JP2000036598A - 半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置およびその作製方法Info
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- H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
Abstract
構造を有する生産性の高いTFTの作製方法およびその
構造を提供することを目的としている。即ち、本発明は
TFTの新規な構造と生産性の高い製造工程を提供する
ものである。 【解決手段】 耐熱性の高いTa膜またはTaを主成分
とする膜を配線材料に用い、さらに保護層で覆うこと
で、高温(400〜700℃)での加熱処理を施すこと
が可能となり、且つ保護層をエッチングストッパーとし
て用いることで周辺駆動回路部においては、サイドウォ
ール126を用いた自己整合プロセス(セルフアライ
ン)によるLDD構造を備えたTFTを配置する一方、
画素マトリクス部においては、絶縁物125を用いた非
自己整合プロセス(ノンセルフアライン)によるLDD
構造を備えたTFTを配置する
Description
ンジスタ等の半導体素子を複数個有する半導体回路、特
にアクティブマトリクス回路(高耐圧回路部)と、これ
を駆動するための論理回路(高速駆動回路部)とを同一
基板上に有する半導体回路を備えた半導体装置とその作
製方法に関するものである。本発明を利用して作製され
る半導体回路は、ガラス等の絶縁基板上、単結晶シリコ
ン等の半導体基板の上に形成された絶縁被膜上、いずれ
にも形成される。
に、画素マトリクス回路と、それを駆動する論理回路を
有する半導体装置において効果を発揮する。本発明の半
導体装置は、薄膜トランジスタ(TFT)やMOSトラ
ンジスタ等の絶縁ゲート型トランジスタ(半導体素子)
だけでなく、これらで半導体素子で構成された半導体集
積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。
トランジスタ(TFT)等により画素マトリクス回路お
よび駆動回路を構成したアクティブマトリクス型液晶デ
ィスプレイが注目を浴びている。液晶ディスプレイは
0.5〜20インチ程度のものまで表示ディスプレイと
して利用されている。
積化がある。しかし、大面積化すると画素表示部となる
画素マトリクス回路も大面積化し、これに伴ってマトリ
クス状に配列されたソース配線およびゲート配線が長く
なるため、配線抵抗が増大している。さらに高精細化が
要求されるために配線を細くする必要があり、配線抵抗
の増大がより顕在化されている。また、ソース配線およ
びゲート配線には画素毎にTFT等のスイッチング素子
が接続され、画素数が増大するため寄生容量の増大も問
題となる。液晶ディスプレイでは、一般にゲート配線と
ゲート電極は一体的に形成されており、パネルの大面積
化に伴ってゲート信号の遅延が顕在化されている。
ければ低いほどゲート配線を細く、且つ長くすることが
可能になり、これにより大面積化が図れる。従来、ゲー
ト電極配線材料としてAl、Ta、Ti等が用いられて
いるが、中でもAlが最も抵抗率が低く、陽極酸化可能
な金属であるため多用されている。しかしながら、Al
は陽極酸化膜の形成により、耐熱性を向上させることが
できるものの、300℃〜400℃のプロセス温度であ
っても、ウィスカーやヒロックの発生、配線の変形、絶
縁膜や活性層への拡散が生じ、TFTの動作不良、TF
T特性の低下の主な原因となっていた。
は、より低比抵抗で、且つ高耐熱性を有する電極構造が
必要とされている。
に集積化がある。一般に周辺駆動回路一体型と称される
構成が知られている。これは、画素マトリクス部と周辺
駆動回路部を同一基板上に集積したものである。この周
辺駆動回路一体型の構成は、作製コストを低減でき、ま
た全体の構成を小型化できるという有意性がある。
ル型またはNチャネル型の薄膜トランジスタ(TFT)
の一方がスイッチング素子として配置される。また、周
辺駆動回路は、主に論理回路(高速駆動回路)で構成さ
れており、代表的なものとしてPチャネル型とNチャネ
ル型TFTとで構成されるCMOS回路等が配置され
る。
TFTは、画素電極における電荷保持機能が必要とされ
るため、厳しい低OFF電流特性が要求される。
のTFTは、高速動作特性や、小電流で駆動することが
できる特性が要求される。
路とでは要求されるTFTの特性が異なる。そのため、
それぞれの要求に合ったTFT構造を形成し、画素マト
リクス回路と論理回路を作製することが望ましい。その
ためにプロセスが複雑化し、歩留り低下やコスト上昇を
招くことは望ましくない。
の液晶表示装置においては、画素マトリクス回路と論理
回路とに配置されるTFTとが同一基板上に同時に平行
して作製することが求められている。
決するための一つの手段としてLDD(ライトドープド
レイン)領域を備えた薄膜トランジスタの構造が知られ
ている。LDD領域は、チャネル形成領域とドレイン領
域の間に形成される電界の強度を緩和し、薄膜トランジ
スタのOFF電流値の低減、劣化の防止の役割を果たし
ている。また、LDD領域を形成することによって低O
FF電流特性を得ていた。
己整合プロセス(セルフアラインプロセス)により作製
されていた。しかしながら、この自己整合プロセスは微
細化に適しておらず、線幅及び陽極酸化条件を調節する
ことが困難となっていた。
時に異なるLDD構造を有する生産性の高いTFTの作
製方法およびその構造を提供することを目的としてい
る。即ち、本発明はTFTの新規な構造と生産性の高い
製造工程を提供するものである。
TFTのゲート配線およびゲート電極の構造として、耐
熱性の高い材料を用いた多層構造とし、例えばTaN膜
を成膜後、連続的にこのTaN膜の上にTa膜を積層
し、さらにこのTa膜の上にTaN膜を積層する多層構
造とし、さらに無機膜、代表的には窒化珪素膜からなる
保護膜(10〜100nm)で覆う構造とする。
は、絶縁表面を有する基板上にソース領域と、ドレイン
領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に形成
されているチャネル形成領域と、少なくとも前記チャネ
ル形成領域上に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記
ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極と、少なく
とも前記ゲート電極の上面または側面を覆う保護膜とを
有していることを特徴とする半導体素子からなる半導体
回路を備えた半導体装置である。
構造を有し、タンタル、モリブデン、チタン、クロム、
シリコンから選ばれた一種の元素を主成分とする層を少
なくとも一層含むことを特徴としている。
記基板側から順に窒素を含むタンタルを主成分とする第
1の層、タンタルを主成分とする第2の層、および窒素
を含むタンタルを主成分とする第3の層からなる三層構
造を有することを特徴としている。
成領域は、シリコンの結晶化を助長する触媒元素を含有
し、前記触媒元素の濃度は、前記チャネル形成領域より
も前記ソース領域および前記ドレイン領域のほうが高い
ことを特徴としている。
は、絶縁表面を有する基板上に、ソース領域と、ドレイ
ン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に形
成されているチャネル形成領域と、前記ソース領域と前
記チャネル形成領域の間および前記ドレイン領域と前記
チャネル形成領域の間に形成されている低濃度不純物領
域と、少なくとも前記チャネル形成領域上に形成された
ゲート絶縁膜と、前記チャネル形成領域の上方において
前記ゲート絶縁膜上に接して形成されたゲート電極と、
少なくとも前記ゲート電極の上面または側面を覆う保護
膜とを有し、前記ゲート電極は、前記基板側から順に窒
素を含む第1のタンタル層、第2のタンタル層、および
窒素を含む第3のタンタル層からなる3層構造を有し、
前記チャネル形成領域は、シリコンの結晶化を助長する
触媒元素を含有し、前記触媒元素の濃度は、チャネル形
成領域よりもソース領域およびドレイン領域のほうが高
いことを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備
えた半導体装置である。
および側面に前記保護膜を介して絶縁物を有し、前記低
濃度不純物領域と前記ドレイン領域との境界と、前記低
