiment, argon (Ar) and diborane (B 2 H 6 ) In an atmosphere including silicon nitride oxide (SiN) by sputtering using a target made of single crystal silicon. X B Y O Z ) 502 was formed. Nitrogen (N 2 ) Or ammonia (NH Three ) In an atmosphere including silicon nitride oxide (SiN) using a sputtering method using a single crystal silicon target to which a boron element is added. X B Y O Z ) May be formed. Thus obtained silicon nitride oxide (SiN X B Y O Z ) 502 has a high thermal conductivity because it contains 1 to 50 atoms% of boron element, and has an effect of preventing characteristic deterioration due to heat of the semiconductor device. The base film 503 may be formed by plasma CVD or sputtering, and is provided to prevent impurities harmful to the TFT from diffusing from the substrate 501 to the semiconductor layer. Therefore, silicon nitride oxide (SiN) containing boron element. X B Y O Z ) Is formed to a thickness of 20 to 100 nm, typically 50 nm, and a base film 503 made of a silicon nitride oxide film is stacked to a thickness of 50 to 500 nm, typically 150 to 200 nm. It should have been formed.
[0095]
Of course, the base film is silicon nitride oxide (SiN) containing boron element. X B Y O Z ) Or a base film 503 made of a silicon nitride oxide film, but considering the reliability of the TFT, it is most desirable to have a two-layer structure.
[0096]
A semiconductor layer formed in contact with the base film 503 is an amorphous semiconductor formed by a film formation method such as a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method by a solid phase growth method using a laser crystallization method or a heat treatment. It is desirable to use a crystallized crystalline semiconductor. Alternatively, a microcrystalline semiconductor formed by the above film formation method can be used. Examples of the semiconductor material that can be applied here include silicon (Si), germanium (Ge), a silicon germanium alloy, and silicon carbide. In addition, a compound semiconductor material such as gallium arsenide can also be used.
[0097]
The semiconductor layer is formed with a thickness of 10 to 100 nm, typically 50 nm. An amorphous semiconductor film manufactured by a plasma CVD method contains hydrogen at a rate of 10 to 40 atom%, but a hydrogenation process is performed at 400 to 500 ° C. prior to the crystallization process. It is desirable that the hydrogen content be 5 atom% or less by desorbing from the film. Although an amorphous silicon film may be formed by other manufacturing methods such as a sputtering method or an evaporation method, it is desirable to sufficiently reduce impurity elements such as oxygen and nitrogen contained in the film.
[0098]
Further, since the base film and the amorphous semiconductor film can be formed by the same film formation method, the base film 503 and the semiconductor layer are preferably formed continuously. After each film is formed, the surface can be prevented from being contaminated by not touching the air atmosphere. As a result, one of the factors causing the TFT characteristic variation could be eliminated.
[0099]
A known laser crystallization technique or thermal crystallization technique may be used for the step of crystallizing the amorphous semiconductor film. In addition, when a crystalline semiconductor film is formed by a thermal crystallization technique using a catalytic element, excellent TFT characteristics can be obtained.
[0100]
A crystalline semiconductor film formed in this manner was formed using a first photomask, a resist mask was formed by a known patterning method, and island-shaped semiconductor layers 504 and 505 were formed by a dry etching method.
[0101]
Next, a gate insulating film 506 containing silicon oxide or silicon nitride as a main component is formed on the surfaces of the island-shaped semiconductor layers 504 and 505. The gate insulating film 506 includes silicon nitride oxide (SiN) containing a boron element. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat. The gate insulating film 506 may be formed by a plasma CVD method or a sputtering method with a thickness of 10 to 200 nm, preferably 50 to 150 nm.
[0102]
Then, a first conductive layer 507 and a third conductive layer 508 were formed on the surface of the gate insulating film 506. The first conductive layer 507 is formed using a conductive material whose main component is an element selected from Ta, Ti, Mo, and W. The thickness of the first conductive layer 507 may be 5 to 50 nm, preferably 10 to 25 nm.
[0103]
The thicknesses of the gate insulating film 506 and the first conductive layer 507 were important. This is because an impurity imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layers 504 and 505 through the gate insulating film 506 and the first conductive layer 507 in a first impurity addition step to be performed later. It was. Actually, in consideration of the thicknesses of the gate insulating film 506 and the first conductive layer 507, the conditions for the first impurity addition step are determined. Here, if the thickness of the gate insulating film 506 or the first conductive layer 507 fluctuates 10% or more from a predetermined value, the concentration of the added impurity decreases.
[0104]
The third conductive layer 508 is formed using a conductive material whose main component is Al or Cu. For example, when Al is used, an Al alloy to which an element selected from Ti, Si, and Sc is added in an amount of 0.1 to 5 atom% may be used. The third conductive layer may be formed with a thickness of 100 to 1000 nm, preferably 200 to 400 nm. This is formed as a wiring material for lowering the wiring resistance of the gate wiring or the gate bus line. (Fig. 9 (A))
[0105]
In the present invention, the gate wiring is a wiring formed on the gate insulating film 506 from the same material as the gate electrode and connected to the gate electrode. In the configuration connected to the gate electrode, the gate bus line is also a part of the gate wiring. Is considered.
[0106]
Next, a resist mask was formed using a second photomask, an unnecessary portion of the third conductive layer was removed, and a part of the gate bus line was formed (509 in FIG. 9B). When the third conductive layer was Al, it could be removed with high selectivity from the underlying first conductive layer by a wet etching method using a phosphoric acid solution.
[0107]
Then, resist masks 510 and 511 covering the semiconductor layer 504 and the channel formation region of the semiconductor layer 505 were formed using a third photomask. At this time, a resist mask 512 may also be formed in a region where a wiring is to be formed.
