JP4853845B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、結晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す)による能動回路を設けた半導体装置およびその作製方法に関する。特に本発明は、画像表示領域とその駆動回路とを同一基板上に設けた液晶表示装置に代表される電気光学装置、および電気光学装置を搭載した電子機器に好適に利用できる。尚、本明細書における半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能する装置全般を指し、上記電気光学装置およびその電気光学装置を搭載した電子機器をその範疇に含んでいる。
【0002】
【従来の技術】
従来より薄膜状の半導体を用いたTFTが知られている。薄膜状の半導体は、非晶質半導体からなるものと、結晶質半導体からなるものの2つに大別される。
【0003】
非晶質半導体は作製温度が低く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性に富むため、最も一般的に用いられており、主にアクティブマトリクス型液晶表示装置のアクティブマトリクス回路を構成するために利用されている。しかし、非晶質珪素膜を用いたTFTは動作速度が遅いため、Pチャネル型のTFTが実用化できないという問題がある。このため、非晶質半導体よりも導電性等の物性が優れている、結晶質半導体からなるTFTの作製方法の確立が強く求められている。
【0004】
結晶質半導体としては、多結晶半導体、微結晶半導体等が知られている。これら結晶質半導体を得る方法としては、
(1)成膜時に結晶質を有する膜を直接成膜する。
(2)非晶質半導体膜を成膜しておき、レーザー光を照射することによって結晶性を付与する。
(3)非晶質半導体膜を成膜しておき、熱処理によって結晶性を付与する。
といった方法が知られている。
【0005】
しかしながら、(1)の方法では、良好な半導体物性を有する膜を均一に成膜することが難しく、成膜温度も600℃以上と高温なため、安価なガラス基板が使用できないという問題があった。
【0006】
(2)の方法は、400℃以下の温度でも高品質な結晶質半導体が得られることが知られており、一般的にはエキシマレーザー光の照射による方法が行なわれている。しかしながら、レーザー光の照射面積が小さく、レーザー発振装置の安定性も充分でないため、耐熱性の低い安価なガラス基板が使用できるものの、大面積基板上の非晶質珪素を処理するためにはスループットや均一性において問題を有している。
【0007】
(3)の方法では、大面積に対応できる利点はあるが、固相結晶化現象を利用するため、結晶粒径のばらつきも大きく、600〜900℃以上の高温で数十時間にわたる熱処理が必要である。このため、スループットの問題に加え、(1)と同様に安価なガラス基板が使用できないという問題がある。
【0008】
このような問題を解決するための1つの手段として、本出願人の発明である所定の金属元素を用いて結晶化を促進させる方法(特開平8−78329号公報)がある。これは、非晶質半導体膜にNiに代表される金属元素を添加し、その後に熱処理により結晶質半導体膜を得る方法である。この方法によると、600℃以下かつ短時間で結晶質半導体膜を得ることができるので、安価なガラス基板を利用することができる。しかし、結晶質半導体膜中にNi元素が残留するので、それによって作製されるTFTは、特性のばらつき、信頼性の低下といった問題があった。
【0009】
残留Ni元素の除去に関しては、本出願人によりゲッタリング処理による方法(特開平10−214786号公報)が開示されているが、選択的にNi元素を添加するためのマスク形成工程と、ゲッタリング元素を選択的に添加するためのマスク形成工程が必要とされ、熱処理も結晶化工程とゲッタリング工程とで2回行なう必要があること、などの工程増加の問題があり、生産性やコストを悪化させていた。
【0010】
また、本出願人によりゲッタリング処理による方法(特開平11−97352号公報)が開示されているが、選択的にNi元素を添加するためのマスク形成工程と、ゲッタリング元素を選択的に添加するためのマスク形成工程とが必要であった。加えて、耐熱性の高い無機膜をマスクとして用いていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、珪素の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶質半導体を用いて作製されるTFTにおいて、工程数の増加を極力抑え、TFT特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制する技術を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、結晶化は結晶化を助長する金属元素により行ない、結晶化された領域に隣接された領域で前記金属元素のゲッタリングを行なわせることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0013】
他の発明の構成は、結晶化は結晶化を助長する金属元素により行ない、結晶化された領域に隣接された領域で前記金属元素のゲッタリングを行ない、結晶化とゲッタリングとを同一の熱処理工程で行わすことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0014】
さらに他の発明の構成は、結晶化は結晶化を助長する金属元素により行ない、結晶化された領域に隣接された領域で前記金属元素のゲッタリングが行なわれ、ゲッタリング元素は非晶質半導体に選択的に添加され、結晶化を助長する金属元素はゲッタリング元素が添加された領域(以下、ゲッタリング領域という)を含む非晶質半導体全体に添加されることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0015】
上記3つの発明の構成において、結晶化を助長する金属元素として、Niを用いることが最も好ましい。一般に金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。
【0016】
上記3つの発明の構成において、ゲッタリング元素としてはP(リン)を用いることが最も好ましかった。ゲッタリング元素としては、P、As、Sb、Nを挙げることができる。この意味でゲッタリング元素には、長周期型周期表における15族元素から選ばれたものを用いることができる。本明細書で開示する発明は、当該金属元素としてニッケル(Ni)を選択し、ゲッタリング元素として燐(P)を選択した場合に最も高い効果を得ることができる。
【0017】
結晶化を助長するための金属元素の添加やゲッタリング元素の添加方法は、イオン注入法、溶液を用いた拡散法、固体を用いた拡散法、スパッタ法やCVD法で成膜した膜から拡散させる方法、プラズマ処理法、ガス吸着法等の方法を用いることができる。またこれらの方法を組み合わせて利用することもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、アクティブマトリクス型液晶表示装置を例にとり、以下に示す実施形態において詳細な説明を行うこととする。
【0019】
[実施形態1]
図1〜図5を用いて本発明の実施形態を説明する。ここでは表示領域の画素TFTと、表示領域の周辺に設けられる駆動回路のTFTを同一基板上に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるCMOS回路と、サンプリング回路を形成するnチャネル型TFTとを図示することにする。
【0020】
図1に本実施形態の作製工程を示す。まず、コーニング1737ガラス基板101(歪点667℃)上に20〜150nm(好ましくは30〜80nm)の厚さで非晶質珪素膜102を成膜する。
【0021】
本実施形態では非晶質半導体膜として非晶質珪素膜をプラズマCVD法で55nmの厚さに成膜したが、非晶質珪素半導体以外にも非晶質珪素ゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も使用できる。
【0022】
非晶質半導体膜の成膜の際に、ガラス基板と非晶質半導体膜の間に絶縁膜を入れても良い。特に前記絶縁膜と非晶質半導体膜とを大気解放せずに連続的に形成することで、その表面が汚染されることを防ぐことが可能になり、作製するTFTの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【0023】
非晶質半導体膜の成膜方法としては、プラズマCVD法以外に減圧CVD法やスパッタ法などの公知の方法を用いることができる。
【0024】
また、本実施形態では基板101としてコーニング1737ガラスを使用したが、最終的な目的、用途に合わせて他の基板材料も使用できる事は言うまでもない。(図1(A))
【0025】
非晶質珪素膜を成膜した後、ゲッタリング元素を選択的に添加するためのマスクとして、フォトレジストによりレジストマスク103を形成し、ゲッタリング元素を選択的に添加することで、ゲッタリング領域を形成する。マスクの材料としては、例えば酸化珪素膜など、ゲッタリング元素の添加を遮れるものならどのような材料でも構わないが、本実施形態では工程を簡略化するためフォトレジストを用いた。
【0026】
ゲッタリング元素としては、燐(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、窒素(N)を挙げることができる。この意味でゲッタリング元素には、長周期型周期表の15族の元素から選ばれたものを用いることができる。本実施形態では、ゲッタリング元素として燐を用いた。具体的には、フォスフィン(PH3)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法で添加した。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【0027】
非晶質珪素膜102のうちレジストマスクで保護されていない領域に1×1019〜1×1021atoms/cm3の濃度で燐(P)を添加し、燐元素添加領域104a〜104bを得た。レジストマスクで保護された領域には燐は添加されないため、選択的に燐元素添加領域(ゲッタリング領域)104a〜104bを作ることが出来た。燐元素の添加終了後、レジストマスク103を除去した。(図1(B))
【0028】
その後、非晶質珪素膜102の結晶化を助長するための触媒元素としてのNiを含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ni含有層105を形成した。Niは非晶質珪素膜102の結晶化を助長するための金属元素触媒元素としてのうちのひとつであるが、Ni以外にも金属元素として、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。
【0029】
本発明ではNi含有層105を形成する際にスピンコート法を用いているが、触媒元素を含む薄膜をスパッタ法や蒸着法といった気相法を用いて成膜する手段をとっても良い。(図1(C))
【0030】
次に熱処理(500℃〜700℃、2〜24時間、好ましくは550℃〜600℃、4時間〜12時間)を施す。ここでは、550℃、12時間の熱処理を施した。この熱処理工程では、まず燐が添加されていない領域がNiの触媒作用により結晶化され、結晶質珪素107a〜107cを得ることが出来ると同時、または直後にNiは燐元素添加領域104a〜104bで燐と結合し、固定化された。
【0031】
燐は800℃以下ではほとんど拡散せず、また燐とNiの結合は強固であるため、最終的にNi含有領域層107に存在していたNiは、ほぼ全てがリン元素添加領域104a〜104bに固定化される。
【0032】
本実施形態における熱処理は、抵抗加熱式ヒーターを備えた加熱炉にて行なったが、例えば赤外光の照射による熱処理でも構わない。
【0033】
以上のようにして、Niの触媒作用による結晶化と、結晶化終了後のNiのゲッタリングを1回の熱処理で行なうことができた。(図1(D))
【0034】
また、この熱処理において通常の結晶成長とは異なる結晶成長が観察される。(図15(A)、図15(B))
【0035】
非晶質珪素膜の表面全面にNiが保持されているにも関わらず、リン元素添加領域の存在により、リン元素添加領域の端部から基板面と平行な方向に結晶成長している針状の結晶が図15(A)および図15(B)で観察できる。こうして形成される領域の結晶は非常に大きく、この領域をTFTのソース領域またはドレイン領域となるよう配置すると低抵抗化が図れるとともに活性化しやすくなるため有用である。
【0036】
なお、図15(A)は、575℃、12時間のアニ−ルを行った後、FPM処理を60分行った後の光学顕微鏡写真である。また、図15(B)は、550℃、12時間のアニ−ルを行った後、FPM処理を60分行った後の光学顕微鏡写真である。
【0037】
また、非晶質珪素膜は含有水素量にもよるが、好ましくは400〜500℃で1時間程度の熱処理を行い、水素を十分に脱離させてから結晶化させることが望ましい。その場合、含有水素量を5atom%以下とすることが好ましい。
【0038】
そして、結晶質珪素107a〜107cを島状にパターニングして、島状半導体層108〜111を形成する。(図1(C))
【0039】
その後、プラズマCVD法またはスパッタ法により50〜100nmの厚さの酸化珪素膜によるマスク層112を形成する。(図2(A))
【0040】
そしてレジストマスク113を設け、nチャネル型TFTを形成する島状半導体層109〜111の全面にしきい値電圧を制御する目的で1×1016〜5×1017atoms/cm3程度の濃度でp型を付与する不純物元素としてボロン(B)を添加した。ボロン(B)の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質珪素膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。
【0041】
ここでのボロン(B)添加は必ずしも必要でないが、この工程(チャネルドープ工程という)でボロン(B)を添加した半導体層114〜116はnチャネル型TFTのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった。なお、本明細書中では上記濃度範囲でp型不純物元素を含む半導体層114〜116をチャネルドープ半導体層と呼ぶ。(図2(B))
【0042】
駆動回路のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物元素を島状半導体層114、116に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク117a〜117dを形成した。n型を付与する不純物元素としては、燐(P)や砒素(As)を用いれば良く、ここでは燐(P)を添加すべく、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法を適用した。形成された不純物領域117、118の燐(P)濃度は2×1016〜5×1019atoms/cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域118〜120に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n-)と表す。また、不純物領域120は、画素マトリクス回路の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度で燐(P)を添加した。(図2(C))
【0043】