濃度不純物領域と前記ソース領域との境界は、前記絶縁
物により決定されることを特徴としている。
に前記保護膜を介してサイドウォールを有し、前記低濃
度不純物領域と前記ドレイン領域との境界と、前記低濃
度不純物領域と前記ソース領域との境界は、前記サイド
ウォールにより決定されることを特徴としている。
に接してサイドウォールを有し、ゲート電極の上面およ
び前記サイドウォールは、前記保護膜により覆われてい
ることを特徴としている。
前記ドレイン領域には、N型の導電型を付与する不純物
が添加されていることを特徴としている。
び前記ドレイン領域には、N型の導電型を付与する不純
物およびP型の導電型を付与する不純物が添加されてい
ることを特徴としている。
前記ドレイン領域は、少なくとも一部がシリサイドであ
ることを特徴としている。
によりサイドウォールを形成すると同時に、マスクを利
用して絶縁物(前記サイドウォールよりも寸法の大き
い)を形成することである。高速駆動回路部において
は、サイドウォールを用いた自己整合プロセス(セルフ
アライン)によってLDD構造を有するTFTを配置す
る。一方、高耐圧回路部においては、マスクを用いた非
自己整合プロセス(ノンセルフアライン)によってLD
D構造を有するTFTを配置する。
は、同一基板上に、第1の半導体素子からなる高耐圧回
路と第2の半導体素子からなる高速駆動回路とを備えた
半導体装置であって、前記高耐圧回路は、第1のゲート
電極と、前記第1のゲート電極の上面および側面を覆う
絶縁物と、前記絶縁物をマスクとしてN型またはP型の
導電型を付与する不純物が添加された第1のソース領域
および第1のドレイン領域と、を有する第1の半導体素
子からなり、前記高速駆動回路は、第2のゲート電極
と、前記第2のゲート電極の側面にサイドウォールと、
前記サイドウォールをマスクとしてN型またはP型の導
電型を付与する不純物が添加された第2のソース領域お
よび第2のドレイン領域と、を有する第2の半導体素子
からなることを特徴とする半導体素子からなる半導体回
路を備えた半導体装置である。
は、タンタルを主成分とする材料からなる層上に金属材
料からなる層が積層された多層配線と、前記多層配線を
覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形
成された金属配線と、を有し、前記層間絶縁膜には開孔
部が形成されており、前記開孔部を介して前記多層配線
と前記金属配線とが接続されていることを特徴とする半
導体装置である。
は、絶縁表面を有する基板上に半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置の作製方法であって、絶縁表
面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する工程と、
前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜上に配線を形成する工程と、前記
配線をドーピングマスクとしてN型の導電型を付与する
不純物を添加する第1のドーピングをする工程と、前記
配線を覆って保護膜を形成する工程と、前記配線および
前記保護膜を覆って絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
膜上の一部にマスクを形成する工程と、異方性エッチン
グを行うことによって、前記絶縁膜をエッチングし配線
側面に概略三角形状の絶縁物を形成すると同時に、前記
マスクの下方に存在する絶縁物を残す工程と、前記概略
三角形状の絶縁物、前記絶縁物、およびゲート電極をド
ーピングマスクとして第1のドーピングより高濃度の第
2のドーピングをする工程と、加熱処理を施し、前記触
媒元素をゲッタリングさせる工程と、を有する半導体素
子からなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法で
ある。
は、絶縁表面を有する基板上に半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置の作製方法であって、絶縁表
面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する工程と、
前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜上に配線を形成する工程と、前記
配線を覆って絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上の
一部にマスクを形成する工程と、異方性エッチングを行
うことによって、前記絶縁膜をエッチングし配線側面に
概略三角形状の絶縁物を形成すると同時に、前記マスク
の下方に存在する絶縁物を残す工程と、前記概略三角形
状の絶縁物、前記絶縁物、およびゲート電極をドーピン
グマスクとしてN型の導電型を付与する不純物またはP
型の導電型を付与する不純物を添加する工程と、を有す
る半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置の
作製方法である。
ゲート絶縁膜上に配線を形成する工程は、前記基板側か
ら順に窒素を含む第1のタンタル層、第2のタンタル
層、および窒素を含む第3のタンタル層を連続して成膜
し、パターニングする工程であることを特徴とする半導
体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方
法。
絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する工
程は、前記絶縁表面に接して非晶質半導体膜を形成する
工程と、前記非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する
触媒元素を保持させる工程と、加熱処理により、前記非
晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成する工
程を有することを特徴としている。
絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する工
程は、前記絶縁表面に接して非晶質半導体膜を形成する
工程と、前記非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長する
触媒元素を保持させる工程と、レーザー光の照射によ
り、前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を
形成する工程を有することを特徴としている。
よびゲート電極の配線材料として、耐熱性の高い材料を
用いた多層構造とし、好ましくは、タンタル(Ta)ま
たはタンタルを主成分とする材料を少なくとも一層に用
いる構造とする。なお、タンタルはシリコンと仕事関数
が近いため、TFTのしきい値のシフトが少なく好まし
い配線材料である。
〔α─Ta〕、正方格子構造〔β─Ta〕)があること
が知られている。正方格子構造〔β─Ta〕を有する薄
膜の固有抵抗は、170〜200μΩcm程度であり、
体心立方格子〔α─Ta〕を有する薄膜の抵抗値は、1
3〜15μΩcmである。一般に、Ta薄膜はそのほと
んどがβ─Taとなるが、成膜時に不純物、例えばN2
を微量に混入させることによってα─Ta(bccーT
aとも呼ばれる)を形成できることが知られている。
続的にこのTaN膜の上にTa膜を積層すると、α─T
aを得ることができた。特に、TaN膜の膜の成分にも
よるが、TaN膜の膜厚は、膜厚30nm以上、好まし
くは40nm以上とし、Ta膜を積層するとα─Taを
得ることができた。
とする材料は、酸化しやすく、さらに水素を吸蔵しやす
い性質を有しているため、成膜後に酸化や水素の吸蔵等
の膜質変化が生じて抵抗が大きくなってしまう問題が生
じていた。
よびゲート電極の構造として、TaN膜を成膜後、連続
的にこのTaN膜の上にTa膜を積層し、さらにこのT
a膜の上にTaN膜を積層する3層構造とし、さらに保
護膜で覆う構造とする。
く、また水素を吸蔵しにくいため、本発明では、TaN
膜でTa膜を挟み込む構造(TaN/Ta/TaN)と
した。こうすることによって、膜質の変化を防いだ。加
えて、最上層としてTaN膜を積層したのは、他の配線
とのコンタクトを形成する際、Ta膜が露出して酸化や
水素の吸蔵を防ぐためである。
膜後、熱処理工程を加える前に、さらに保護膜で覆う構
造とすることで、酸化や水素の吸蔵により抵抗が増大す