[0108]
Then, a step of adding a first impurity element imparting n-type was performed. Phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and the like are known as impurity elements imparting n-type to crystalline semiconductor materials. Here, phosphorous is used, and phosphine (PH Three ) Using an ion doping method. In this step, in order to add phosphorus to the semiconductor layer thereunder through the gate insulating film 506 and the first conductive film 507, the acceleration voltage was set high as 80 keV. The concentration of phosphorus added to the semiconductor layer is 1 × 10 16 ~ 1x10 19 atoms / cm Three In the range of 1 × 10 18 atoms / cm Three It was. Then, regions 513 and 514 in which phosphorus was added to the semiconductor layer were formed. Part of the region added with phosphorus formed here is a second impurity region that functions as an LDD region. (Fig. 9 (B))
[0109]
Thereafter, the resist masks 510, 511, and 512 were removed, and a second conductive layer 515 was formed on the front surface. The second conductive layer 515 may be formed of the same material as that of the first conductive layer 507, and a conductive material mainly containing an element selected from Ta, Ti, Mo, and W is used. The thickness of the second conductive layer 515 may be 100 to 1000 nm, preferably 200 to 500 nm. (Figure 9 (C))
[0110]
Next, resist masks 516, 517, 518, and 519 were formed using a fourth photomask. The fourth photomask was for forming the gate electrode of the p-channel TFT, the gate wiring, and the gate bus line. Since a gate electrode of the n-channel TFT is formed in a later step, a resist mask 517 is formed so that the first conductive layer 522 and the second conductive layer 523 remain on the semiconductor layer 505.
[0111]
Unnecessary portions of the first conductive layer and the second conductive layer were removed by a dry etching method. Then, gate electrodes 520 and 521, gate wirings 524 and 525, and gate bus lines 526 and 527 were formed.
[0112]
The gate bus line was formed as a clad structure in which the third conductive layer 509 was covered with the first conductive layer 526 and the second conductive layer 527. The third conductive layer is a low resistance material mainly composed of Al or Cu, and can reduce the wiring resistance.
[0113]
Then, a process of adding a third impurity element imparting p-type to a part of the semiconductor layer 504 in which the p-channel TFT is formed is performed while leaving the resist masks 516, 517, 518, and 519 as they are. . Boron (B), gallium (Ga), and the like are known as impurity elements imparting p-type, but here, boron element is used as the impurity element, and diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. Again, the acceleration voltage is 80 keV and 2 × 10 20 atoms / cm Three Boron element was added to the concentration of. Then, as shown in FIG. 9D, third impurity regions 552 and 553 to which a boron element was added at a high concentration were formed.
[0114]
After the resist mask provided in FIG. 9D is removed, resist masks 528, 529, and 530 are newly formed using a fifth photomask. The fifth photomask is for forming a gate electrode of an n-channel TFT, and gate electrodes 531 and 532 were formed by a dry etching method. At this time, the gate electrodes 531 and 532 were formed so as to overlap with part of the second impurity regions 513 and 514. (Fig. 9 (E))
[0115]
Then, after completely removing the resist masks 528, 529, and 530, resist masks 533, 534, and 535 were formed. The resist mask 534 is formed so as to cover the gate electrodes 531 and 532 of the n-channel TFT and part of the second impurity region. The resist mask 534 determines the offset amount of the LDD region.
[0116]
Then, a step of adding a second impurity element imparting n-type was performed. Then, a first impurity region 537 serving as a source region and a first impurity region 536 serving as a drain region were formed. Here, an ion doping method using phosphine was used. Also in this step, in order to add phosphorus to the semiconductor layer thereunder through the gate insulating film 506, the acceleration voltage was set high as 80 keV. The concentration of phosphorus in this region is higher than that in the step of adding the first impurity element imparting n-type, and 1 × 10 19 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three Is preferred, here 1 × 10 20 atoms / cm Three It was. (Fig. 10 (A))
[0117]
Then, first interlayer insulating films 538 and 550 were formed on the surfaces of the gate insulating film 506, the gate electrodes 520, 521, 531, 532, the gate wirings 524 and 525, and the gate bus lines 526 and 527. The first interlayer insulating film 550 is made of silicon nitride oxide and has a thickness of 50 nm. The first interlayer insulating film 538 is a silicon oxide film and has a thickness of 950 nm. Further, as the first interlayer insulating film 550, silicon nitride oxide (SiN) containing a boron element is used. X B Y O Z May be used to prevent deterioration of characteristics of the semiconductor device due to heat.
[0118]
The first interlayer insulating film 550 made of silicon nitride oxide formed here is necessary for performing the next heat treatment step. This is effective for preventing the surfaces of the gate electrodes 520, 521, 531 and 532, the gate wirings 524 and 525, and the gate bus lines 526 and 527 from being oxidized.
[0119]
The heat treatment step needs to be performed to activate the impurity element imparting n-type or p-type added at each concentration. This step may be performed by a thermal annealing method using an electric heating furnace, a laser annealing method using the above-described excimer laser, or a rapid thermal annealing method (RTA method) using a halogen lamp. However, the laser annealing method can be activated at a low substrate heating temperature, but it has been difficult to activate the region under the gate electrode. Therefore, here, the activation process is performed by thermal annealing. The heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 300 to 700 ° C., preferably 350 to 550 ° C., here 450 ° C. for 2 hours.
[0120]
After that, the first interlayer insulating films 538 and 550 were formed with a predetermined resist mask using a seventh photomask, and then contact holes reaching the source and drain regions of the respective TFTs were formed by etching treatment. . Then, source electrodes 539 and 540 and a drain electrode 541 were formed. Although not shown, in this embodiment, this electrode was used as an electrode having a three-layer structure in which a Ti film was formed continuously by 100 nm, an Al film containing Ti having a thickness of 300 nm, and a Ti film having a thickness of 150 nm were formed by sputtering.