次に、マスク層112をフッ酸などにより除去して、図2(B)と図2(C)で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で500〜600℃で1〜4時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施形態では、レーザー活性化の方法を用い、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)を用い、線状ビームを形成して、発振周波数5〜50Hz、エネルギー密度100〜500mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を80〜98%として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。(図2(D))
【0044】
そして、ゲート絶縁膜121をプラズマCVD法またはスパッタ法を用いて10〜150nmの厚さで珪素を含む絶縁膜で形成する。珪素を含む絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を用いることができる。窒化酸化膜は、珪素、窒素及び酸素を所定の量で含む絶縁膜であり、SiOxNyで表される絶縁膜である。窒化酸化膜はSiH4、N2O及びNH3を原料ガスとして作製することが可能であり、含有する窒素濃度が25atomic%以上50atomic%未満とすると良い。本実施形態では、120nmの厚さで窒化酸化珪素膜を形成した。ゲート絶縁膜には、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0045】
次に、ゲート電極を形成するために第1の導電層を成膜する。この第1の導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造としても良い。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層(A)122と金属膜から成る導電層(B)123とを積層させた。導電層(B)123はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形成すれば良く、導電層(A)122は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)で形成する。また、導電層(A)122は代替材料として、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層(B)は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度に関しては30ppm以下とすると良かった。例えば、タングステン(W)は酸素濃度を30ppm以下とすることで20μΩcm以下の比抵抗値を実現することができた。
【0046】
導電層(A)122は10〜50nm(好ましくは20〜30nm)とし、導電層(B)123は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良い。本実施形態では、導電層(A)122に30nmの厚さの窒化タンタル膜を、導電層(B)123には350nmのTa膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。このスパッタ法による成膜では、スパッタ用のガスのArに適量のXeやKrを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。尚、図示しないが、導電層(A)122の下に2〜20nm程度の厚さでP(燐)をドープした珪素膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層(A)または導電層(B)が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜120に拡散するのを防ぐことができる。(図3(A))
【0047】
次に、レジストマスク124a〜124eを形成し、導電層(A)122と導電層(B)123とを一括でエッチングしてゲート電極125〜128と容量配線129を形成する。ゲート電極125〜128と容量配線129は、導電層(A)から成る125a〜128aと、導電層(B)から成る125b〜128bとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極126、127は不純物領域118、119の一部と、ゲート絶縁膜121を介して重なるように形成する。(図3(B))
【0048】
次いで、駆動回路のpチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域を形成するために、p型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極125をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、nチャネル型TFTが形成される領域はレジストマスク130で被覆しておく。そして、ジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で不純物領域131を形成した。この領域のボロン(B)濃度は3×1020〜3×1021atoms/cm3となるようにする。本明細書中では、ここで形成された不純物領域131に含まれるp型を付与する不純物元素の濃度を(p++)と表す。(図3(C))
【0049】
次に、nチャネル型TFTにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク132a〜132cを形成し、n型を付与する不純物元素が添加して不純物領域133〜137を形成した。これは、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行い、この領域の燐(P)濃度を1×1019〜1×1021atoms/cm3とした。本明細書中では、ここで形成された不純物領域133〜137に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n+)と表す。(図3(D))
【0050】
不純物領域133〜137には、既に前工程で添加された燐(P)またはボロン(B)が含まれているが、それに比して十分に高い濃度でP(燐)が添加されるので、前工程で添加された燐(P)またはボロン(B)の影響は考えなくても良い。また、不純物領域138に添加された燐(P)濃度は図3(C)で添加されたボロン(B)濃度の1/2〜1/3なのでp型の導電性が確保され、TFTの特性に何ら影響を与えることはなかった。
【0051】
そして、画素マトリクス回路のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するためのn型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極128をマスクとして自己整合的にn型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加する燐(P)の濃度は1×1016〜5×1018atoms/cm3であり、図2(C)および図3(C)と図3(D)で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域138、139のみが形成される。本明細書中では、この不純物領域138、139に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n--)と表す。(図4(A))
【0052】
その後、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熱処理工程を行う。この工程はファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)で行うことができる。ここではファーネスアニール法で活性化工程を行った。熱処理は酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜800℃、代表的には500〜600℃で行うものであり、本実施形態では550℃で4時間の熱処理を行った。また、基板101に石英基板のような耐熱性を有するものを使用した場合には、800℃で1時間の熱処理としても良く、不純物元素の活性化と、該不純物元素が添加された不純物領域とチャネル形成領域との接合を良好に形成することができた。
【0053】
この熱処理において、ゲート電極125〜128と容量配線129形成をする金属膜125b〜129bは、表面から5〜80nmの厚さで導電層(C)125c〜129cが形成される。例えば、導電層(B)125b〜129bがタングステン(W)の場合には窒化タングステン(WN)が形成され、タンタル(Ta)の場合には窒化タンタル(TaN)を形成することができる。また、導電層(C)125c〜129cは、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極125〜128と容量配線129を晒しても同様に形成することができる。さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。(図4(B))
【0054】
図6(A)および図7(A)はここまでの工程におけるTFTの上面図であり、A−A'断面およびC−C'断面は図4(B)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(A)および図9(A)の断面図に対応している。図6および図7の上面図はゲート絶縁膜を省略しているが、ここまでの工程で少なくとも島状半導体層108〜111上にゲート電極125〜128と容量配線129が図に示すように形成されている。
【0055】
活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線とする第2の導電膜を形成する。この第2の導電膜は低抵抗材料であるアルミニウム(Al)や銅(Cu)を主成分とする導電層(D)と、にチタン(Ti)やタンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)から成る導電層(E)とで形成すると良い。本実施形態では、チタン(Ti)を0.1〜2重量%含むアルミニウム(Al)膜を導電層(D)140とし、チタン(Ti)膜を導電層(E)141として形成した。導電層(D)140は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良く、導電層(E)141は50〜200(好ましくは100〜150nm)で形成すれば良い。(図4(C))
【0056】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層(E)141と導電層(D)140とをエッチング処理して、ゲート配線142、143と容量配線144を形成た。エッチング処理は最初にSiCl4とCl2とBCl3との混合ガスを用いたドライエッチング法で導電層(E)の表面から導電層(D)の途中まで除去し、その後燐酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで導電層(D)を除去することにより、下地との選択加工性を保ってゲート配線を形成することができた。
【0057】
図6(B)および図7(B)はこの状態の上面図を示し、A−A'断面およびC−C'断面は図4(D)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(B)および図9(B)のB−B'およびD−D'に対応している。図6(B)および図7(B)において、ゲート配線142、143の一部は、ゲート電極125、126、128の一部と重なり電気的に接触している。この様子はB−B'断面およびD−D'断面に対応した図8(B)および図9(B)の断面構造図からも明らかで、第1の導電層を形成する導電層(C)と第2の導電層を形成する導電層(D)とが電気的に接触している。
【0058】
第1の層間絶縁膜145は500〜1500nmの厚さで酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜で形成され、その後、それぞれの島状半導体層に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線146〜149と、ドレイン配線150〜153を形成する。図示していないが、本実施形態ではこの電極を、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の積層膜とした。
【0059】
次に、パッシベーション膜154として、窒化珪素膜、酸化珪素膜、または窒化酸化珪素膜を50〜500nm(代表的には100〜300nm)の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとTFTの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜154に開口部を形成しておいても良い。(図5(A))
【0060】
図6(C)および図7(C)のはこの状態の上面図を示し、A−A'断面およびC−C'断面は図5(A)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(C)および図9(C)のB−B'およびD−D'に対応している。図6(C)と図7(C)では第1の層間絶縁膜を省略して示すが、島状半導体層108、109、111の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース配線146、147、149とドレイン配線150、151、153が第1の層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続している。
【0061】
その後、有機樹脂からなる第2の層間絶縁膜155を1.0〜1.5μmの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、300℃で焼成して形成した。そして、第2の層間絶縁膜155にドレイン配線153に達するコンタクトホールを形成し、画素電極156、157を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施形態では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ(ITO)膜を100nmの厚さにスパッタ法で形成した。(図5(B))
【0062】
こうして同一基板上に、駆動回路のTFTと表示領域の画素TFTとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはpチャネル型TFT201、第1のnチャネル型TFT202、第2のnチャネル型TFT203、表示領域には画素TFT204、保持容量205が形成した。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0063】