ることを防止した。
℃、550℃、600℃)前後のタンタル多層膜(Ta
N/Ta/TaN;膜厚50nm/250nm/50n
m)の抵抗値の変化を示す。この実験における温度履歴
は400℃から処理温度の10℃下まで9.9℃/分で
昇温した後、処理温度まで5℃/分で昇温し、2時間保
持した後、徐冷したのちに、測定を行った。
ンタル多層膜が変質(酸化等)したため、抵抗値と膜厚
が増加していることが読み取れる。
℃、550℃、600℃)の熱処理前後の保護膜(Si
N:膜厚25nm)で覆われたタンタル多層膜(TaN
/Ta/TaN)の抵抗値の変化を示す。なお、温度履
歴は表1と同一とした。
により熱処理による抵抗値や膜厚の増加が抑制されるこ
とが読み取れる。
はTaを主成分とする膜を配線材料に用い、さらに保護
膜で覆うことで、高温(400〜700℃)での加熱処
理を施すことが可能となり、例えば結晶性半導体膜中の
金属元素をゲッタリングする処理等を施すことができ
る。このような加熱処理を加えても、ゲート配線(配線
幅:0.1μm〜5μm)が耐えうる温度範囲以内であ
り、且つ保護膜により保護されているので酸化されず
に、低抵抗な配線を維持することができる。
〜60%の範囲とするが、スパッタ装置やスパッタ条件
等によって左右されるため、上記数値には必ずしも限定
されない。なお、Ar(アルゴン)またはXe(キセノ
ン)を用いたプラズマを用いてα─Ta膜を得ることが
好ましい。
ム、モリブデン、シリコン等を用いることも可能であ
る。また、それらの合金、例えば、Mo−Ta合金、N
b−Ta合金、W−Ta合金等を用いることも可能であ
る。また、これらの合金に窒素を含ませた合金を用いる
ことも可能である。
えば、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜またはそれらの積層
膜等を用いることができる。ただし、保護膜に酸素また
は水素等を含む場合は、酸化または水素の吸蔵によっ
て、抵抗が増大する恐れがあるため、保護膜中の酸素ま
たは水素の含有率が低いことが望ましい。なお、保護膜
の膜厚は10〜100nmの範囲であれば、保護膜とし
ての機能を果たす。また、保護膜を形成する工程は、熱
処理を加える工程の前であれば特に限定されず、例え
ば、ゲート電極形成後、サイドウォール形成後、または
ドーピング工程後に形成する構成としてもよい。
ックコンタクトを得るための他の構成として、図10に
示すように、タンタルを主成分とする層1001上にチ
タンを主成分とする層1002を積層した多層配線を設
ける構成とすることが好ましい。このチタンを主成分と
する層は、コンタクトホールを形成する際、タンタルを
主成分とする層1001の酸化や水素の吸蔵を防ぐ。ま
た、チタンを主成分とする層は、露出して酸化しても絶
縁体にならないため良好なオーミックコンタクトを得る
ことができる。即ち、チタンを主成分とする層は、タン
タルを主成分とする層を保護するとともに、十分にエッ
チング工程の際にマージンがとれ、コンタクトホール
(開孔部)の形成をも容易とする。
工程によるLDD領域の形成(自己整合プロセスを用い
た)を用いず、新規な方法によってLDD領域を形成す
ることを特徴としている。
(A)に示す工程を利用することにより工程数を増加す
ることなく、同時に、画素マトリクス部(高耐圧回路
部)と論理回路部(高速駆動回路部)のそれぞれにおい
て、Nチャネル型のTFTの構造を異ならせる。
形成した絶縁膜302に異方性エッチングを施す。この
工程により、画素マトリクス部(高耐圧回路部)におい
ては形成されたマスク303の下に絶縁物125と、高
速駆動回路部においてはサイドウォール126、127
とが同時に形成される。なお、この工程においては、保
護膜301がエッチングストッパーとして働き、ゲート
電極119〜121を保護する。
では、LDD幅を調節して特性の異なる2種類のTFT
を作製した例を示したが、マスク303を適宜変更する
ことによって、必要な幅を有するLDD領域を必要に応
じて適宜形成することができる。
(C)に示すマスク303と絶縁物125を用いた非自
己整合プロセス(ノンセルフアライン)によって不純物
が保持された低濃度不純物領域401、402を備えた
Nチャネル型のTFTを配置する。
圧が優先される回路、例えば液晶に電圧を印加するため
の画素マトリクス回路、信号を増幅するためのバッファ
回路等を指している。
ス部における低濃度不純物領域401、402は、OF
F電流を低減するために、0.1〜5μm(好ましくは
0。3〜2μm)程度の比較的大きな寸法とする。ま
た、ドレインに加わる信号電圧が反転した場合における
動作の対称性を確保するためにソース側とドレイン側の
低濃度不純物領域の寸法は可能な限り同一となるように
することが好ましい。なお、本明細書において、この寸
法は、キャリアの移動方向400におけるものとして定
義される。
リクス部に配置するTFTを低OFF電流特性を有した
ものとする。
は、図3(C)に示すサイドウォール126を用いた自
己整合プロセス(セルフアライン)によって不純物が保
持された低濃度不純物領域405、406、409、4
10を備えたNチャネル型のTFTを配置する。
装置を駆動するための論理回路のことを指しており、高
速動作が優先される回路、例えばCMOS回路等を指し
ている。
不純物領域は、高速動作させるために、高耐圧回路部に
おける低濃度不純物領域よりその寸法を小さくする。
回路部に配置するTFTを高速駆動特性を有したものと
する。
となく、図1に示すように、画素マトリクス部とCMO
S回路部のそれぞれにおいて、Nチャネル型のTFTの
構造を異なるものとすることができる。
れらの実施例に限定されないことは勿論である。
子からなる半導体回路を備えた半導体装置について、図
1を用いてその構造の一例を説明する。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、同一基板上に周辺駆動回路部の一
部を構成するCMOS回路143と、画素マトリクス回
路部141の一部を構成するNチャネル型TFT142
とが示されている。
あり、図6において、太線A−A’で切断した部分が、
図1の画素マトリクス部の断面構造に相当し、太線B−
B’で切断した部分が、図1のCMOS回路の断面構造
に相当する。
(TFT)においても結晶性半導体膜からなる活性層が
所定の形状にパターニング形成されている。
Pチャネル型TFT145の場合には、活性層としてP
+ 型の高濃度不純物領域114、115(ソース領域及
びドレイン領域)と、チャネル形成領域111と、前記
P+ 型の高濃度不純物領域と前記チャネル形成領域の間
にP- 型の低濃度不純物領域112、113が形成され
ている。さらにチャネル形成領域上にはゲート絶縁膜1
18が形成され、前記チャネル形成領域の上方において
前記ゲート絶縁膜上に接して形成されたゲート電極12
1と、前記ゲート電極を覆う保護膜124が形成されて
いる。そしてゲート電極の側面に保護膜を介して断面形
状が概略三角形状の絶縁物127(サイドウォール)が
設けられている。その上を覆って第1の層間絶縁膜12
8、パッシベーション膜138、第2の層間絶縁膜13
4が形成されている。そして高濃度不純物領域114、
115に配線132、133と引出し配線139、14
0が接続され、さらに第3の層間絶縁膜136が形成さ
れている。
144の活性層については、N+ 型の高濃度不純物領域
109、110(ソース領域及びドレイン領域)と、チ
ャネル形成領域106と、前記N+ 型の高濃度不純物領
域と前記チャネル形成領域の間にN- 型の低濃度不純物
領域107、108が形成されている。なお、CMOS
回路のNチャネル型TFTにおいて、活性層以外の部分
は、Pチャネル型TFTと同一構造である。
141を形成するNチャネル型TFT142について
は、CMOS回路143のNチャネル型TFT144の
構造とは全く異なっており、活性層においてはCMOS
回路のNチャネル型TFTと比較して低濃度不純物領域
の寸法が大きい。また、ゲート電極119の上面及び側
面は保護膜122を介して絶縁物125で覆われてい
る。最後に、ソース領域105に配線130が接続され
る一方、ドレイン領域104には配線129を接続し、
パッシベーション膜138、第2の層間絶縁膜134上
にブラックマスク135を設け、さらにITO等の画素
電極137が形成されている。なお、画素マトリクス部
においては、キャリアの移動方向が逆転する場合がある
ため、ソース領域とドレイン領域が逆転する場合があ