[0121]
Through the above steps, a channel formation region 545, first impurity regions 548 and 549, and second impurity regions 546 and 547 are formed in the n-channel TFT of the CMOS circuit. Here, in the second impurity region, regions (GOLD regions) 536a and 547a that overlap with the gate electrode and regions (LDD regions) 546b and 547b that do not overlap with the gate electrode are formed, respectively. The first impurity region 548 serves as a source region, and the first impurity region 549 serves as a drain region.
[0122]
On the other hand, in the p-channel TFT, a channel formation region 542 and third impurity regions 543 and 544 are formed. The third impurity region 543 serves as a source region, and the third impurity region 544 serves as a drain region. (Fig. 10 (B))
[0123]
FIG. 10C is a top view of the inverter circuit. The AA ′ cross-sectional structure of the TFT portion, the BB ′ cross-sectional structure of the gate wiring portion, and the CC ′ cross-sectional structure of the gate bus line portion are as follows: This corresponds to FIG. In the present invention, the gate electrode and the gate wiring are formed of the first conductive layer and the second conductive layer, and the gate bus line includes the first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer. The clad structure is formed from
[0124]
9 and 10 show a CMOS circuit formed by complementary combination of an n-channel TFT and a p-channel TFT as an example. However, an NMOS circuit using an n-channel TFT or a pixel matrix of a liquid crystal display device is shown. The present invention can also be applied to a circuit.
[0125]
[Embodiment 5] In this embodiment, an example in which a crystalline semiconductor film used as the semiconductor layers 504 and 505 in Embodiment 4 is formed by a thermal crystallization method using a catalytic element is shown. In the case of using a catalyst element, it is desirable to use the techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-130652 and 8-78329.
[0126]
Here, FIG. 11 shows an example in which the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-130652 is applied to the present invention. First, a base film 602 was provided over a substrate 601, and an amorphous silicon film (also referred to as amorphous silicon) 603 was formed thereon. In this embodiment, a silicon oxide film is used as an upper layer of the base film 602 and a silicon nitride oxide (SiN) containing a boron element is used as a lower layer. X B Y O Z ) To prevent the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. If film peeling does not occur, silicon nitride oxide (SiN X B Y O Z An amorphous silicon film may be formed in contact with (). Furthermore, a nickel acetate layer solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight was applied to form a nickel-containing layer 604. (Fig. 11 (A))
[0127]
Next, after a dehydrogenation step at 500 ° C. for 1 hour, a heat treatment was performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 24 hours (550 ° C. for 14 hours in this embodiment) to form a crystalline silicon film 605. The thus obtained crystalline silicon film (also referred to as polysilicon) 605 had very good crystallinity. (Fig. 11 (B))
[0128]
Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329 enables selective crystallization of an amorphous semiconductor film by selectively adding a catalytic element. The case where this technology is applied to the present invention will be described with reference to FIG.
[0129]
First, a base film 702 was provided on a glass substrate 701, and an amorphous silicon film 703 and a silicon oxide film 704 were continuously formed thereon. A silicon oxide film is used as an upper layer of the base film 702 and a silicon nitride oxide (SiN) containing a boron element is used as a lower layer. X B Y O Z ) To prevent the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. If film peeling does not occur, silicon nitride oxide (SiN X B Y O Z An amorphous silicon film may be formed in contact with ().
[0130]
Next, the silicon oxide film 704 was patterned to selectively form opening portions 705, and then a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight was applied. As a result, a nickel-containing layer 706 was formed, and the nickel-containing layer 706 was in contact with the amorphous silicon film 702 only at the bottom of the opening 705. (Fig. 12 (A))
[0131]
Next, a heat treatment was performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 24 hours (580 ° C. for 14 hours in this embodiment) to form a crystalline silicon film 707. In this crystallization process, the portion of the amorphous silicon film in contact with nickel is first crystallized, and the crystallization proceeds laterally therefrom. The crystalline silicon film 707 formed in this way is formed by a collection of rod-like or needle-like crystals, and each crystal grows macroscopically in a specific direction, so that the crystallinity is uniform. There are advantages.
[0132]
The catalyst elements that can be used in the above two techniques are not only nickel (Ni) but also germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt ( Elements such as Co), platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au) may be used.
[0133]
If a crystalline semiconductor film (including a crystalline silicon film and a crystalline silicon germanium film) is formed using the above technique and patterned, a semiconductor layer of a TFT can be formed. A TFT manufactured from a crystalline semiconductor film by using the technique of this embodiment can obtain excellent characteristics, and therefore, high reliability is required. However, by adopting the insulating film and TFT structure of the present invention, it has become possible to produce a TFT that makes the most of the technique of this embodiment.
[0134]
[Example 6] In this example, as a method of forming the semiconductor layers 504 and 505 used in Example 4, an amorphous semiconductor film is used as an initial film as in Example 5 and crystalline using the catalytic element. An example in which a step of removing the catalyst element from the crystalline semiconductor film after forming the semiconductor film is shown. In the present embodiment, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135468 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135469 is used as the method.
[0135]
The technique described in the publication is a technique for removing a catalytic element used for crystallization of an amorphous semiconductor film by using a gettering action of phosphorus after crystallization. By using this technique, the concentration of the catalytic element in the crystalline semiconductor film can be reduced to 1 × 10. 17 atoms / cm Three Or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm Three It can be reduced to.