駆動回路のpチャネル型TFT201には、島状半導体層108にチャネル形成領域206、ソース領域207a、207b、ドレイン領域208a,208bを有している。第1のnチャネル型TFT202には、島状半導体層109にチャネル形成領域209、ゲート電極126と重なるLDD領域210(以降、このようなLDD領域をLovと記す)、ソース領域211、ドレイン領域212を有している。このLov領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.0〜1.5μmとした。第2のnチャネル型TFT203には、島状半導体層110にチャネル形成領域213、LDD領域214,215、ソース領域216、ドレイン領域217を有している。このLDD領域はLov領域とゲート電極127と重ならないLDD領域(以降、このようなLDD領域をLoffと記す)とが形成され、このLoff領域のチャネル長方向の長さは0.3〜2.0μm、好ましくは0.5〜1.5μmである。画素TFT204には、島状半導体層111にチャネル形成領域218、219、Loff領域220〜223、ソースまたはドレイン領域224〜226を有している。Loff領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.5〜2.5μmである。さらに、容量配線129、144と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素TFT204のドレイン領域226に接続し、n型を付与する不純物元素が添加された半導体層227とから保持容量205が形成されている。図5(B)では画素TFT204をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【0064】
本実施形態では、TFTの形式としてトップゲート型の場合の例を示した。しかし、ゲート電極が活性層の下側(基板側)にあるボトムゲート型のTFTにも本発明は利用することができる。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で形成することによりLDD領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、表示領域(画面サイズ)が4インチクラス以上の表示装置に適用することが可能になる。
【0065】
[実施形態2]
本実施形態では、実施形態1における結晶化とゲッタリングの熱処理を同一の熱処理工程中に2段階に分けて行なう例である。なお、図面および符号は実施形態1と兼ねる。
【0066】
まず、実施形態1と同様に、基板101上に非晶質珪素膜102を55nmの厚さに成膜した。
【0067】
次にレジストマスク103を形成し、ゲッタリング元素として燐(P)を選択的に添加した。実施形態1と同様に、フォスフィン(PH3)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法で1×1019〜1×1021atoms/cm3の濃度で添加した。
【0068】
レジストマスク103を除去した後、非晶質珪素膜102の結晶化を助長するための触媒元素としてのNiを含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ni含有層105を形成した。
【0069】
次に加熱炉にて550℃4時間の熱処理を行ない、Niの触媒作用により非晶質珪素膜102を結晶化させ、結晶質珪素107a〜107cを得た。その後、電気炉から取り出すことなく600℃4時間の熱処理を行ない、Niのゲッタリング処理を行なった。
【0070】
一般に熱処理温度は基板材料の歪点以下で行なわれ、また、処理温度が歪点に近づくほど基板に変形を起こさせることが知られている。本実施ではコーニング1737ガラス基板(歪点667℃)を使用したが、本実施形態程度の処理温度であれば、基板の変形をほとんど起こさせることなく、処理時間を短縮することが可能であった。
【0071】
このように、結晶化とゲッタリングの処理温度を段階的に変化させることにより、実質的に2回の熱処理が行なわれてはいるが、同一の熱処理工程において行なわれたため、結果的に実施形態1よりも短時間で行なうことができた。
【0072】
処理温度を段階的に変化させるにあたっては、複数回変化させても良いし、段階的ではなく、連続的に変化させても良い。
【0073】
その後の工程は実施形態1や他の公知の方法に従ってTFTを作製する。
【0074】
[実施形態3]
本実施形態では、アクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図10に示すように、実施形態1で作製した図5(B)の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜601を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板602には、遮光膜603、透明導電膜604および配向膜605を形成した。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。そして、画素マトリクス回路と、CMOS回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ(共に図示せず)などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料606を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止した。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図10に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。
【0075】
次にこのアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図11の斜視図および図12の上面図を用いて説明する。尚、図11と図12は、図1〜図5と図10の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。また、図12で示すE―E’に沿った断面構造は、図5(B)に示す画素マトリクス回路の断面図に対応している。
【0076】
図11においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板101上に形成された、表示領域306と、走査信号駆動回路304と、画像信号駆動回路305で構成される。表示領域には画素TFT204が設けられ、周辺に設けられる駆動回路はCMOS回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路304と、画像信号駆動回路305はそれぞれゲート配線128とソース配線149で画素TFT204に接続している。また、FPC731が外部入力端子734に接続され、入力配線302、303でそれぞれの駆動回路に接続している。
【0077】
図12は表示領域306のほぼ一画素分を示す上面図である。ゲート配線143は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層111と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、n--領域でなるLoff領域が形成されている。また、161はソース配線149とソース領域224とのコンタクト部、162はドレイン配線153とドレイン領域226とのコンタクト部、163はドレイン配線153と画素電極156のコンタクト部である。保持容量205は、画素TFT204のドレイン領域226から延在する半導体層227とゲート絶縁膜を介して容量配線129、144が重なる領域で形成されている。
【0078】
なお、本実施形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施形態1で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施形態2の構成とも自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができる。
【0079】
[実施形態4]
本発明を実施して作製されたアクティブマトリクス基板および液晶表示装置並びにEL型表示装置は様々な電気光学装置に用いることができる。そして、そのような電気光学装置を表示装置として組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することがでできる。電子機器としては、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など)、ナビゲーションシステムなどが上げられる。
【0080】
図13(A)はパーソナルコンピュータであり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体2001、画像入力部2002、表示装置2003、キーボード2004で構成される。本発明は表示装置2003やその他の信号処理回路を形成することができる。
【0081】
図13(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本発明は表示装置2102やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0082】
図13(C)はテレビゲームまたはビデオゲームなどの電子遊技機器であり、CPU等の電子回路2308、記録媒体2304などが搭載された本体2301、コントローラ2305、表示装置2303、本体2301に組み込まれた表示装置2302で構成される。表示装置2303と本体2301に組み込まれた表示装置2302とは、同じ情報を表示しても良いし、前者を主表示装置とし、後者を副表示装置として記録媒体2304の情報を表示したり、機器の動作状態を表示したり、或いはタッチセンサーの機能を付加して操作盤とすることもできる。また、本体2301とコントローラ2305と表示装置2303とは、相互に信号を伝達するために有線通信としても良いし、センサ部2306、2307を設けて無線通信または光通信としても良い。本発明は、表示装置2302、2303に適用することができる。表示装置2303は従来のCRTを用いることもできる。
【0083】
図13(D)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、表示装置2402、スピーカー部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405で構成される。尚、記録媒体にはDVD(Digital Versatile Disc)やコンパクトディスク(CD)などを用い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム(またはテレビゲーム)やインターネットを介した情報表示などを行うことができる。本発明は表示装置2402やその他の信号制御回路に好適に利用することができる。
【0084】
図13(E)はデジタルカメラであり、本体2501、表示装置2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)で構成される。本発明は表示装置2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0085】
図14(A)はフロント型プロジェクターであり、光源光学系および表示装置2601、スクリーン2602で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。図14(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、光源光学系および表示装置2702、ミラー2703、スクリーン2704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0086】
なお、図14(C)に、図14(A)および図14(B)における光源光学系および表示装置2601、2702の構造の一例を示す。光源光学系および表示装置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、ビームスプリッター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は複数の光学レンズで構成される。図14(C)では液晶表示装置2808を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、図14(C)中で矢印で示した光路には適宣光学レンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフィルムや、IRフィルムなどを設けても良い。また、図14(D)は図14(C)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。尚、図14(D)に示した光源光学系は一例であって図示した構成に限定されるものではない。
【0087】
また、ここでは図示しなかったが、本発明はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセンサの読み取り回路などに適用することも可能である。このように本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0088】
このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施形態の電子機器は実施形態1〜3のどのような組み合わせから成る構成を用いても実現することができる。
【発明の効果】
本明細書で開示する発明では、
(1)非晶質半導体膜にゲッタリング領域を選択的に形成する。
(2)ゲッタリング領域も含めた非晶質半導体膜全体に結晶化を助長する金属元素を添加する。
(3)当該金属元素による非晶質半導体の結晶化と、当該金属元素のゲッタリングを同一の熱処理工程で行なう。
(3)上記ゲッタリング領域を除去し、当該金属元素により結晶化した領域を活性層として用いる。
という構成を基本的に採用する。
【0089】
こうすることで、半導体膜の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶質半導体膜を用いて作製されるTFTにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制することができる。
【0090】
また、本明細書で開示する発明は、上記効果を得ることが簡略化された作製工程において得られるという特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図2】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図3】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図4】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図5】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図6】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。
【図7】 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。
【図8】 駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。
【図9】 画素TFTの作製工程を示す上面図。
【図10】 液晶表示装置の構造を示す断面図。
【図11】 液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図12】 表示領域の画素を示す上面図
【図13】 電子機器の一例を示す図。
【図14】 電子機器の一例を示す図。
【図15】 光学顕微鏡による結晶成長の写真図。
【符号の説明】
101 基板
102 非晶質珪素膜
103a〜103c レジストマスク
104a〜104b 燐元素添加領域(ゲッタリング領域)
105 Ni含有層
106 Niの動き
107a〜107c 結晶質珪素
108〜111 島状半導体層
112 マスク層