る。
T)においてもドレイン側に配置された低濃度不純物領
域は、チャネル形成領域とドレイン領域との間の電界を
緩和させるという機能を有している。その機能によっ
て、OFF動作時におけるドレイン−チャネル間のキャ
リアの移動を抑制し、OFF電流を低減させることがで
きる。他方で上記機能によって、ホットキャリア効果に
よる劣化を抑制することができる。
体装置の作製方法を詳細に説明する。
基板としては、ガラス基板、石英基板、セラミックス基
板、半導体基板を用いることができる。本実施例におい
ては基板100として石英基板を用いた。なお、平坦性
を向上させるため、この基板上に下地膜(酸化珪素膜、
窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜等からなる)を設ける構成
としてもよい。
20〜100nm(好ましくは25〜70nm)の結晶
性半導体膜(代表的には結晶性珪素膜)で構成すればよ
い。結晶性珪素膜の形成方法は、公知の如何なる手段、
例えば、レ─ザー結晶化、熱結晶化等を用いてもよい
が、本実施例では非晶質半導体膜の結晶化の際に結晶化
を助長する触媒元素(ニッケル)を添加する方法を用い
た。なお、この技術については特開平7-130652号公報、
特開平9-312260号等に詳細に記載されている。結晶化を
助長する金属元素としては、Fe、Co、Ni、Ru、
Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれ
た一種または複数種類のものを用いる。また、非晶質半
導体膜中の拡散が置換型拡散であるGe、Pbを用いる
こともできる。また、他の非晶質半導体膜として、Ge
を含む珪素膜を用いることができる。
を減圧CVD法で成膜した。次にTEOSを原料に用い
て酸化珪素膜を150nmの厚さに成膜し、ウエットエ
ッチングによって開口部を形成した。そして、スピナー
を用いてNi酢酸溶液を塗布し、更に乾燥させてNi層
を形成した。ただし、Ni層は完全な層を成しているも
のではない。Ni酢酸溶液のNi濃度は重量換算で1〜
20ppmとする。本実施例では10ppmとした。こ
の状態で開口部における非晶質珪素膜にNiが保持され
る。次に窒素雰囲気中において570℃、14時間加熱
することによって結晶性珪素膜を得た。この際、開口部
におけるNiが保持された領域から基板表面と概略平行
に結晶成長する。このような結晶成長の形態を横成長と
呼んでいる。こうして形成された結晶性珪素膜は、結晶
粒界において、結晶格子が連続的に連なり優れた結晶性
を有するポリシリコン膜である。
酸素またはハロゲン雰囲気中において400〜1000
℃、0.1〜12時間の熱処理を施して酸化膜を形成
し、その酸化膜を除去する工程を加えて膜中の触媒元素
を低減し、さらに良好な結晶性珪素膜としてもよい。
ォトリソ工程でパターニングして、Nチャネル型TFT
144の活性層202と、Pチャネル型TFT145の
活性層203と、画素マトリクス回路を構成するNチャ
ネル型TFT142の活性層201とを得た。(図2
(A))なお、図2では各1つづつ(計3個)図示した
が、実際は回路構成に合わせてNチャネル型TFTとP
チャネル型TFTがそれぞれ複数形成されている。
の工程によりゲート絶縁膜116〜118となる絶縁膜
204a、204bを形成する。本実施例では、酸化窒
化珪素膜(SixNy)からなる100nmの厚さの絶
縁膜204a、50nmの厚さの絶縁膜204bを形成
した。(図2(B))高耐圧回路のゲート絶縁膜となる
領域の膜厚を選択的に高速駆動回路のゲート絶縁膜とな
る領域よりも厚くして、さらなる高耐圧を得る構成とす
る。膜厚の異なる絶縁膜を形成する方法は公知の手段を
用いればよく、例えば50nmの膜厚の絶縁膜を全面に
成膜した後、選択的に50nmの膜厚の絶縁膜を積層す
る方法等を用いればよい。この絶縁膜204a、204
bとしては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜ま
たはこれらの積層膜を10〜300nmの膜厚で用いる
ことができる。また、この絶縁膜の成膜後に、ゲッタリ
ング工程、例えば窒素、酸素またはハロゲン雰囲気中に
おいて400〜1000℃、0.1〜12時間の熱処理
を施して酸化膜を形成し、触媒元素を低減すると同時に
その酸化膜をゲート絶縁膜の一部とする工程を加えても
よい。
する窒素ガスを調節することによって窒化タンタル膜
(TaN(膜厚範囲30〜100nm))と、当該窒化
タンタル膜上にタンタル膜(Ta(膜厚範囲100〜4
00nm))と、当該タンタル膜上に窒化タンタル膜
(TaN(膜厚範囲30〜100nm))とを連続成膜
する。そして、パターニングを施し、3層構造を有する
ゲート配線およびゲート電極を形成する。
形成するために、TaN膜(好ましくは膜厚40nm以
上)を成膜後、連続的にこのTaN膜の上にTa膜を積
層する構造とした。
の吸蔵や酸化を生じやすいため、本実施例では、Ta膜
を挟み込む構造(TaN〔119c、120c、121
c;膜厚50nm〕/Ta〔119b、120b、12
1b;膜厚250nm〕/TaN〔119a、120
a、121a;膜厚50nm〕)として抵抗の増大を防
いだ。(図2(C))加えて、最上層としてTaN膜を
積層したのは、他の配線とのコンタクトを形成する際、
Ta膜が露出し酸化や水素の吸蔵を防ぎ、良好なオーミ
ックコンタクトを得るためである。
ば、Mo、Ti、Nb、W、Mo−Ta合金、Nb−T
a合金、W−Ta合金等を用いることも可能である。ま
た、これらの材料に窒素を含ませた材料またはシリコン
との化合物であるシリサイドを用いることも可能であ
る。
ネル型TFTを選択的に覆い、イオン注入法によって活
性層にゲート電極をマスクにしてリンイオンを自己整合
的にドーピングをした。ドーズ量は1×1013〜8×1
015atoms /cm3 とする。レジスト除去後、同様にし
て、レジスト(図示しない)でNチャネル型TFTを選
択的に覆い、ボロンイオンをイオン注入法によってドー
ピングした。この結果、低濃度不純物領域である弱いN
型領域(N- 領域)205、206と、弱いP型領域
(P- 領域)207が形成された。(図2(D))本実
施例では、イオン注入法を用いたが、他のドーピング方
法、例えばプラズマドーピング法、不純物イオンを含む
溶液を塗布する方法、不純物イオンを含む膜を成膜する
方法を用いてよい。
て、無機膜からなる保護膜301を形成する。本実施例
でゲート電極に用いたタンタル膜は、酸化や水素の吸蔵
を生じやすく、抵抗が高くなってしまうため、窒化珪素
膜からなる保護膜301でゲート電極を覆った。この保
護膜の他の材料としては窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜
(SiOx Ny )、非晶質珪素膜、結晶性珪素膜または
それらの積層膜等を用いることができる。この保護膜
は、レーザー光または熱からゲート電極および配線を防
ぐことができる。また、この保護膜は、異方性エッチン
グ(フッ素系エッチングガス、プラズマ衝撃等)からゲ
ート電極および配線を防ぐこともできる。加えて、保護
膜は、後の工程である異方性エッチング工程において、
エッチングストッパーとしての機能も有している。ここ
での保護膜の膜厚範囲は10〜100nm、本実施例で
は25nmを成膜した。(図3(A))
直後に形成してもよく、工程順序は実施者が適宜決定す
ればよい。
0nm、ここでは酸化珪素膜を300nmに形成した。
この絶縁性の被膜の他の材料としては、窒素珪素膜、窒
化酸化珪素膜(SiOx Ny )、非晶質珪素膜、結晶性
珪素膜またはそれらの積層膜等を用いることができる。
この絶縁性の被膜は、ゲート電極側面への被覆性が優れ
ていることが重要である。そして、画素マトリクス回路
を構成するNチャネル型TFT上にLDD領域を形成す
るためのレジスト303を形成した。(図3(B))
法等の手段によって異方性エッチングする。この結果、
図3(C)に示される状態が得られる。この工程におい
て、保護膜がエッチングストッパーとしての役目を果た
している。
Pチャネル型TFTのゲート電極の側面にサイドウォー
ル126、127が形成される。(異方性エッチングに
よる) 2)画素マトリクス回路を構成するNチャネル型TFT
上には、絶縁物125が形成される。(エッチングマス
クとしてマスク303使用。)を同時に行うことができ
る。こうすることによって、プロセスを複雑にすること