[0136]
The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. Here, an alkali-free glass substrate typified by Corning's 1737 substrate was used. FIG. 13A shows a state in which the base film 802 and the crystalline silicon film 803 are formed by using the crystallization technique shown in Embodiment 2. In this embodiment, a silicon nitride oxide film is used as an upper layer of the base film 802 and a silicon nitride oxide (SiN containing boron element) is used as a lower layer. X B Y O Z ) To prevent the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. If film peeling does not occur, silicon nitride oxide (SiN X B Y O Z An amorphous silicon film may be formed in contact with (). A silicon oxide film 804 for masking is formed to a thickness of 150 nm on the surface of the crystalline silicon film 803, an opening is provided by patterning, and a region where the crystalline silicon film is exposed is provided. Then, a step of adding phosphorus was performed to provide a region 805 in which phosphorus was added to the crystalline silicon film.
[0137]
In this state, when heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 550 to 800 ° C. for 5 to 24 hours (in this embodiment, 600 ° C. and 12 hours), a region 805 in which phosphorus is added to the crystalline silicon film is obtained as a gettering site. The catalytic element remaining in the crystalline silicon film 803 could be moved to the region 805 to which phosphorus was added.
[0138]
Then, the silicon oxide film 804 for mask and the region 805 to which phosphorus is added are removed by etching, so that the concentration of the catalytic element used in the crystallization step is 1 × 10. 17 atoms / cm Three A crystalline silicon film reduced to the following could be obtained. This crystalline silicon film could be used as it is as the semiconductor layer of the TFT of the present invention shown in Example 4.
[0139]
[Embodiment 7] This embodiment shows another embodiment in which the semiconductor layers 504 and 505 and the gate insulating film 506 are formed in the process of manufacturing the TFT of the present invention shown in Embodiment 4.
[0140]
Here, a substrate having heat resistance of at least about 700 to 1100 ° C. is necessary, and a quartz substrate 900 is used. A silicon oxide film is used as an upper layer of the base film 901, and a silicon nitride oxide (SiN containing boron element) is used as a lower layer. X B Y O Z ) To prevent the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. If film peeling does not occur, silicon nitride oxide (SiN X B Y O Z An amorphous silicon film may be formed in contact with (). Then, using the technique shown in Example 5, a crystalline semiconductor film was formed, and semiconductor layers 902 and 903 were formed by patterning into island shapes in order to make this a TFT active layer. Then, the gate insulating film 904 was formed using a film containing silicon oxide as a main component so as to cover the semiconductor layers 902 and 903. In this embodiment, a silicon nitride oxide film with a thickness of 70 nm is formed by plasma CVD. (Fig. 14 (A))
[0141]
Then, heat treatment was performed in an atmosphere containing halogen (typically chlorine) and oxygen. In this example, the temperature was 950 ° C. for 30 minutes. The treatment temperature may be selected in the range of 700 to 1100 ° C., and the treatment time may be selected between 10 minutes and 8 hours. (Fig. 14B)
[0142]
As a result, under the conditions of this example, a thermal oxide film was formed at the interface between the semiconductor layers 902 and 903 and the gate insulating film 904, and a gate insulating film 907 was formed.
[0143]
The gate insulating film 907 manufactured through the above steps had high withstand voltage and a very good interface between the semiconductor layers 905 and 906 and the gate insulating film 907. Subsequent steps can produce TFTs according to Example 4.
[0144]
Of course, it is only necessary for the practitioner to appropriately determine that the fifth and sixth embodiments are combined with the present embodiment.
[0145]
[Embodiment 8] In this embodiment, an example in which a crystalline silicon film is formed by a process different from that of Embodiment 4 will be described. Specifically, a gettering process different from the gettering process using phosphorus shown in the fifth embodiment will be described. Since the basic steps are the same as those shown in FIG. 9 or FIG. 10, only the differences will be described.
[0146]
First, the state of FIG. 15A was obtained according to the steps of Example 5. However, the thermal crystallization technique shown in Example 5 is used to form the crystalline silicon film 1005 that becomes the active layer of the TFT.
[0147]
Next, the substrate 1001 is immersed in a liquid phase (in this embodiment, a sulfuric acid solution) heated to 300 ° C., and nickel used for crystallization is removed or reduced. In this embodiment, gettering is performed before patterning the active layer, but may be performed after patterning the active layer. Moreover, you may use the method of dripping the heated sulfuric acid solution uniformly on a board | substrate as another means to contact with a sulfuric acid.
[0148]
In this step, nickel dissolves and dissolves in heated sulfuric acid and is easily removed from the vicinity of the surface. Then, the internal nickel diffuses in the vicinity of the low-concentration surface and more nickel begins to melt. By repeating this phenomenon, nickel used for crystallization is removed or reduced from the crystalline silicon film. Thus, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film 1106 is reduced to 1 × 10 6 by performing the reduction process of the catalytic element in the liquid phase. 17 atoms / cm Three Or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm Three It can be reduced to. (Fig. 15 (B))
[0149]
In order to improve the contact between the sulfuric acid solution and the crystalline semiconductor film, it is desirable to remove the natural oxide film or the like on the surface of the crystalline semiconductor film in advance with an etchant containing hydrofluoric acid and clean it. By doing so, gettering efficiency can be increased.
[0150]
In this embodiment, nickel is described as an example, but other catalyst elements described above are also gettered by the same phenomenon.
[0151]
If the crystalline silicon film 1006 obtained through the above steps is used and the process described in Example 5 is used, the TFT shown in FIG. 10 can be obtained.
[0152]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Example 4-7.
[0153]
[Example 9] In Example 1, an insulating film (SiN) containing 0.1 to 50 atom% boron element in the film and having high thermal conductivity. X B Y O Z ) Is used as one layer of the gate insulating film of the bottom gate type TFT. In this embodiment, silicon nitride oxide (SiN) containing boron element of the present invention is used. X B Y O Z FIG. 16 shows an example in which) is applied to an insulating film used for a forward stagger type TFT.