113 レジストマスク
114から116 チャネルドープ半導体層
117a〜117d レジストマスク
118〜120 n-型不純物領域
121 ゲート絶縁膜
122 導電層(A)
123 導電層(B)
124a〜124e レジストマスク
125〜128 ゲート電極
129 容量配線
125c〜129c 導電層(C)
130 レジストマスク
131 P++不純物領域
132a〜132c レジストマスク
133〜137 n+不純物領域
138〜139 n--不純物領域
140 導電層(D)
141 導電層(E)
142〜143 ゲート配線
144 容量配線
145 第1の層間絶縁膜
146〜149 ソース配線
150〜153 ドレイン配線
154 パッシベーション膜
155 第2の層間絶縁膜
156〜157 画素電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device provided with an active circuit using a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a crystalline semiconductor film and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention can be suitably used for an electro-optical device typified by a liquid crystal display device in which an image display region and a drive circuit thereof are provided on the same substrate, and an electronic apparatus equipped with the electro-optical device. Note that the semiconductor device in this specification refers to all devices that function by utilizing semiconductor characteristics, and includes the above-described electro-optical device and an electronic apparatus in which the electro-optical device is mounted.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, TFTs using thin-film semiconductors are known. Thin film semiconductors are roughly classified into two types: those made of an amorphous semiconductor and those made of a crystalline semiconductor.
[0003]
Amorphous semiconductors are most commonly used because they have a low fabrication temperature, can be fabricated relatively easily by a vapor phase method, and are mass-productive. They are mainly used in active matrix liquid crystal display devices. It is used to construct a circuit. However, since TFTs using an amorphous silicon film have a low operating speed, there is a problem that P-channel TFTs cannot be put into practical use. For this reason, establishment of a manufacturing method of a TFT made of a crystalline semiconductor, which is superior in physical properties such as conductivity to an amorphous semiconductor, is strongly demanded.
[0004]
Known crystalline semiconductors include polycrystalline semiconductors and microcrystalline semiconductors. As a method for obtaining these crystalline semiconductors,
(1) A film having crystallinity is directly formed at the time of film formation.
(2) An amorphous semiconductor film is formed, and crystallinity is imparted by irradiating laser light.
(3) An amorphous semiconductor film is formed and crystallinity is imparted by heat treatment.
Such a method is known.
[0005]
However, the method (1) has a problem that it is difficult to uniformly form a film having good semiconductor properties and the film forming temperature is as high as 600 ° C. or higher, so that an inexpensive glass substrate cannot be used. .
[0006]
In the method (2), it is known that a high-quality crystalline semiconductor can be obtained even at a temperature of 400 ° C. or lower. Generally, a method by excimer laser light irradiation is performed. However, since the irradiation area of the laser beam is small and the stability of the laser oscillation device is not sufficient, an inexpensive glass substrate with low heat resistance can be used, but throughput is required to process amorphous silicon on a large area substrate. And have problems with uniformity.
[0007]
Although the method (3) has the advantage of being able to cope with a large area, since the solid-phase crystallization phenomenon is used, the variation in crystal grain size is large, and heat treatment for several tens of hours is required at a high temperature of 600 to 900 ° C. or higher. It is. For this reason, in addition to the problem of throughput, there is a problem that an inexpensive glass substrate cannot be used as in (1).
[0008]
As one means for solving such a problem, there is a method (JP-A-8-78329) for promoting crystallization using a predetermined metal element which is the invention of the present applicant. This is a method in which a metal element typified by Ni is added to an amorphous semiconductor film, and then a crystalline semiconductor film is obtained by heat treatment. According to this method, since a crystalline semiconductor film can be obtained at 600 ° C. or less and in a short time, an inexpensive glass substrate can be used. However, since Ni element remains in the crystalline semiconductor film, TFTs manufactured thereby have problems such as variation in characteristics and deterioration in reliability.
[0009]
Regarding removal of residual Ni element, the present applicant has disclosed a method by a gettering process (Japanese Patent Laid-Open No. 10-214786). However, a mask forming process for selectively adding Ni element, and gettering are disclosed. The mask formation process for selectively adding the elements is required, and the heat treatment needs to be performed twice in the crystallization process and the gettering process. It was getting worse.
[0010]
Further, a method by a gettering process (Japanese Patent Laid-Open No. 11-97352) has been disclosed by the present applicant, but a mask forming step for selectively adding Ni element and a gettering element are selectively added. And a mask forming process for this purpose. In addition, an inorganic film having high heat resistance is used as a mask.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, in a TFT manufactured using a crystalline semiconductor obtained by using a metal element that promotes crystallization of silicon, an increase in the number of processes is suppressed as much as possible, and the TFT element has an adverse effect on the TFT characteristics. It is an object of the present invention to provide a technique for suppressing the problem.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
One of the inventions disclosed in this specification is characterized in that crystallization is performed using a metal element that promotes crystallization, and gettering of the metal element is performed in a region adjacent to the crystallized region. A method for manufacturing a semiconductor device.
[0013]
In another aspect of the invention, crystallization is performed by a metal element that promotes crystallization, gettering of the metal element is performed in a region adjacent to the crystallized region, and crystallization and gettering are performed in the same heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed in a process.
[0014]
In still another aspect of the invention, crystallization is performed by a metal element that promotes crystallization, and gettering of the metal element is performed in a region adjacent to the crystallized region, and the gettering element is an amorphous semiconductor. In the semiconductor device, the metal element that is selectively added to and promotes crystallization is added to the entire amorphous semiconductor including a region to which a gettering element is added (hereinafter referred to as a gettering region). This is a manufacturing method.