なく、後のドーピング工程によりLDD領域の幅の異な
るNチャネル型TFTを作製することができる。
ール126、127をマスクとして、保護膜301と絶
縁膜204をエッチングして、ゲート絶縁膜116〜1
18を形成する。なお、この工程と同時または前後にレ
ジスト303を除去した。(図3(D))
2回目のリン元素のドーピング工程を行う。(図4
(A))本実施例では、ゲート電極に不純物、特に水素
が添加されるのを防ぐために、イオン注入法を用いた
が、他のドーピング方法、例えばプラズマドーピング
法、リンイオンを含む溶液を塗布する方法、リンイオン
を含む膜を成膜する方法を用いてもよい。
8で示される領域に高濃度にリン元素が添加された高濃
度不純物領域(N+ 領域)が形成され、411、412
で示される領域に低濃度にボロン元素と高濃度にリン元
素が添加された領域が形成される。本実施例のN+ 型領
域には、1×1020〜8×1021atoms /cm3 の濃度
でリンが添加されるようにした。401、402、40
5、406で示されるN - 型領域のリン濃度は、1×1
015〜1×1017atoms /cm3 になるように調節す
る。なお、Nチャネル型TFTにおいて、N+ 型領域は
ソース領域またはドレイン領域となり、N- 型領域は低
濃度不純物領域となる。
で覆い、Pチャネル型TFTの活性層にボロンを添加し
て、P+ 型領域417、418を形成する。(図4
(B))ボロンのドーズ量は、P+ 型領域のボロンイオ
ンの濃度がN+ 型領域に添加されるリンイオンの濃度の
1.3〜2倍程度になるようにする。本実施例では、ゲ
ート電極に不純物、特に水素が添加されるのを防ぐため
に、イオン注入法を用いたが、他のドーピング方法、例
えばプラズマドーピング法、ボロンイオンを含む溶液を
塗布する方法、ボロンイオンを含む膜を成膜する方法を
用いてよい。
TFTのソース領域またはドレイン領域となり、P- 型
領域409、410は低濃度不純物領域となる。リンイ
オン、ボロンイオンが注入されなかった領域413〜4
15が後にキャリアの移動経路となる真性または実質的
に真性なチャネル形成領域である。
フェルミレベルを変化させうる不純物を一切含まない領
域を指し、実質的に真性な領域とは、電子と正孔が完全
に釣り合って導電型を相殺させた領域、即ち、しきい値
制御が可能な濃度範囲(1×1015〜1×1017atoms
/cm3 )でN型またはP型を付与する不純物を含む領
域、または意図的に逆導電型不純物を添加することによ
り導電型を相殺させた領域を示す。
図るため、選択的に保護膜とゲート絶縁膜を除去して、
選択的にN+ 型領域上またはP+ 型領域上に金属膜を成
膜する工程を加えてもよい。シリサイド化するための金
属元素としては、コバルト、チタン、タンタル、タング
ステン、モリブデン等を用いることが可能である。
450℃以上、0.1〜12時間、本実施例では550
℃、1〜2時間の加熱処理をした。ただし、この加熱温
度の上限は使用した基板の歪点温度以下である。(図4
(C))
化のために意図的に添加したNiが図4(C)中の矢印
で模式的に示すように、チャネル形成領域からそれぞれ
のソース領域およびドレイン領域へ拡散する。これはこ
れらの領域がリン元素を高濃度に含むためであり、これ
らソース領域およびドレイン領域に到達した触媒元素
(Ni)はそこで捕獲(ゲッタリング)される。400
〜600℃、0.5〜4時間の加熱処理で、Niを十分
ゲッタリングすることができる。
を低減することができる。チャネル形成領域中のNi濃
度はSIMSの検出下限である5×1017atoms /cm
3 以下にすることができる。他方、ゲッタリングシンク
に用いたソース領域およびドレイン領域中のNi濃度は
チャネル形成領域よりも高くなる。
の他に、アンチモン、ビスマスを用いることができる。
ゲッタリング能力が最も高いのはリンであり、次いでア
ンチモンである。
よびドレイン領域114、115のように、リンとボロ
ン双方を添加して、ボロン濃度をリンの1.3〜2倍程
度とした領域は、リンだけを添加したNチャネル型TF
Tのソース領域およびドレイン領域よりもゲッタリング
能力が高いことが実験で確認されている。
にソース領域およびドレイン領域および低濃度不純物領
域に添加されたリン、ボロンが活性化される。従来で
は、アルミニウム材料の耐熱性が低かったために450
℃程度の加熱処理しか施せなかった。本実施例では、加
熱温度を500℃以上にすることによりドーパントを十
分に活性化でき加熱処理のみでソース領域およびドレイ
ン領域をより低抵抗化することができる。
工程の際、結晶化が破壊された領域の結晶性の改善が進
行する。
気での加熱処理において、 1)チャネル形成領域内の触媒元素濃度を低減するゲッ
タリング処理 2)ソース領域およびドレイン領域における不純物の活
性化処理 3)イオンドーピング工程の際に生じた結晶構造のダメ
ージを回復するアニール処理 を同時に行うことができる。
ザー光や赤外光、或いは紫外光による光アニールを施す
工程としてもよい。
第1の層間絶縁膜128を成膜する。第1の層間絶縁膜
128としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪
素膜(SiOx Ny )、有機樹脂膜を用いる。有機樹脂
膜としては、ポリイミド、アクリル、BCB(ベンゾシ
クロブテン)を用いることができる。ここでは、第1の
層間絶縁膜128として、窒化珪素膜をプラズマCVD
法により300nmの厚さに成膜する。
リサイド化するための金属膜を選択的に設け、加熱処理
を行い、シリサイド化させた後、金属膜を除去した。シ
リサイド化するための金属元素としては、コバルト、チ
タン、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いる
ことが可能である。こうすることによって、良好なオー
ミックコンタクトを得ることができる。次に、コンタク
ト電極を構成するための図示しない金属膜を成膜する。
ここでは、この金属膜として、チタン膜とアルミニウム
膜とチタン膜との3層膜をスパッタ法により成膜する。
そしてこの金属膜(積層膜)をパターニングすることに
より、129〜133で示される電極および配線を形成
する。
にパッシベーション膜138を成膜する。パッシベーシ
ョン膜138としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化
窒化珪素膜を用いる。ここでは、窒化珪素膜を200n
mの厚さにプラズマCVD法でもって成膜する。
ル樹脂でもって形成する。第2の層間絶縁膜134とし
ては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機
樹脂膜を用いる。ここでは、スピンコート法でもって膜
厚1μmの有機樹脂膜を形成する。他の有機樹脂膜とし
ては、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド、B
CB(ベンゾシクロブテン)等を用いることができる。
グを施し、コンタクトホールを形成した後、Tiからな
る金属膜300nmを成膜した。そして、この金属膜に
パターニングを施してブラックマスク135と引出し配
線139、140を形成した。本実施例においては、ブ
ラックマスクと電極129で補助容量を形成している。
クリル樹脂でもって形成する。第3の層間絶縁膜136
としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、
有機樹脂膜を用いる。ここでは、スピンコート法でもっ
て膜厚1μmの第3の層間絶縁膜136を形成する。他
の有機樹脂膜としては、ポリイミド、ポリイミドアミ
ド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を用
いることができる。有機樹脂膜を利用した場合には、図
示されるようにその表面を平坦にすることができる。
電極137を形成する。ここでは、まずITO膜を10
0nmの厚さにスパッタ法でもって成膜し、これをパタ
ーニングすることにより、137で示される画素電極を
形成する。
1時間の加熱処理を行い、半導体層中の欠陥を減少させ
る。こうして図5(C)に示す状態を得る。
板を完成させる。この基板はTFT基板と称される。こ
の後、液晶を配向させるための配向膜(図示せず)や封
止材を形成し、別に作製した対向基板と張り合わせる。
そして、TFT基板と対向基板との間に液晶を充填させ
ることにより、液晶パネルを完成させる。