[0154]
FIG. 16 shows a typical forward stagger type TFT. First, a source layer and a drain layer are formed over a substrate over which a base film 1100 is provided. Next, an amorphous silicon film that covers the source layer and the drain layer is formed and crystallized with laser light, whereby the semiconductor layer 1101 is formed. Thereafter, an insulating film was formed, a gate electrode and a wiring electrode were formed, and a forward staggered TFT was formed. In this embodiment, silicon nitride oxide (SiN) containing boron element in the base film 1100 or the insulating film 1102 is used. X B Y O Z ) Was applied.
[0155]
Thus, the present invention can be applied regardless of the TFT structure.
[0156]
[Embodiment 10] In this embodiment, an example of a liquid crystal display device manufactured according to the present invention is shown in FIG. Since a known method may be used for a manufacturing method of a pixel TFT (pixel switching element) and a cell assembly process, detailed description thereof is omitted.
[0157]
FIG. 17 is a schematic diagram of the active matrix type liquid crystal panel of the present embodiment. As shown in FIG. 17, the active matrix substrate and the counter substrate face each other, and liquid crystal is sandwiched between these substrates. The active matrix substrate includes a pixel matrix circuit 1201, a scanning line driver circuit 1202, and a signal line driver circuit 1203 formed on a glass substrate 1200.
[0158]
The scanning line driver circuit 1202 and the signal line driver circuit 1203 are connected to the pixel matrix circuit 1201 by the scanning line 1230 and the signal line 1240, respectively. These drive circuits 1202 and 1203 are mainly composed of CMOS circuits.
[0159]
A scanning line 1230 is formed for each row of the pixel matrix circuit 1201, and a signal line 1240 is formed for each column. A pixel TFT 1210 is formed near the intersection of the scanning line 1230 and the signal line 1240. The gate electrode of the pixel TFT 1210 is connected to the scanning line 1230, and the source is connected to the signal line 1240. Further, a pixel electrode 1260 and a storage capacitor 1270 are connected to the drain.
[0160]
The counter substrate 1280 has a transparent conductive film such as an ITO film formed on the entire surface of the glass substrate. The transparent conductive film is a counter electrode with respect to the pixel electrode 1260 of the pixel matrix circuit 1201, and the liquid crystal material is driven by an electric field formed between the pixel electrode and the counter electrode. If necessary, an alignment film, a black matrix, and a color filter are formed on the counter substrate 1280.
[0161]
IC chips 1232 and 1233 are attached to the glass substrate on the active matrix substrate side using the surface to which the FPC 1231 is attached. These IC chips 1232 and 1233 are configured by forming circuits such as a video signal processing circuit, a timing pulse generation circuit, a γ correction circuit, a memory circuit, and an arithmetic circuit on a silicon substrate.
[0162]
Further, in this embodiment, the liquid crystal display device is described as an example, but the present invention is applied to an EL (electroluminescence) display device and an EC (electrochromic) display device as long as it is an active matrix display device. It goes without saying that it is also possible to do.
[0163]
Further, the liquid crystal display device that can be manufactured using the present invention does not matter whether it is a transmissive type or a reflective type. It is up to the practitioner to choose either. Thus, the present invention can be applied to any active matrix type electro-optical device (semiconductor device).
[0164]
Note that in manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 9 may be adopted, and the embodiments can be used in any combination.
[0165]
[Embodiment 11] The present invention can be applied to all conventional IC technologies.
That is, it can be applied to all semiconductor circuits currently on the market. For example, the present invention may be applied to a microprocessor such as a RISC processor or an ASIC processor integrated on one chip, and is represented by a liquid crystal driver circuit (D / A converter, γ correction circuit, signal dividing circuit, etc.). The present invention may be applied to a signal processing circuit and a high-frequency circuit for a portable device (mobile phone, PHS, mobile computer).
[0166]
Furthermore, it is possible to realize a semiconductor device having a three-dimensional structure in which an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a semiconductor circuit is fabricated thereon using the present invention. Thus, the present invention can be applied to all semiconductor devices in which LSI is currently used. That is, the present invention may be applied to SOI structures (TFT structures using a single crystal semiconductor thin film) such as SIMOX, Smart-Cut (registered trademark of SOITEC) and ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.).
[0167]
A semiconductor circuit such as a microprocessor is mounted on various electronic devices and functions as a central circuit. Typical electronic devices include personal computers, portable information terminal devices, and all other home appliances. Further, a computer for controlling a vehicle (such as an automobile or a train) may be used. The present invention is applicable to such a semiconductor device.
[0168]
Note that in manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 9 may be adopted, and the embodiments can be used in any combination.
[0169]
Example 12
In the first embodiment, an example in which a crystalline silicon film is used as an active layer of a TFT is shown, but in this embodiment, an example in which an amorphous silicon film is used as an active layer is shown.
[0170]
The insulating film containing boron of the present invention is suitable for an amorphous silicon TFT using an amorphous silicon film as an active layer, rather than a polysilicon TFT using a crystalline silicon film as an active layer.
[0171]
A gate electrode was formed on the substrate according to Example 1.
[0172]
Next, a gate insulating film and an amorphous silicon film are continuously formed so as to cover the gate electrode. In the case of an amorphous silicon TFT, the gate insulating film may be multi-layered as in the first embodiment. However, even if boron is mixed into the active layer made of amorphous silicon, it is not activated and does not affect the conductivity type. In this embodiment, a silicon nitride oxide film to which boron is added and an amorphous silicon film are continuously formed in the same chamber. Since oxygen is contained, the internal stress of the silicon nitride oxide film to which boron is added is typically −5 × 10 × 10. Ten dyn / cm 2 ~ 5x10 Ten dyn / cm 2 , Preferably -10 Ten dyn / cm 2 -10 Ten dyn / cm 2 This is a preferable stress range in the adhesion to the amorphous silicon film.
[0173]
Next, in the same manner as in Example 1, an insulating film (which later becomes a channel protective film) for protecting the channel formation region was formed over the amorphous semiconductor film. Note that this insulating film may also be formed continuously with the amorphous silicon film.