[0015]
In the structures of the three inventions described above, it is most preferable to use Ni as the metal element that promotes crystallization. In general, as the metal element, one or more kinds selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, Ge, Pb, and In can be used.
[0016]
In the configurations of the three inventions described above, it was most preferable to use P (phosphorus) as the gettering element. Examples of the gettering element include P, As, Sb, and N. In this sense, the gettering element may be selected from group 15 elements in the long-period periodic table. The invention disclosed in this specification can obtain the highest effect when nickel (Ni) is selected as the metal element and phosphorus (P) is selected as the gettering element.
[0017]
Metal element addition and gettering element addition methods for promoting crystallization are ion implantation, diffusion using a solution, diffusion using a solid, diffusion from a film formed by sputtering or CVD. A method such as a plasma treatment method, a gas adsorption method or the like can be used. A combination of these methods can also be used.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail in the following embodiments, taking an active matrix liquid crystal display device as an example.
[0019]
[Embodiment 1]
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing a pixel TFT in the display area and a TFT in a driver circuit provided around the display area on the same substrate will be described in detail according to the process. However, in order to simplify the description, a CMOS circuit that is a basic circuit such as a shift register circuit and a buffer circuit is shown in the control circuit, and an n-channel TFT that forms a sampling circuit.
[0020]
FIG. 1 shows a manufacturing process of this embodiment. First, an amorphous silicon film 102 is formed to a thickness of 20 to 150 nm (preferably 30 to 80 nm) on a Corning 1737 glass substrate 101 (strain point 667 ° C.).
[0021]
In this embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed by plasma CVD as an amorphous semiconductor film. However, in addition to an amorphous silicon semiconductor, a compound semiconductor film such as an amorphous silicon germanium film is also used. Can be used.
[0022]
An insulating film may be interposed between the glass substrate and the amorphous semiconductor film when the amorphous semiconductor film is formed. In particular, the insulating film and the amorphous semiconductor film are continuously formed without being exposed to the atmosphere, so that the surface can be prevented from being contaminated. Voltage fluctuation can be reduced.
[0023]
As a method for forming the amorphous semiconductor film, a known method such as a low pressure CVD method or a sputtering method can be used in addition to the plasma CVD method.
[0024]
In this embodiment, Corning 1737 glass is used as the substrate 101, but it goes without saying that other substrate materials can be used according to the final purpose and application. (Fig. 1 (A))
[0025]
After the amorphous silicon film is formed, a resist mask 103 is formed with a photoresist as a mask for selectively adding a gettering element, and a gettering element is selectively added to obtain a gettering region. Form. The mask material may be any material that can block the addition of the gettering element, such as a silicon oxide film, but in this embodiment, a photoresist is used to simplify the process.
[0026]
Examples of the gettering element include phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and nitrogen (N). In this sense, the gettering element may be selected from elements of Group 15 of the long-period periodic table. In this embodiment, phosphorus is used as the gettering element. Specifically, phosphine (PH Three ) Was added by plasma-excited ion doping without mass separation. Of course, an ion implantation method for performing mass separation may be used.
[0027]
In the region of the amorphous silicon film 102 not protected by the resist mask, 1 × 10 19 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three Phosphorus (P) was added at a concentration of 5 to obtain phosphorus element added regions 104a to 104b. Since phosphorus is not added to the region protected by the resist mask, the phosphorus element added regions (gettering regions) 104a to 104b can be selectively formed. After the addition of phosphorus element, the resist mask 103 was removed. (Fig. 1 (B))
[0028]
Thereafter, a solution containing Ni as a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous silicon film 102 was applied by a spin coating method to form a Ni-containing layer 105. Ni is one of the metal element catalytic elements for promoting the crystallization of the amorphous silicon film 102. In addition to Ni, the metal elements include Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, and Ir. , Pt, Cu, Au, Ge, Pb, or In can be used.
[0029]
In the present invention, the spin coating method is used when the Ni-containing layer 105 is formed. However, a means for forming a thin film containing a catalytic element using a vapor phase method such as a sputtering method or a vapor deposition method may be used. (Figure 1 (C))
[0030]
Next, heat treatment (500 ° C. to 700 ° C., 2 to 24 hours, preferably 550 ° C. to 600 ° C., 4 hours to 12 hours) is performed. Here, heat treatment was performed at 550 ° C. for 12 hours. In this heat treatment step, first, a region to which phosphorus is not added is crystallized by the catalytic action of Ni to obtain crystalline silicon 107a to 107c. Bound with phosphorus and immobilized.
[0031]
Phosphorus hardly diffuses below 800 ° C., and the bond between phosphorus and Ni is strong, so that the Ni finally existing in the Ni-containing region layer 107 is almost entirely in the phosphorus element-added regions 104a to 104b. Fixed.
[0032]
The heat treatment in this embodiment is performed in a heating furnace provided with a resistance heater, but may be a heat treatment by irradiation with infrared light, for example.
[0033]
As described above, crystallization by the catalytic action of Ni and gettering of Ni after the completion of crystallization could be performed by one heat treatment. (Figure 1 (D))
[0034]
In addition, crystal growth different from normal crystal growth is observed in this heat treatment. (FIGS. 15A and 15B)
[0035]
Although Ni is retained on the entire surface of the amorphous silicon film, the needle-like crystal grows in the direction parallel to the substrate surface from the end of the phosphorus element addition region due to the presence of the phosphorus element addition region. Can be observed in FIG. 15 (A) and FIG. 15 (B). The crystal of the region formed in this way is very large, and it is useful to arrange this region so as to become the source region or drain region of the TFT, since it can reduce the resistance and facilitate activation.
[0036]
FIG. 15A is an optical micrograph after FPM treatment for 60 minutes after annealing at 575 ° C. for 12 hours. FIG. 15B is an optical micrograph after annealing at 550 ° C. for 12 hours and then FPM treatment for 60 minutes.
[0037]
Further, although the amorphous silicon film depends on the amount of hydrogen contained, it is preferable to perform heat treatment at 400 to 500 ° C. for about 1 hour to crystallize after sufficiently desorbing hydrogen. In that case, the hydrogen content is preferably 5 atom% or less.
[0038]
Then, the crystalline silicon 107a to 107c is patterned into an island shape to form island-shaped semiconductor layers 108 to 111. (Figure 1 (C))
[0039]
Thereafter, a mask layer 112 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 to 100 nm is formed by plasma CVD or sputtering. (Fig. 2 (A))
[0040]
Then, a resist mask 113 is provided and 1 × 10 6 for the purpose of controlling the threshold voltage over the entire surface of the island-shaped semiconductor layers 109 to 111 for forming the n-channel TFT. 16 ~ 5x10 17 atoms / cm Three Boron (B) was added as an impurity element imparting p-type at a moderate concentration. Boron (B) may be added by an ion doping method, or may be added simultaneously with the formation of an amorphous silicon film.
[0041]
The boron (B) addition here is not necessarily required, but the semiconductor layers 114 to 116 to which boron (B) is added in this step (referred to as channel doping step) have the threshold voltage of the n-channel TFT within a predetermined range. It was preferable to form to fit in. Note that in this specification, the semiconductor layers 114 to 116 containing a p-type impurity element in the above concentration range are referred to as channel-doped semiconductor layers. (Fig. 2 (B))
[0042]
In order to form the LDD region of the n-channel TFT of the driver circuit, an impurity element imparting n-type conductivity is selectively added to the island-like semiconductor layers 114 and 116. Therefore, resist masks 117a to 117d are formed in advance. As the impurity element imparting n-type conductivity, phosphorus (P) or arsenic (As) may be used. Here, phosphine (PH) is added to add phosphorus (P). Three ) Was applied. The formed impurity regions 117 and 118 have a phosphorus (P) concentration of 2 × 10 16 ~ 5x10 19 atoms / cm Three It may be in the range. In this specification, the concentration of the impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 118 to 120 formed here is defined as (n - ). The impurity region 120 is a semiconductor layer for forming a storage capacitor of the pixel matrix circuit, and phosphorus (P) is added to this region at the same concentration. (Fig. 2 (C))
[0043]
Next, the mask layer 112 is removed with hydrofluoric acid or the like, and a step of activating the impurity element added in FIGS. 2B and 2C is performed. The activation can be performed by a heat treatment at 500 to 600 ° C. for 1 to 4 hours or a laser activation method in a nitrogen atmosphere. Moreover, you may carry out using both together. In this embodiment, a laser activation method is used, a KrF excimer laser beam (wavelength 248 nm) is used to form a linear beam, an oscillation frequency of 5 to 50 Hz, and an energy density of 100 to 500 mJ / cm. 2 As a result, the entire surface of the substrate on which the island-shaped semiconductor layer was formed was processed by scanning the linear beam with an overlap ratio of 80 to 98%. Note that there are no particular limitations on the irradiation conditions of the laser beam, and the practitioner may make an appropriate decision. (Fig. 2 (D))
[0044]
Then, the gate insulating film 121 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 10 to 150 nm using a plasma CVD method or a sputtering method. As the insulating film containing silicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film can be used. The nitrided oxide film is an insulating film containing silicon, nitrogen, and oxygen in predetermined amounts, and is an insulating film represented by SiOxNy. The nitrided oxide film is SiH Four , N 2 O and NH Three Can be produced as a raw material gas, and the concentration of nitrogen contained is preferably 25 atomic% or more and less than 50 atomic%. In this embodiment, the silicon nitride oxide film is formed with a thickness of 120 nm. As the gate insulating film, another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0045]
Next, a first conductive layer is formed to form a gate electrode. The first conductive layer may be formed as a single layer, but may have a laminated structure such as two layers or three layers as necessary. In this embodiment, the conductive layer (A) 122 made of a conductive nitride metal film and the conductive layer (B) 123 made of a metal film are laminated. The conductive layer (B) 123 is an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W), an alloy containing the element as a main component, or an alloy film in which the elements are combined. (Typically, the conductive layer (A) 122 may be formed of tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN) film, nitride). It is made of molybdenum (MoN). Alternatively, tungsten silicide, titanium silicide, or molybdenum silicide may be applied to the conductive layer (A) 122 as an alternative material. In the conductive layer (B), the concentration of impurities contained in the conductive layer (B) should be reduced in order to reduce the resistance. For example, tungsten (W) was able to realize a specific resistance value of 20 μΩcm or less by setting the oxygen concentration to 30 ppm or less.