用することにより、 ・低OFF電流特性及び高信頼性を有したNチャネル型
TFTからなる半導体回路 ・高速動作を有したNチャネル型TFT及びPチャネル
型TFTからなる半導体回路 といった構成を同一基板上に集積することができた。
極がシングルゲート構造を有する画素マトリクス部のT
FTを説明に用いたが、オフ電流のバラツキを低減する
ために、少なくともダブルゲート構造、好ましくは、ト
リプルゲート構造等のマルチゲート構造とする。
ート型の一例(コプレーナ型)であり、特に本実施例の
構造に限定されるものではなく、ボトムゲート型TFT
に適用することも可能である。また、本実施例では透過
型LCDを作製した例を示したが、半導体装置の一例を
示したにすぎない。なお、ITOに代えて画素電極を反
射性の高い金属膜で構成し、画素電極のパターニングの
変更を適宜行うことによって反射型LCDを作製するこ
とは容易にできる。また、反射型LCDを作製する際、
下地膜として耐熱性金属膜上に絶縁膜を積層する構造ま
たは窒化アルミニウム上に絶縁膜を積層する構造を用い
ると、絶縁膜下の金属膜が放熱層として働き有効であ
る。なお、上記工程順序を実施者が適宜変更することは
可能である。
しきい値が得られない場合は、しきい値を制御すること
が必要となる。本実施例では、図7に示したように、電
極701〜703を設けた。この電極に任意の電圧を印
加することによりしきい値を制御する。基本的な構成は
実施例1とほぼ同様であるので、相違点のみに着目して
説明する。
たは結晶性半導体膜を成膜し、パターニングを行い、リ
ン元素を添加して導電型を付与する不純物がドープされ
たシリコン電極701〜703を設けた。
ル型TFTのしきい値電圧をマイナス側にシフトする場
合は13族元素、例えばボロンがドープされたシリコン
電極を設けることは有効である。また、プラス側にシフ
トする場合は15族元素、例えばリンがドープされたシ
リコン電極を設ければよい。
Ti、シリコンなどの元素を主成分とする高融点の導電
性を有する材料または複数の材料の積層膜を用いること
ができる。
た。その後、実施例1と同様にTFTを作製し、図7に
示す状態を得た。また、Pチャネル型TFTまたはNチ
ャネル型TFTのしきい値電圧をマイナス側にシフトす
る場合は13族元素、例えばボロンを絶縁膜704にド
ープすることは有効である。また、プラス側にシフトす
る場合は15族元素、例えばリンを絶縁膜704にドー
プすることが好ましい。
電圧を印加した時、Nチャネル型TFTのしきい値電圧
をマイナス側にシフトすることができる。また、電極に
701、702に負の電圧を印加した時、Nチャネル型
TFTのしきい値電圧をプラス側にシフトすることがで
きる。同様に、Pチャネル型TFTのしきい値電圧も適
宜調節することができる。
例のように透過型液晶表示装置として用いた場合、裏面
からの入射光によるTFTの劣化を防止する機能をも有
している。
リコン基板上に半導体素子を形成し、画素マトリクス回
路、周辺駆動回路を形成したSiチップ・ベースド液晶
に適用することが可能である。本発明を反射型液晶表示
装置に適用した場合の例を図8に示す。基本的な構成は
実施例1とほぼ同様であるので、相違点のみに着目して
説明する。
802はN型半導体領域、803はドレイン領域、80
4は低濃度不純物領域、805はLOCOS法により形
成されたフィールド酸化膜、806は容量電極、807
は金属からなる反射電極である。ソース領域及びドレイ
ン領域はリン元素が添加されてN型の導電型を示す。な
お、P型の導電型にするにはボロンを添加してソース領
域及びドレイン領域を形成すればよい。
異なる方法により結晶性半導体膜を得る例である。本実
施例では、珪素の結晶化を助長する触媒元素を利用し
て、レーザービーム形状を長方形または正方形に成形
し、一度の照射で数cm2 〜数百cm2 の領域に均一な
レーザー結晶化処理により結晶性半導体膜を得る方法に
関する。基本的な構成は実施例1とほぼ同様であるの
で、相違点のみに着目して説明する。
素を含む溶液を塗布することによって触媒元素(Ni)
を保持させる。Ni酢酸溶液のNi濃度は重量換算で1
〜1000ppmとする。本実施例では100ppmと
した。この状態で非晶質珪素膜の表面にNiが保持され
る。その後不活性または酸化性雰囲気中においてエキシ
マレーザー光(波長248〜308nm)を照射するこ
とによって結晶性珪素膜を得た。なお、加熱処理と同時
におこなってもよい。また、レーザー光の照射に代えて
強光の照射、例えばRTA、RTPを用いてもよい。
ビーム形状を長方形または正方形に成形し、一度の照射
で数cm2 〜数百cm2 の領域に均一なレーザー装置
(ソプラ社製のSAELC)を用いて、結晶性珪素膜を
得た。
こうすることにより、TFT特性が良好なTFTを作製
することができた。
3と組み合わせることは可能である。
異なる方法により結晶性半導体膜を得る例である。本実
施例では、触媒元素を用いない方法、例えば熱処理、レ
ーザー結晶化方法を用いる。本実施例では、レーザービ
ーム形状を長方形または正方形に成形し、一度の照射で
数cm2 〜数百cm2 の領域に均一なレーザー光を非晶
質半導体膜に照射する結晶化処理により結晶性半導体膜
を得る方法に関する。基本的な構成は実施例1とほぼ同
様であるので、相違点のみに着目して説明する。
不活性または酸化性雰囲気中においてエキシマレーザー
光(波長248〜308nm)を照射することによって
結晶性珪素膜を得た。なお、加熱処理と同時におこなっ
てもよい。また、レーザー光の照射に代えて強光の照
射、例えばRTA、RTPを用いてもよい。
ビーム形状を長方形または正方形に成形し、一度の照射
で数cm2 〜数百cm2 の領域に均一なレーザー装置
(ソプラ社製のSAELC)を用いて、結晶性珪素膜を
得た。
なお、本実施例は実施例1および2とは異なり、触媒元
素を用いていないため不純物が少なく、TFT特性が良
好なTFTを作製することができた。
異なる工程順序により保護膜を形成する例である。本実
施例では、サイドウォール形成後、サイドウォールを覆
って保護膜を形成する方法を用いる。基本的な構成は実
施例1とほぼ同様であるので、相違点のみに着目して図
9を用いて説明する。
チングにより高速駆動回路のゲート電極側面にサイドウ
ォール901と、高耐圧回路のゲート電極の上面および
側面に絶縁物902を形成する。次いで、ゲート絶縁膜
の形成、リン元素の添加、ボロン元素の添加を実施例1
に従って行い、保護膜903、層間絶縁膜904を形成
する工程とした。
いて450℃以上、0.1〜12時間の加熱処理を施す
ことにより、触媒元素のゲッタリング、不純物の活性
化、イオンドーピング工程の際に生じた結晶構造のダメ
ージを回復する。
タクトホール形成後、金属膜を成膜し、加熱処理を加
え、高濃度不純物領域が露出した箇所にシリサイドを形
成し、金属膜を除去する工程とした。なお、保護膜を形
成する際にシリサイドを形成する工程としてもよいし、
シリサイドを設けない構成としてもよい。
なお、本実施例を他の実施例2〜5と組み合わせること
は可能である。
続において良好なオーミックコンタクトを得るための構
成を図10を用いて説明する。画素マトリクス回路の基
本的な構成は実施例1とほぼ同様であるので、相違点の
みに着目して説明する。
基板上に活性層とゲート絶縁膜を形成する。そして、画
素マトリクス回路のTFTのゲート絶縁膜と同一の材料
からなる膜上に、タンタルを主成分とする層1001上
に金属材料からなる層、本実施例ではチタンを主成分と
する層、例えば窒化チタン膜1002(膜厚20nm〜
100nm)を連続成膜してパターニングを施し、多層
配線を設けた。その後、実施例1と同様に層間絶縁膜の
形成、コンタクトホールの形成等を施した。
トホール(開孔部)を形成する際、タンタルを主成分と
する層1001の酸化や水素の吸蔵を防ぐ。また、チタ
ンを主成分とする層は、開孔部を形成する際、層間絶縁
膜と同時に一部が除去される場合があるが、酸素と反応
しても絶縁体にならず、また除去しやすいため良好なオ
ーミックコンタクトを得ることができる。即ち、チタン
を主成分とする層は、タンタルを主成分とする層を保護
するとともに、十分にエッチングマージンが取れるため
開孔部の形成も容易とすることができた。そして、開孔
部を形成した後、配線1003を形成し、1001及び
1002で示される多層配線と接続させた。その後、実
施例1と同様にして図10の状態を得た。
Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Mo、Wから選ばれた