[0174]
In the subsequent steps, a bottom gate type TFT was completed according to Example 1.
[0175]
In this embodiment, an example in which a silicon nitride oxide film containing boron is used as one layer of a gate insulating film of a bottom gate type TFT is shown, but there is no particular limitation as long as it is an insulating film. It can be used for mask insulating films, channel protective films, protective films and the like.
[0176]
For example, a structure in which a silicon nitride oxide film containing boron is used as a gate insulating film and a silicon nitride oxide film containing boron is used as a channel protective film and a channel formation region is sandwiched between silicon nitride films containing boron is more effective. A heat dissipation effect is obtained. Alternatively, a silicon nitride film containing boron may be used as the gate insulating film, and a silicon nitride oxide film containing boron may be used as the channel protective film. Alternatively, a silicon nitride film may be used as the gate insulating film, and a silicon nitride oxide film containing boron may be used as the channel protective film.
[0177]
In manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the configurations of Embodiments 1 to 3 may be employed, and any combination of Embodiments 10 and 11 can be used. .
[0178]
Example 13
In this example, an example in which an EL (electroluminescence) display device is manufactured using the present invention will be described.
[0179]
FIG. 21A is a top view of an EL display device using the present invention. In FIG. 21A, 10 is a substrate, 11 is a pixel portion, 12 is a source side driver circuit, 13 is a gate side driver circuit, and each driver circuit reaches the FPC 17 via wirings 14 to 16 to an external device. Connected.
[0180]
At this time, a sealing material (also referred to as a housing material) 18 is provided so as to surround at least the pixel portion, preferably the drive circuit and the pixel portion. The sealing material 18 may be a metal plate or a glass plate having a recess that surrounds the element portion, or an ultraviolet curable resin. When a metal plate having a recess that surrounds the element portion is used as the sealing material 18, the sealing plate 18 is fixed to the substrate 10 with the adhesive 19, and a sealed space is formed between the substrate 10. At this time, the EL element is completely enclosed in the sealed space and is completely shielded from the outside air.
[0181]
Further, it is desirable that the gap 20 between the sealing material 18 and the substrate 10 is filled with an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) or a desiccant such as barium oxide is provided. Thereby, it is possible to suppress deterioration of the EL element due to moisture or the like.
[0182]
FIG. 21B shows a cross-sectional structure of the EL display device of this embodiment. A driving circuit TFT (here, an n-channel TFT and a p-channel TFT are combined on the substrate 10 and the base film 21). And a pixel portion TFT 23 (however, only the TFT for controlling the current to the EL element is shown here).
[0183]
The present invention can be used when forming the insulating layers of the driving circuit TFT 22 and the pixel portion TFT 23. A known technique may be used for processes other than the formation of the insulating layer. As the driving TFT 22, the NTFT and PTFT shown in FIG. 7 may be used. The pixel portion TFT 23 may be the NTFT or PTFT shown in FIG.
[0184]
When an insulating layer is formed by using the present invention and a driving circuit TFT 22 and a pixel portion TFT 23 are formed using the insulating layer as a gate insulating film, the pixel portion TFT is formed on an interlayer insulating film (planarization film) 26 made of a resin material. A pixel electrode 27 made of a transparent conductive film electrically connected to the drain of the TFT 23 is formed. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide (referred to as ITO) or a compound of indium oxide and zinc oxide can be used. Then, after the pixel electrode 27 is formed, an insulating film 28 is formed, and an opening is formed on the pixel electrode 27.
[0185]
Next, the EL layer 29 is formed. The EL layer 29 may have a laminated structure or a single layer structure by freely combining known EL materials (a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, or an electron injection layer). A known technique may be used to determine the structure. EL materials include low-molecular materials and high-molecular (polymer) materials. When a low molecular material is used, a vapor deposition method is used. When a high molecular material is used, a simple method such as a spin coating method, a printing method, or an ink jet method can be used.
[0186]
In this embodiment, the EL layer is formed by vapor deposition using a shadow mask. Color display is possible by forming a light emitting layer (a red light emitting layer, a green light emitting layer, and a blue light emitting layer) capable of emitting light having different wavelengths for each pixel using a shadow mask. In addition, there are a method in which a color conversion layer (CCM) and a color filter are combined, and a method in which a white light emitting layer and a color filter are combined, but either method may be used.
Needless to say, an EL display device emitting monochromatic light can also be used.
[0187]
After the EL layer 29 is formed, the cathode 30 is formed thereon. It is desirable to remove moisture and oxygen present at the interface between the cathode 30 and the EL layer 29 as much as possible. Therefore, it is necessary to devise such that the EL layer 29 and the cathode 30 are continuously formed in a vacuum, or the EL layer 29 is formed in an inert atmosphere and the cathode 30 is formed without being released to the atmosphere. In this embodiment, the above-described film formation is possible by using a multi-chamber type (cluster tool type) film formation apparatus.
[0188]
In this embodiment, a laminated structure of a LiF (lithium fluoride) film and an Al (aluminum) film is used as the cathode 30. Specifically, an LiF (lithium fluoride) film having a thickness of 1 nm is formed on the EL layer 29 by vapor deposition, and an aluminum film having a thickness of 300 nm is formed thereon. Of course, you may use the MgAg electrode which is a well-known cathode material. The cathode 30 is connected to the wiring 16 in a region indicated by 31. The wiring 16 is a power supply line for applying a predetermined voltage to the cathode 30, and is connected to the FPC 17 through a conductive paste material 32.