[0046]
The conductive layer (A) 122 may be 10 to 50 nm (preferably 20 to 30 nm), and the conductive layer (B) 123 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). In this embodiment, a 30 nm thick tantalum nitride film is used for the conductive layer (A) 122 and a 350 nm Ta film is used for the conductive layer (B) 123, both of which are formed by sputtering. In film formation by this sputtering method, if an appropriate amount of Xe or Kr is added to the sputtering gas Ar, the internal stress of the film to be formed can be relaxed and the film can be prevented from peeling. Although not shown, it is effective to form a silicon film doped with P (phosphorus) with a thickness of about 2 to 20 nm under the conductive layer (A) 122. This improves adhesion and prevents oxidation of the conductive film formed thereon, and at the same time, an alkali metal element contained in a trace amount in the conductive layer (A) or the conductive layer (B) diffuses into the gate insulating film 120. Can be prevented. (Fig. 3 (A))
[0047]
Next, resist masks 124a to 124e are formed, and the conductive layer (A) 122 and the conductive layer (B) 123 are etched together to form gate electrodes 125 to 128 and a capacitor wiring 129. The gate electrodes 125 to 128 and the capacitor wiring 129 are integrally formed of 125a to 128a made of a conductive layer (A) and 125b to 128b made of a conductive layer (B). At this time, the gate electrodes 126 and 127 formed in the driver circuit are formed so as to overlap with part of the impurity regions 118 and 119 with the gate insulating film 121 interposed therebetween. (Fig. 3 (B))
[0048]
Next, in order to form a source region and a drain region of the p-channel TFT of the driver circuit, a step of adding an impurity element imparting p-type is performed. Here, impurity regions are formed in a self-aligning manner using the gate electrode 125 as a mask. At this time, a region where the n-channel TFT is formed is covered with a resist mask 130. And diborane (B 2 H 6 The impurity region 131 was formed by an ion doping method using). The boron (B) concentration in this region is 3 × 10 20 ~ 3x10 twenty one atoms / cm Three To be. In this specification, the concentration of the impurity element imparting p-type contained in the impurity region 131 formed here is defined as (p ++ ). (Fig. 3 (C))
[0049]
Next, in the n-channel TFT, an impurity region functioning as a source region or a drain region was formed. Resist masks 132a to 132c were formed, and an impurity element imparting n-type conductivity was added to form impurity regions 133 to 137. This is the phosphine (PH Three ), And the phosphorus (P) concentration in this region is 1 × 10 19 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three It was. In this specification, the concentration of the impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 133 to 137 formed here is defined as (n + ). (Fig. 3 (D))
[0050]
The impurity regions 133 to 137 already contain phosphorus (P) or boron (B) added in the previous step, but P (phosphorus) is added at a sufficiently higher concentration than that. The influence of phosphorus (P) or boron (B) added in the previous step may not be considered. Further, since the phosphorus (P) concentration added to the impurity region 138 is 1/2 to 1/3 of the boron (B) concentration added in FIG. 3C, p-type conductivity is ensured, and TFT characteristics are obtained. It had no effect on.
[0051]
Then, an impurity adding step for imparting n-type for forming the LDD region of the n-channel TFT of the pixel matrix circuit was performed. Here, an impurity element imparting n-type in a self-aligning manner is added by ion doping using the gate electrode 128 as a mask. The concentration of phosphorus (P) to be added is 1 × 10 16 ~ 5x10 18 atoms / cm Three By adding the impurity element at a concentration lower than that of the impurity element added in FIGS. 2C, 3C, and 3D, substantially only the impurity regions 138 and 139 are formed. The In this specification, the concentration of an impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 138 and 139 is set to (n - ). (Fig. 4 (A))
[0052]
Thereafter, a heat treatment process is performed to activate the impurity element imparting n-type or p-type added at each concentration. This step can be performed by a furnace annealing method, a laser annealing method, or a rapid thermal annealing method (RTA method). Here, the activation process was performed by furnace annealing. The heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less, at 400 to 800 ° C., typically 500 to 600 ° C. In this embodiment, the heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. went. Further, in the case where a substrate 101 having heat resistance such as a quartz substrate is used, heat treatment may be performed at 800 ° C. for 1 hour, and activation of the impurity element, impurity region to which the impurity element is added, and A good junction with the channel formation region could be formed.
[0053]
In this heat treatment, the conductive layers (C) 125c to 129c are formed with a thickness of 5 to 80 nm from the surface of the metal films 125b to 129b forming the gate electrodes 125 to 128 and the capacitor wiring 129. For example, when the conductive layers (B) 125b to 129b are tungsten (W), tungsten nitride (WN) can be formed, and when tantalum (Ta) is used, tantalum nitride (TaN) can be formed. The conductive layers (C) 125c to 129c can be formed in the same manner even when the gate electrodes 125 to 128 and the capacitor wiring 129 are exposed to a plasma atmosphere containing nitrogen using nitrogen or ammonia. Further, a heat treatment was performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed. (Fig. 4 (B))
[0054]
FIGS. 6A and 7A are top views of the TFT in the steps up to here, and the AA ′ section and the CC ′ section are taken along the lines AA ′ and CC of FIG. 4B. It corresponds to '. Further, the BB ′ cross section and the DD ′ cross section correspond to the cross sectional views of FIGS. 8A and 9A. Although the gate insulating film is omitted in the top views of FIGS. 6 and 7, the gate electrodes 125 to 128 and the capacitor wiring 129 are formed on at least the island-like semiconductor layers 108 to 111 as shown in the drawings through the steps so far. Has been.
[0055]
When the activation and hydrogenation steps are completed, a second conductive film is formed as a gate wiring. This second conductive film includes a conductive layer (D) mainly composed of aluminum (Al) or copper (Cu), which is a low resistance material, and titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum. It is good to form with the conductive layer (E) which consists of (Mo). In this embodiment, an aluminum (Al) film containing 0.1 to 2 wt% of titanium (Ti) is formed as the conductive layer (D) 140, and a titanium (Ti) film is formed as the conductive layer (E) 141. The conductive layer (D) 140 may have a thickness of 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm), and the conductive layer (E) 141 may have a thickness of 50 to 200 (preferably 100 to 150 nm). (Fig. 4 (C))
[0056]
Then, in order to form a gate wiring connected to the gate electrode, the conductive layer (E) 141 and the conductive layer (D) 140 were etched to form gate wirings 142 and 143 and a capacitor wiring 144. The etching process starts with SiCl Four And Cl 2 And BCl Three The conductive layer (E) is removed from the surface of the conductive layer (E) to the middle of the conductive layer (D) by a dry etching method using a mixed gas with, and then the conductive layer (D) is removed by wet etching with a phosphoric acid-based etching solution. The gate wiring could be formed while maintaining the selective processability with the base.
[0057]
6B and 7B are top views of this state, and the AA ′ and CC ′ cross sections correspond to AA ′ and CC ′ in FIG. 4D. ing. Further, the BB ′ section and the DD ′ section correspond to BB ′ and DD ′ in FIGS. 8B and 9B. 6B and 7B, part of the gate wirings 142 and 143 overlaps with part of the gate electrodes 125, 126, and 128 and is in electrical contact. This state is also apparent from the cross-sectional structure diagrams of FIGS. 8B and 9B corresponding to the BB ′ cross section and the DD ′ cross section, and the conductive layer (C) forming the first conductive layer. And the conductive layer (D) forming the second conductive layer are in electrical contact.