一種の元素を主成分とする層を用いることができる。
合わせることは可能である。
構成を含むTFT基板(素子形成側基板)を用いてAM
LCDを構成した場合の例について説明する。ここで本
実施例のAMLCDの外観を図11に示す。
基板であり、画素マトリクス部902、ソース側駆動回
路1103、ゲート側駆動回路1104が形成されてい
る。画素マトリクス部は、図6(A)および図1に相当
し、その一部を示した。また、駆動回路は、図6(B)
及び図1に相当し、その一部を示したようにN型TFT
とP型TFTとを相補的に組み合わせたCMOS回路で
構成することが好ましい。また、1105は対向基板で
ある。
ブマトリクス基板1101と対向基板1105とが端面
を揃えて貼り合わされている。ただし、ある一部だけは
対向基板1105を取り除き、露出したアクティブマト
リクス基板に対してFPC(フレキシブル・プリント・
サーキット)1106を接続してある。このFPC11
06によって外部信号を回路内部へと伝達する。
用してICチップ1107、1108が取り付けられて
いる。これらのICチップ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、様々な回路をシリコン基板上に形成して構
成される。図11(A)では2個取り付けられている
が、1個でも良いし、さらに複数個であっても良い。
る。図11(B)において図9(A)と同一の部分は同
じ符号を付してある。ここでは図11(A)でICチッ
プが行っていた信号処理を、同一基板上にTFTでもっ
て形成されたロジック回路(論理回路)1109によっ
て行う例を示している。この場合、ロジック回路110
9も駆動回路1103、1104と同様にCMOS回路
を基本として構成される。
示を行っても良いし、ECB(電界制御複屈折)モー
ド、GH(ゲストホスト)モードなどで液晶を駆動し、
カラーフィルターを用いない構成としても良い。
Dは、様々な電子機器のディスプレイとして利用され
る。なお、本実施例に挙げる電子機器とは、半導体回路
を搭載した半導体装置と定義する。
ラ、スチルカメラ、プロジェクター、プロジェクション
TV、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ(ノート型を含む)、携帯
情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話等)などが
挙げられる。それらの一例を図12に示す。
ービルコンピュータ)であり、本体2001、カメラ部
2002、受像部2003、操作スイッチ2004、表
示装置2005で構成される。本願発明は受像部200
3、表示装置2005等に適用できる。
イであり、本体2101、表示装置2102、バンド部
2103で構成される。本発明は表示装置2102に適
用することができる。
01、音声出力部2202、音声入力部2203、表示
装置2204、操作スイッチ2205、アンテナ220
6で構成される。本願発明は音声出力部2202、音声
入力部2203、表示装置2204等に適用することが
できる。
2301、表示装置2302、音声入力部2303、操
作スイッチ2304、バッテリー2305、受像部23
06で構成される。本願発明は表示装置2302、音声
入力部2303、受像部2306に適用することができ
る。
り、本体2401、光源2402、表示装置2403、
偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター240
5、2406、スクリーン2407で構成される。本発
明は表示装置2403に適用することができる。
01、表示装置2502、2503、記憶媒体250
4、操作スイッチ2505、アンテナ2506で構成さ
れる。記憶媒体(MD、DVD等)に記憶されたデータ
またはアンテナ(たとえば衛星アンテナ等)から得られ
るデータを表示する。本発明は表示装置2502、25
03に適用することができる。
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、他にも電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ
などにも活用することができる。
で、工程を増加することなく、同一基板上に異なる特性
を有する薄膜トランジスタを集積化することができる。
そして、全体としてのバランスがとれた周辺駆動回路一
体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供する
ことができる。
例えば画素マトリクス部のNチャネル型TFTにおいて
は、低OFF電流を特性を有した薄膜トランジスタを形
成できる。
のNチャネル型TFTにおいては、高速駆動可能な薄膜
トランジスタを形成できる。また、周辺駆動回路、例え
ばCMOS回路のPチャネル型TFTにおいては、Nチ
ャネル型TFTと同様に高速駆動可能な薄膜トランジス
タを形成することができる。
ことで、ゲート配線および電極(配線幅:0.1μm〜
5μm)を作製した後、高温(400度以上)での加熱
処理を行った場合においても、良好なTFT特性を有す
る半導体装置を得ることができる。
トリクス型を有した他のフラットパネルディスプレイに
利用することもできる。例えば、EL素子を利用したア
クティブマトリクス表示装置に利用することができる。
1)
例1)
例1)
例1)
例1)
2)
3)
6)
例7)
極) 134 第2の層間絶縁膜 135 ブラックマスク 136 第3の層間絶縁膜 137 画素電極 138 パッシベーション膜 139、140 引出し配線
Claims (21)
- 【請求項1】絶縁表面を有する基板上にソース領域と、
ドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の
間に形成されているチャネル形成領域と、少なくとも前
記チャネル形成領域上に接して形成されたゲート絶縁膜
と、前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極
と、少なくとも前記ゲート電極の上面または側面を覆う
保護膜とを有していることを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記ゲート電極は多層
構造を有し、タンタル、モリブデン、チタン、クロム、
シリコンから選ばれた一種の元素を主成分とする層を少
なくとも一層含むことを特徴とする半導体素子からなる
半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記ゲート電
極は、前記基板側から順に窒素を含むタンタルを主成分
とする第1の層、タンタルを主成分とする第2の層、お
よび窒素を含むタンタルを主成分とする第3の層からな
る三層構造を有することを特徴とする半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか一において、前
記チャネル形成領域は、シリコンの結晶化を助長する触
媒元素を含有し、前記触媒元素の濃度は、前記チャネル
形成領域よりも前記ソース領域および前記ドレイン領域
のほうが高いことを特徴とする半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項5】絶縁表面を有する基板上に、ソース領域
と、ドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領
域の間に形成されているチャネル形成領域と、前記ソー
ス領域と前記チャネル形成領域の間および前記ドレイン
領域と前記チャネル形成領域の間に形成されている低濃
度不純物領域と、少なくとも前記チャネル形成領域上に
形成されたゲート絶縁膜と、前記チャネル形成領域の上
方において前記ゲート絶縁膜上に接して形成されたゲー
ト電極と、少なくとも前記ゲート電極の上面または側面
を覆う保護膜とを有し、前記ゲート電極は、前記基板側
から順に窒素を含む第1のタンタル層、第2のタンタル
層、および窒素を含む第3のタンタル層からなる3層構
造を有し、前記チャネル形成領域は、シリコンの結晶化
を助長する触媒元素を含有し、前記触媒元素の濃度は、
チャネル形成領域よりもソース領域およびドレイン領域
のほうが高いことを特徴とする半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項6】請求項5において、前記ゲート電極の上面