[0189]
In order to electrically connect the cathode 30 and the wiring 16 in the region indicated by 31, it is necessary to form contact holes in the interlayer insulating film 26 and the insulating film 28. These may be formed when the interlayer insulating film 26 is etched (when the pixel electrode contact hole is formed) or when the insulating film 28 is etched (when the opening before the EL layer is formed). Further, when the insulating film 28 is etched, the interlayer insulating film 26 may be etched all at once. In this case, if the interlayer insulating film 26 and the insulating film 28 are the same resin material, the shape of the contact hole can be improved.
[0190]
In addition, the wiring 16 is electrically connected to the FPC 17 through a gap (but sealed with an adhesive 19) between the sealing material 18 and the substrate 10. Although the wiring 16 has been described here, the other wirings 14 and 15 are similarly electrically connected to the FPC 17 through the sealing material 18.
[0191]
The present invention can be used in the EL display device configured as described above. By using the present invention, the electrical characteristics of the TFT can be improved. Therefore, the displayed image quality can be improved.
[0192]
[Embodiment 14] A CMOS circuit and a pixel portion formed by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices (active matrix liquid crystal display, active matrix EL display, active matrix EC display). That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated in the display unit.
[0193]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors (rear type or front type), head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones) Or an electronic book). Examples of these are shown in FIGS.
[0194]
FIG. 18A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display portion 2003, a keyboard 2004, and the like. The present invention can be applied to the image input unit 2002, the display unit 2003, and other signal control circuits.
[0195]
FIG. 18B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, an image receiving portion 2106, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2102 and other signal control circuits.
[0196]
FIG. 18C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, a display unit 2205, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2205 and other signal control circuits.
[0197]
FIG. 18D shows a goggle type display, which includes a main body 2301, a display portion 2302, an arm portion 2303, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2302 and other signal control circuits.
[0198]
FIG. 18E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display portion 2402, a speaker portion 2403, a recording medium 2404, an operation switch 2405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet.
The present invention can be applied to the display portion 2402 and other signal control circuits.
[0199]
FIG. 18F illustrates a digital camera, which includes a main body 2501, a display portion 2502, an eyepiece portion 2503, an operation switch 2504, an image receiving portion (not shown), and the like. The present invention can be applied to the display portion 2502 and other signal control circuits.
[0200]
FIG. 19A illustrates a front projector, which includes a projection device 2601, a screen 2602, and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal display device 2808 constituting a part of the projection device 2601 and other signal control circuits.
[0201]
FIG. 19B shows a rear projector, which includes a main body 2701, a projection device 2702, a mirror 2703, a screen 2704, and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal display device 2808 constituting a part of the projection device 2702 and other signal control circuits.
[0202]
Note that FIG. 19C illustrates an example of the structure of the projection devices 2601 and 2702 in FIGS. 19A and 19B. The projection devices 2601 and 2702 include a light source optical system 2801, mirrors 2802 and 2804 to 2806, a dichroic mirror 2803, a prism 2807, a liquid crystal display device 2808, a phase difference plate 2809, and a projection optical system 2810. Projection optical system 2810 includes an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in an optical path indicated by an arrow in FIG. Good.
[0203]
FIG. 19D shows an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a reflector 2811, a light source 2812, lens arrays 2813 and 2814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 2816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 19D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
[0204]
However, the projector shown in FIG. 19 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and an EL display device is not shown.
[0205]
FIG. 20A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2901, an audio output portion 2902, an audio input portion 2903, a display portion 2904, operation switches 2905, an antenna 2906, and the like. The present invention can be applied to the audio output unit 2902, the audio input unit 2903, the display unit 2904, and other signal control circuits.
[0206]
FIG. 20B illustrates a portable book (electronic book) which includes a main body 3001, a display portion 3002, a storage medium 3004, an operation switch 3005, an antenna 3006, and the like. The present invention can be applied to the display portions 3002 and 3003 and other signal circuits.
[0207]
FIG. 20C illustrates a display, which includes a main body 3101, a support base 3102, a display portion 3103, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3103. The display of the present invention is particularly advantageous when the screen is enlarged, and is advantageous for displays having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).
[0208]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields.
[0209]
Note that in manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 9 may be adopted, and the embodiments can be used in any combination. Further, the electro-optical device and the semiconductor circuit shown in Embodiments 10 and 11 may be used in such a combination.
[0210]
【The invention's effect】
As described above, the silicon nitride film (SiN) of the present invention is the main component. X B Y O Z ) Has a high thermal conductivity because it contains 0.1 to 50 atoms% or 1 to 50 atoms%, preferably 0.1 to 10 atoms% of boron element, and prevents deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to heat. Has the effect of Furthermore, since the silicon nitride-based film of the present invention has a blocking effect on mobile ions such as sodium, these ions are prevented from entering the semiconductor device, particularly the channel formation region, from the substrate or the like. It also has an effect. In addition, the silicon nitride film (SiN) of the present invention is the main component. X B Y O Z ) Contains 1-30 atoms% of oxygen, the internal stress is typically −5 × 10 Ten dyn / cm 2 ~ 5x10 Ten dyn / cm 2 , Preferably -10 Ten dyn / cm 2 -10 Ten dyn / cm 2 And higher adhesion than conventional silicon nitride film (SiN) (crystalline semiconductor film and SiN X B Y O Z Adhesion with film, or amorphous semiconductor film and SiN X B Y O Z Film adhesion), and film peeling hardly occurs.
[0211]
By using the present invention, the reliability of a semiconductor device including a CMOS circuit manufactured using TFTs, specifically, a pixel matrix circuit of a liquid crystal display device and a driver circuit provided in the periphery thereof can be improved. . As a result, the reliability of a semiconductor circuit including a TFT in a circuit and an electronic device incorporating the liquid crystal display device as a component has also been improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a TFT of Example 1;
2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 1. FIG.
3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 1. FIG.
4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 2. FIG.
5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 2. FIG.
6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 2. FIG.