[0058]
The first interlayer insulating film 145 is formed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film with a thickness of 500 to 1500 nm, and then a contact hole reaching the source region or the drain region formed in each island-like semiconductor layer is formed. Then, source wirings 146 to 149 and drain wirings 150 to 153 are formed. Although not shown, in this embodiment, the electrode is a laminated film having a three-layer structure in which a Ti film is 100 nm, an aluminum film containing Ti is 300 nm, and a Ti film is 150 nm continuously formed by sputtering.
[0059]
Next, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film is formed as the passivation film 154 with a thickness of 50 to 500 nm (typically 100 to 300 nm). When the hydrogenation treatment was performed in this state, favorable results were obtained with respect to the improvement of TFT characteristics. For example, heat treatment may be performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen, or the same effect can be obtained by using a plasma hydrogenation method. Here, an opening may be formed in the passivation film 154 at a position where a contact hole for connecting the pixel electrode and the drain wiring is formed later. (Fig. 5 (A))
[0060]
6C and 7C show top views of this state, and the AA ′ and CC ′ sections correspond to AA ′ and CC ′ in FIG. 5A. is doing. The BB ′ cross section and the DD ′ cross section correspond to BB ′ and DD ′ in FIGS. 8C and 9C. Although the first interlayer insulating film is omitted in FIGS. 6C and 7C, source wirings 146, 147, and non-illustrated source and drain regions of the island-shaped semiconductor layers 108, 109, and 111 are illustrated. 149 and drain wirings 150, 151, and 153 are connected through a contact hole formed in the first interlayer insulating film.
[0061]
Thereafter, a second interlayer insulating film 155 made of an organic resin is formed to a thickness of 1.0 to 1.5 μm. As the organic resin, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, BCB (benzocyclobutene), or the like can be used. Here, it was formed by baking at 300 ° C. using a type of polyimide that is thermally polymerized after being applied to the substrate. Then, a contact hole reaching the drain wiring 153 is formed in the second interlayer insulating film 155, and pixel electrodes 156 and 157 are formed. The pixel electrode may be a transparent conductive film in the case of a transmissive liquid crystal display device, and may be a metal film in the case of a reflective liquid crystal display device. In this embodiment, an indium tin oxide (ITO) film is formed to a thickness of 100 nm by sputtering in order to obtain a transmissive liquid crystal display device. (Fig. 5 (B))
[0062]
In this way, a substrate having the TFTs of the driving circuit and the pixel TFTs of the display area on the same substrate could be completed. A p-channel TFT 201, a first n-channel TFT 202, and a second n-channel TFT 203 are formed in the driver circuit, and a pixel TFT 204 and a storage capacitor 205 are formed in the display region. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0063]
The p-channel TFT 201 of the driver circuit includes a channel formation region 206, source regions 207a and 207b, and drain regions 208a and 208b in the island-shaped semiconductor layer 108. The first n-channel TFT 202 includes an LDD region 210 that overlaps the island-shaped semiconductor layer 109 with a channel formation region 209 and a gate electrode 126 (hereinafter, such an LDD region is referred to as Lov), a source region 211, and a drain region 212. have. The length of the Lov region in the channel length direction is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.0 to 1.5 μm. The second n-channel TFT 203 has a channel formation region 213, LDD regions 214 and 215, a source region 216, and a drain region 217 in the island-shaped semiconductor layer 110. This LDD region is formed with an LDD region that does not overlap with the Lov region and the gate electrode 127 (hereinafter, such LDD region is referred to as Loff), and the length of the Loff region in the channel length direction is 0.3-2. It is 0 μm, preferably 0.5 to 1.5 μm. The pixel TFT 204 includes channel formation regions 218 and 219, Loff regions 220 to 223, and source or drain regions 224 to 226 in the island-shaped semiconductor layer 111. The length of the Loff region in the channel length direction is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.5 to 2.5 μm. Further, the storage capacitor 205 includes a capacitor wiring 129, 144, an insulating film made of the same material as the gate insulating film, and a semiconductor layer 227 connected to the drain region 226 of the pixel TFT 204 and doped with an impurity element imparting n-type conductivity. Is formed. Although the pixel TFT 204 has a double gate structure in FIG. 5B, it may have a single gate structure or a multi-gate structure in which a plurality of gate electrodes are provided.
[0064]
In the present embodiment, an example in which the top gate type is used as the TFT type has been described. However, the present invention can also be used for a bottom-gate TFT in which the gate electrode is on the lower side (substrate side) of the active layer. Furthermore, the LDD region, the source region, and the drain region can be easily activated by forming the gate electrode from a heat-resistant conductive material, and the wiring resistance can be sufficiently reduced by forming the gate electrode from a low-resistance material. Therefore, the display area (screen size) can be applied to a display device of 4 inch class or more.
[0065]
[Embodiment 2]
This embodiment is an example in which the crystallization and gettering heat treatments in the first embodiment are performed in two stages in the same heat treatment step. Note that the drawings and reference numerals are also used in the first embodiment.
[0066]
First, as in the first embodiment, an amorphous silicon film 102 was formed to a thickness of 55 nm on the substrate 101.
[0067]
Next, a resist mask 103 was formed, and phosphorus (P) was selectively added as a gettering element. As in the first embodiment, the phosphine (PH Three 1 × 10 by ion doping with plasma excitation without mass separation 19 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three Was added at a concentration of
[0068]
After removing the resist mask 103, a solution containing Ni as a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous silicon film 102 was applied by a spin coating method to form a Ni-containing layer 105.
[0069]
Next, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours in a heating furnace, and the amorphous silicon film 102 was crystallized by the catalytic action of Ni to obtain crystalline silicon 107a to 107c. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. for 4 hours without taking out from the electric furnace, and Ni gettering treatment was performed.
[0070]
In general, the heat treatment temperature is lower than the strain point of the substrate material, and it is known that the substrate is deformed as the treatment temperature approaches the strain point. In this embodiment, a Corning 1737 glass substrate (strain point 667 ° C.) was used. However, if the processing temperature is about the same as that of the present embodiment, the processing time can be shortened with almost no deformation of the substrate. .
[0071]
As described above, the crystallization and gettering treatment temperatures are changed stepwise, so that substantially two heat treatments are performed. It was possible to carry out in less time than 1.
[0072]
In changing the processing temperature stepwise, it may be changed a plurality of times, or may be changed continuously instead of stepwise.
[0073]
Subsequent steps are to produce TFTs according to the first embodiment and other known methods.
[0074]
[Embodiment 3]
In this embodiment, a process of manufacturing an active matrix liquid crystal display device from an active matrix substrate will be described. As shown in FIG. 10, an alignment film 601 is formed on the active matrix substrate in the state of FIG. Usually, a polyimide resin is often used for the alignment film of the liquid crystal display element. A light shielding film 603, a transparent conductive film 604, and an alignment film 605 were formed on the counter substrate 602 on the counter side. After the alignment film was formed, rubbing treatment was performed so that the liquid crystal molecules were aligned with a certain pretilt angle. Then, the pixel matrix circuit, the active matrix substrate on which the CMOS circuit is formed, and the counter substrate are bonded to each other through a sealing material, a spacer (both not shown), or the like by a known cell assembling process. Thereafter, a liquid crystal material 606 was injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. Thus, the active matrix liquid crystal display device shown in FIG. 10 was completed.
[0075]
Next, the configuration of the active matrix liquid crystal display device will be described with reference to the perspective view of FIG. 11 and the top view of FIG. 11 and 12 use the same reference numerals in order to correspond to the cross-sectional structure diagrams of FIGS. 1 to 5 and FIG. A cross-sectional structure taken along line EE ′ shown in FIG. 12 corresponds to the cross-sectional view of the pixel matrix circuit shown in FIG.
[0076]
In FIG. 11, the active matrix substrate includes a display region 306, a scanning signal driving circuit 304, and an image signal driving circuit 305 formed on the glass substrate 101. A pixel TFT 204 is provided in the display area, and a driving circuit provided in the periphery is configured based on a CMOS circuit. The scanning signal driving circuit 304 and the image signal driving circuit 305 are connected to the pixel TFT 204 by a gate wiring 128 and a source wiring 149, respectively. Further, the FPC 731 is connected to the external input terminal 734 and is connected to the respective drive circuits by the input wirings 302 and 303.
[0077]
FIG. 12 is a top view showing almost one pixel in the display area 306. The gate wiring 143 intersects the semiconductor layer 111 thereunder through a gate insulating film (not shown). Although not shown, the semiconductor layer includes a source region, a drain region, and n - A Loff region formed of a region is formed. Reference numeral 161 denotes a contact portion between the source wiring 149 and the source region 224, 162 denotes a contact portion between the drain wiring 153 and the drain region 226, and 163 denotes a contact portion between the drain wiring 153 and the pixel electrode 156. The storage capacitor 205 is formed in a region where the capacitor wirings 129 and 144 overlap with the semiconductor layer 227 extending from the drain region 226 of the pixel TFT 204 and the gate insulating film.