および側面に前記保護膜を介して絶縁物を有し、前記低
濃度不純物領域と前記ドレイン領域との境界と、前記低
濃度不純物領域と前記ソース領域との境界は、前記絶縁
物により決定されることを特徴とする半導体素子からな
る半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項7】請求項5において、前記ゲート電極の側面
に前記保護膜を介してサイドウォールを有し、前記低濃
度不純物領域と前記ドレイン領域との境界と、前記低濃
度不純物領域と前記ソース領域との境界は、前記サイド
ウォールにより決定されることを特徴とする半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項8】請求項7において、前記ゲート電極の側面
に接してサイドウォールを有し、ゲート電極の上面およ
び前記サイドウォールは、前記保護膜により覆われてい
ることを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備
えた半導体装置。 - 【請求項9】請求項1乃至8のいずれか一において、前
記ソース領域および前記ドレイン領域には、N型の導電
型を付与する不純物が添加されていることを特徴とする
半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項10】請求項1乃至9のいずれか一において、
前記ソース領域および前記ドレイン領域には、N型の導
電型を付与する不純物およびP型の導電型を付与する不
純物が添加されていることを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項11】請求項1乃至10のいずれか一におい
て、前記保護膜は、窒化珪素膜であることを特徴とする
半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項12】請求項1乃至11のいずれか一におい
て、前記保護膜の膜厚は、10〜100nmであること
を特徴とする半導体素子からなる半導体回路を備えた半
導体装置。 - 【請求項13】請求項1乃至12のいずれか一におい
て、前記ソース領域および前記ドレイン領域の少なくと
も一部はシリサイドであることを特徴とする半導体素子
からなる半導体回路を備えた半導体装置。 - 【請求項14】請求項4乃至13のいずれか一におい
て、前記触媒元素は、Ni、Fe、Co、Pd、Pt、
Cu、Au、Geから選ばれた少なくとも1つの元素で
あることを特徴とする半導体素子からなる半導体回路を
備えた半導体装置。 - 【請求項15】同一基板上に、第1の半導体素子からな
る高耐圧回路と第2の半導体素子からなる高速駆動回路
とを備えた半導体装置であって、前記高耐圧回路は、第
1のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上面および
側面を覆う絶縁物と、前記絶縁物をドーピングマスクと
してN型またはP型の導電型を付与する不純物が添加さ
れた第1のソース領域および第1のドレイン領域と、を
有する第1の半導体素子からなり、前記高速駆動回路
は、第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極の側面
にサイドウォールと、前記サイドウォールをドーピング
マスクとしてN型またはP型の導電型を付与する不純物
が添加された第2のソース領域および第2のドレイン領
域と、を有する第2の半導体素子からなることを特徴と
する半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装
置。 - 【請求項16】タンタルを主成分とする材料からなる層
上に金属材料からなる層が積層された多層配線と、前記
多層配線を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶
縁膜上に形成された金属配線と、を有し、前記層間絶縁
膜には開孔部が形成されており、前記開孔部を介して前
記多層配線と前記金属配線とが接続されていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項17】絶縁表面を有する基板上に半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法であっ
て、絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成す
る工程と、前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜上に配線を形成する工程
と、前記配線をドーピングマスクとしてN型の導電型を
付与する不純物を添加する第1のドーピングをする工程
と、前記配線を覆って保護膜を形成する工程と、前記配
線および前記保護膜を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上の一部にマスクを形成する工程と、異方性
エッチングを行うことによって、前記絶縁膜をエッチン
グし配線側面に概略三角形状の絶縁物を形成すると同時
に、前記マスクの下方に存在する絶縁物を残す工程と、
前記概略三角形状の絶縁物、前記絶縁物、およびゲート
電極をドーピングマスクとして第1のドーピングより高
濃度の第2のドーピングをする工程と、加熱処理を施
し、前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、を有す
る半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置の
作製方法。 - 【請求項18】絶縁表面を有する基板上に半導体素子か
らなる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法であっ
て、絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成す
る工程と、前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜上に配線を形成する工程
と、前記配線を覆って絶縁膜を形成する工程と、前記絶
縁膜上の一部にマスクを形成する工程と、異方性エッチ
ングを行うことによって、前記絶縁膜をエッチングし配
線側面に概略三角形状の絶縁物を形成すると同時に、前
記マスクの下方に存在する絶縁物を残す工程と、前記概
略三角形状の絶縁物、前記絶縁物、およびゲート電極を
ドーピングマスクとしてN型の導電型を付与する不純物
またはP型の導電型を付与する不純物を添加する工程
と、を有する半導体素子からなる半導体回路を備えた半
導体装置の作製方法。 - 【請求項19】請求項17または18に記載のゲート絶
縁膜上に配線を形成する工程は、前記基板側から順に窒
素を含む第1のタンタル層、第2のタンタル層、および
窒素を含む第3のタンタル層を連続して成膜し、パター
ニングする工程であることを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法。 - 【請求項20】請求項17乃至19のいずれか一に記載
の絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する
工程は、前記絶縁表面に接して非晶質半導体膜を形成す
る工程と、前記非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長す
る触媒元素を保持させる工程と、加熱処理により、前記
非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成する
工程を有することを特徴とする半導体素子からなる半導
体回路を備えた半導体装置の作製方法。 - 【請求項21】請求項17乃至19のいずれか一に記載
の絶縁表面を有する基板上に結晶性半導体膜を形成する
工程は、前記絶縁表面に接して非晶質半導体膜を形成す
る工程と、前記非晶質半導体膜に珪素の結晶化を助長す
る触媒元素を保持させる工程と、レーザー光の照射によ
り、前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を
形成する工程を有することを特徴とする半導体素子から
なる半導体回路を備えた半導体装置の作製方法。
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