7 is an explanatory diagram of a top view and a cross-sectional view of a CMOS circuit of Example 3. FIG.
8 is an explanatory diagram of a top view and a cross-sectional view of a pixel matrix circuit of Example 3. FIG.
9 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the TFT of Example 4. FIG.
10 is an explanatory diagram and a top view of a manufacturing process of a TFT of Example 4. FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a crystallization process of Example 5 and is a cross-sectional view of a substrate.
12 is an explanatory diagram of the crystallization process of Example 5, and is a cross-sectional view of the substrate. FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a gettering process of Example 6 and is a cross-sectional view of a substrate.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a gettering process of Example 7, and is a cross-sectional view of a substrate.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a gettering step according to an eighth embodiment and is a cross-sectional view of a substrate.
FIG. 16 is an explanatory diagram of Example 9 and is a cross-sectional view of a substrate.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an active matrix substrate.
FIG. 18 is an explanatory diagram of an electronic device.
FIG. 19 is an explanatory diagram of an electronic device.
FIG. 20 is an explanatory diagram of an electronic device.
FIG. 21 is an explanatory diagram of an EL display device.
FIG. 22 is a diagram showing a structure of a bottom gate TFT using amorphous silicon.

Claims (18)

絶縁表面上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられ半導体膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を有することを特徴とする半導体装置
A gate electrode provided on the insulating surface;
A gate insulating film provided on the gate electrode;
Have a, a semiconductor film was set vignetting on the gate insulating film,
The semiconductor device , wherein the gate insulating film includes a silicon nitride oxide film containing a boron element.
請求項1において、In claim 1,
前記半導体膜は、前記ゲート絶縁膜に接することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device, wherein the semiconductor film is in contact with the gate insulating film.
縁表面上に設けられた半導体膜と、
前記半導体膜上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を有することを特徴とする半導体装置
A semiconductor film formed over insulation surface,
A gate insulating film provided on the semiconductor film ;
Have a, a gate electrode provided on the gate insulating film,
The semiconductor device , wherein the gate insulating film includes a silicon nitride oxide film containing a boron element.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
記窒化酸化シリコン膜は前記ゲート電極に接ることを特徴とする半導体装置
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
Before Symbol silicon nitride oxide film, a semiconductor device which is characterized that you contact the gate electrode.
絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体膜と、を有し、
前記ゲート絶縁膜は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜を有することを特徴とする半導体装置
A gate electrode provided on the insulating film;
A gate insulating film provided on the gate electrode;
A semiconductor film provided on the gate insulating film,
The semiconductor device , wherein the gate insulating film includes a silicon nitride oxide film containing a boron element.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜が有する前記窒化酸化シリコン膜中のボロン元素の組成比率は0.1〜50atoms%であることを特徴とする半導体装置
In any one of claims 1 to 5,
Wherein a composition ratio of boron element of the silicon oxynitride film in which the gate insulating film has is 0.1~50atoms%.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜が有する前記窒化酸化シリコン膜中の酸素の組成比率は1〜30atoms%であることを特徴とする半導体装置
In the claims 1 to any one of claims 6,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a composition ratio of oxygen in the silicon nitride oxide film included in the gate insulating film is 1 to 30 atoms%.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、In any one of Claims 1 thru | or 7,
前記ゲート絶縁膜が有する前記窒化酸化シリコン膜は、窒素と酸素とシリコンとを含む絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon nitride oxide film included in the gate insulating film is an insulating film containing nitrogen, oxygen, and silicon.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記ゲート絶縁膜が有する前記窒化酸化シリコン膜の内部応力は−5×1010dyn/cm〜5×1010dyn/cmであることを特徴とする半導体装置
In any one of claims 1 to 8,
Wherein a internal stress of the silicon nitride oxide film, wherein the gate insulating film has is -5 × 10 10 dyn / cm 2 ~5 × 10 10 dyn / cm 2.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記絶縁表面は、ボロン元素を含む窒化酸化シリコン膜の表面であることを特徴とする半導体装置
In any one of claims 1 to 9,
The semiconductor device is characterized in that the insulating surface is a surface of a silicon nitride oxide film containing a boron element.
請求項1乃至請求項10のいずれか一において、
前記半導体膜は結晶質半導体を有することを特徴とする半導体装置
In any one of claims 1 to 10,
The semiconductor film is a semiconductor device characterized by having a crystalline semiconductor.
請求項1乃至請求項10のいずれか一において、
前記半導体膜は非晶質半導体を有することを特徴とする半導体装置
In any one of claims 1 to 10,
The semiconductor film is a semiconductor device characterized by having an amorphous semiconductor.
請求項1乃至請求項12のいずれか一項において、In any one of Claims 1 to 12,
前記半導体膜は、ソース領域と、ドレイン領域と、チャネル領域と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device is characterized in that the semiconductor film has at least a source region, a drain region, and a channel region.
請求項1乃至請求項13のいずれか一項において、In any one of Claims 1 thru / or Claim 13,
前記ゲート絶縁膜は、積層構造を有することを特徴とする半導体装置。The semiconductor device, wherein the gate insulating film has a stacked structure.
請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載した半導体装置を有することを特徴とする電気光学装置。An electro-optical device comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項15に記載した電気光学装置は、液晶ディスプレイ、ELディスプレイ、またはECディスプレイであることを特徴とする電気光学装置。The electro-optical device according to claim 15 is a liquid crystal display, an EL display, or an EC display. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載した半導体装置と、アンテナ又は音声出力部と、を有することを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising: the semiconductor device according to claim 1; and an antenna or an audio output unit. 請求項17において、カメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、または携帯情報端末の機能を有することを特徴とする電子機器。The electronic device according to claim 17, wherein the electronic device has a function of a camera, a projector, a head mounted display, a car navigation, a car stereo, a personal computer, or a portable information terminal.
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