[0078]
Note that although the active matrix liquid crystal display device of this embodiment has been described with reference to the structure described in Embodiment 1, an active matrix liquid crystal display device can be manufactured by freely combining with the structure of Embodiment 2. it can.
[0079]
[Embodiment 4]
An active matrix substrate, a liquid crystal display device, and an EL display device manufactured by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices. The present invention can be applied to all electronic devices in which such an electro-optical device is incorporated as a display device. Examples of electronic devices include personal computers, digital cameras, video cameras, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), navigation systems, and the like.
[0080]
FIG. 13A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001 including a microprocessor and a memory, an image input portion 2002, a display device 2003, and a keyboard 2004. The present invention can form the display device 2003 and other signal processing circuits.
[0081]
FIG. 13B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 2106. The present invention can be applied to the display device 2102 and other signal control circuits.
[0082]
FIG. 13C illustrates an electronic game device such as a video game or a video game, which is incorporated in a main body 2301, a controller 2305, a display device 2303, and a main body 2301 on which an electronic circuit 2308 such as a CPU and a recording medium 2304 are mounted. A display device 2302 is included. The display device 2303 and the display device 2302 incorporated in the main body 2301 may display the same information, or display the information on the recording medium 2304 using the former as a main display device and the latter as a sub display device. The operation state can be displayed, or a touch sensor function can be added to provide an operation panel. In addition, the main body 2301, the controller 2305, and the display device 2303 may be wired communication in order to transmit signals to each other, or may be wireless communication or optical communication by providing sensor units 2306 and 2307. The present invention can be applied to the display devices 2302 and 2303. The display device 2303 can also use a conventional CRT.
[0083]
FIG. 13D shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded. The player includes a main body 2401, a display device 2402, a speaker unit 2403, a recording medium 2404, and operation switches 2405. A recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a compact disc (CD) can be used to play music programs, display images, display video games (or video games), and display information via the Internet. . The present invention can be suitably used for the display device 2402 and other signal control circuits.
[0084]
FIG. 13E illustrates a digital camera which includes a main body 2501, a display device 2502, an eyepiece unit 2503, an operation switch 2504, and an image receiving unit (not illustrated). The present invention can be applied to the display device 2502 and other signal control circuits.
[0085]
FIG. 14A illustrates a front projector, which includes a light source optical system, a display device 2601, and a screen 2602. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits. FIG. 14B shows a rear projector, which includes a main body 2701, a light source optical system and display device 2702, a mirror 2703, and a screen 2704. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits.
[0086]
Note that FIG. 14C illustrates an example of the structure of the light source optical system and the display devices 2601 and 2702 in FIGS. 14A and 14B. The light source optical system and the display devices 2601 and 2702 include a light source optical system 2801, mirrors 2802, 2804 to 2806, a dichroic mirror 2803, a beam splitter 2807, a liquid crystal display device 2808, a phase difference plate 2809, and a projection optical system 2810. The projection optical system 2810 includes a plurality of optical lenses. Although FIG. 14C illustrates a three-plate type example using three liquid crystal display devices 2808, the invention is not limited to such a method, and a single-plate optical system may be used. In addition, an optical path, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase, an IR film, or the like may be provided in the optical path indicated by an arrow in FIG. FIG. 14D is a diagram showing 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. The light source optical system shown in FIG. 14D is an example and is not limited to the illustrated configuration.
[0087]
Although not shown here, the present invention can also be applied to a navigation system, a reading circuit of an image sensor, and the like. As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields.
[0088]
Thus, the applicable range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in all fields. Further, the electronic device of the present embodiment can be realized by using a configuration composed of any combination of the first to third embodiments.
【The invention's effect】
In the invention disclosed in this specification,
(1) A gettering region is selectively formed in an amorphous semiconductor film.
(2) A metal element for promoting crystallization is added to the entire amorphous semiconductor film including the gettering region.
(3) Crystallization of the amorphous semiconductor with the metal element and gettering of the metal element are performed in the same heat treatment step.
(3) The gettering region is removed, and a region crystallized with the metal element is used as an active layer.
The structure is basically adopted.
[0089]
In this way, in a TFT manufactured using a crystalline semiconductor film obtained by using a metal element that promotes crystallization of the semiconductor film, the adverse effect of the metal element on the characteristics can be suppressed. it can.
[0090]
Further, the invention disclosed in this specification has a feature that the above effect can be obtained in a simplified manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
FIG. 6 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT;
7 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT; FIG.
FIG. 8 is a top view illustrating a manufacturing process of a TFT of a driver circuit.
FIG. 9 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device.
FIG. 11 is a perspective view illustrating a structure of a liquid crystal display device.
FIG. 12 is a top view showing pixels in a display area.
FIG 13 illustrates an example of an electronic device.
FIG 14 illustrates an example of an electronic device.
FIG. 15 is a photograph of crystal growth by an optical microscope.
[Explanation of symbols]
101 substrate
102 Amorphous silicon film
103a to 103c resist mask
104a to 104b Phosphorus element addition region (gettering region)
105 Ni-containing layer
106 Ni movement
107a-107c crystalline silicon
108-111 Island-like semiconductor layer
112 Mask layer
113 resist mask
114 to 116 channel doped semiconductor layer
117a to 117d resist mask
118-120 n-type impurity region
121 Gate insulation film
122 Conductive layer (A)
123 Conductive layer (B)
124a-124e resist mask
125 to 128 Gate electrode
129 Capacitance wiring
125c to 129c conductive layer (C)
130 resist mask
131 P ++ impurity region
132a-132c resist mask
133-137 n + impurity region
138 to 139 n--impurity region
140 Conductive layer (D)
141 Conductive layer (E)
142-143 Gate wiring
144 Capacitance wiring
145 First interlayer insulating film
146 to 149 Source wiring
150 to 153 drain wiring
154 Passivation film
155 Second interlayer insulating film
156 to 157 Pixel electrode

Claims (5)

非晶質半導体膜上にマスクを形成し、
次いで、前記非晶質半導体膜中に前記マスクを用いて選択的に15族元素を添加することでゲッタリング領域を形成し、
次いで、前記マスクを除去した後、前記非晶質半導体膜上の全面に結晶化を助長する金属元素を添加し、
次いで、同一の熱処理工程中に、第1の熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成した後、前記第1の熱処理の温度に対して温度を高く変化させた第2の熱処理により前記金属元素のゲッタリングを行なうことを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a mask on the amorphous semiconductor film;
Next, a gettering region is formed by selectively adding a group 15 element into the amorphous semiconductor film using the mask,
Next, after removing the mask, a metal element that promotes crystallization is added to the entire surface of the amorphous semiconductor film,
Next, in the same heat treatment step, the amorphous semiconductor film is crystallized by a first heat treatment to form a crystalline semiconductor film, and then the temperature is changed higher than the temperature of the first heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal element is gettered by a second heat treatment.
非晶質半導体膜上にマスクを形成し、
次いで、前記非晶質半導体膜中に前記マスクを用いて選択的に15族元素を添加することでゲッタリング領域を形成し、
次いで、前記マスクを除去した後、前記非晶質半導体膜上の全面に結晶化を助長する金属元素を添加し、
次いで、同一の熱処理工程中に、第1の熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成した後、前記第1の熱処理の温度に対して温度を高く変化させた第2の熱処理により前記金属元素のゲッタリングを行ない、
前記ゲッタリングの後、前記結晶質半導体膜をパターニングし、
前記パターニングされた結晶質半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記パターニングされた結晶質半導体膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a mask on the amorphous semiconductor film;
Next, a gettering region is formed by selectively adding a group 15 element into the amorphous semiconductor film using the mask,
Next, after removing the mask, a metal element that promotes crystallization is added to the entire surface of the amorphous semiconductor film,
Next, in the same heat treatment step, the amorphous semiconductor film is crystallized by a first heat treatment to form a crystalline semiconductor film, and then the temperature is changed higher than the temperature of the first heat treatment. Performing gettering of the metal element by a second heat treatment;
After the gettering, patterning the crystalline semiconductor film,
Forming a gate insulating film on the patterned crystalline semiconductor film;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a gate electrode is formed on the patterned crystalline semiconductor film with the gate insulating film interposed therebetween.
請求項1または請求項2において、
前記マスクは、フォトレジストにより形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the mask is formed of a photoresist.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記金属元素として、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種または複数種類を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
One or more kinds selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, Ge, Pb, and In are used as the metal element. Manufacturing method.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記金属元素として、Niを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein Ni is used as the metal element.
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