JP2001007342A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス基板を用いた半導体装置において、ガ
ラス基板からの不純物による半導体装置の汚染を防止
し、安価で大画面、高性能の半導体装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ガラス基板301に接して設けられたブ
ロッキング膜300と、前記ブロッキング膜300上に
設けられたTFTを有する半導体装置において、前記ブ
ロッキング膜300は酸化タンタル膜からなることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板上に形
成され結晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor:TFT)等の半導体装置及びその作
製方法に関するものである。本発明の半導体装置は、薄
膜トランジスタ(TFT)やMOSトランジスタ等の素
子だけでなく、これら絶縁ゲート型トランジスタで構成
された半導体回路(マイクロプロセッサ、信号処理回路
または高周波回路等)を有する液晶表示装置、EL表示
装置、EC表示装置又はイメージセンサ等をも含むもの
である。加えて、本発明の半導体装置は、これらの表示
装置を搭載したビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジ
ェクター、ゴーグルディスプレイ、カーナビゲーショ
ン、パーソナルコンピュータ又は携帯情報端末等の電子
機器をも含むものである。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体膜を用いた半導体素子とし
て薄膜トランジスタ(TFT)がよく用いられている。
TFTは各種集積回路に用いられるが、特にアクティブ
マトリクス型液晶表示装置の画素部のスイッチング素子
として用いられている。更に、近年TFTの高移動度化
が進められており、画素部を駆動するドライバ回路の素
子としてもTFTが用いられている。ドライバ回路に用
いられる半導体層としては、非晶質半導体膜よりも移動
度の高い、結晶質半導体膜を用いることが必要となる。
この結晶質半導体膜(結晶性半導体膜ともいう)は多結
晶半導体膜、ポリシリコン膜、微結晶半導体膜等と呼ば
れている。
【0003】このようなTFTにおいて、半導体層に含
有される不純物を少なくすることが、TFT特性を向上
させるために重要である。
【0004】ところで、アクティブマトリクス型液晶表
示装置に用いる基板として、従来から石英基板やガラス
基板などの透明な絶縁基板が用いられている。石英基板
はガラス歪点が高いため、結晶化温度を1000℃程度
に上昇でき、結晶化時間を短縮することができる。しか
し、石英基板はガラス基板に比較して非常に高価であ
り、大量生産を考えた場合、大面積化は困難である。そ
こで、液晶表示装置に用いる基板としてガラス歪点が5
93℃のコーニング7059ガラス等のガラス基板が広
く用いられている。
【0005】これら液晶表示装置に用いるガラス基板は
普通のソーダライムガラスに比べてナトリウム(Na)
等の不純物の混入量が少なくなってはいるものの、わず
かに含まれるナトリウム(Na)等の不純物が非晶質半
導体膜の結晶化工程等における基板の加熱処理(アニー
ル)時に拡散し、TFTの活性層となる半導体層を汚染
してTFT特性を低下させることが問題となってる。
【0006】一般にガラス基板から活性層へのナトリウ
ム汚染を防止するため、ガラス基板と活性層の間にブロ
ッキング膜として窒化珪素膜もしくは酸化珪素膜が設け
られている。特に窒化珪素膜はナトリウムの拡散を防止
するブロッキング性能が高いためよく用いられる。しか
し、ガラス基板上に設けられた窒化珪素膜は大きな応力
を有しており、アニール工程により窒化珪素膜やそれに
接する膜のひび割れ、もしくはガラス基板の変形、破損
等が生じ、問題となっている。そのため、窒化珪素膜と
酸化珪素膜の積層膜を用いたり、酸化窒化珪素膜を用い
る等の工夫がなされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ブロッキング
膜として、上記積層膜や酸化窒化珪素膜を用いた場合、
窒化珪素膜のみを用いた場合に比べてブロッキング性能
が低く、確実に基板からの不純物汚染を防止することが
できなかった。積層膜においてはひび割れ等防止のため
窒化珪素膜の膜厚を厚くできず、又酸化窒化珪素膜にお
いてはひび割れ等防止のため窒素含有率を高められない
ことが原因と考えられる。一方、ガラス基板にはナトリ
ウムが非常に多く混入されており、ブロッキング性能の
高いブロッキング膜が必要とされていた。
【0008】また、ボトムゲート型TFTの場合、ブロ
ッキング膜はゲート配線(本明細書においてゲート配線
にはゲート電極も含むものとする)の下に接する下地膜
として設けられ、ブロッキング膜として窒化珪素膜を用
いると窒化珪素膜上に設けられたゲート配線の膜剥がれ
が生じ窒化珪素膜とゲート配線との密着性が悪いことが
問題となっていた。
【0009】そこで、本発明は、アニール工程によって
結晶化された結晶質半導体層を有する半導体装置におい
て、ナトリウム等不純物の拡散を確実に防止できるブロ
ッキング膜を設けてTFT特性の向上を図り、かつ被膜
のひび割れ等を防止して歩留りを低下させた、安価で大
画面、高性能なアクティブマトリクス型液晶表示装置等
の半導体装置を形成することを課題とする。更に、ボト
ムゲート型TFTにおいて、ゲート配線との密着性のよ
いブロッキング膜を形成することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ガラス基板上にブロッキング膜として酸
化タンタル(TaOx)膜を設けたことを特徴とする。
本発明において酸化タンタル膜とは、タンタルと酸素を
主成分とする被膜のことを言う。酸化タンタル膜は、1
00〜500nmの膜厚範囲で用いることができ、形成
手段としては熱CVD法、プラズマCVD法、蒸着法、
スパッタリング法、減圧熱CVD法、熱酸化法、陽極酸
化法等の形成方法を用いることができる。酸化タンタル
膜は効果的にナトリウム等の不純物をブロックすること
ができる。特に、スパッタリング法やプラズマCVD法
を用いて形成された酸化タンタル膜は成膜条件により応
力等を制御できるため、ブロッキング性能を向上させた
りガラス基板との応力低減を図るには有効である。この
中でも特に、タンタルからなるターゲットを用い、酸素
を含む混合ガス雰囲気中で行われるスパッタリング法を
採用することは有効である。
【0011】更に、酸化タンタル膜はゲート配線として
一般に用いられるタンタル(Ta)、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、クロム
(Cr)シリコン(Si)から選ばれた一種または複数
種の元素を主成分とする材料からなる導電膜、又はこれ
らの元素と同等もしくはそれ以上の融点を有する材料か
らなる導電膜との密着性が良好であり、ボトムゲート型
TFTにおいて、ブロッキング膜とゲート配線との密着
性不良による歩留りの低下を防止することができる。
【0012】本発明の構成とすると、ガラス基板から活
性層への不純物汚染を、酸化タンタル膜によって防止で
きるので、質量二次イオン分析(以下SIMS分析とい
う)におけるゲート絶縁膜中のナトリウム濃度を、ノイ
ズを考慮した現時点での検出下限以下である1×1016
atoms /cm3 以下とでき、従ってゲート絶縁膜に接し
て設けられる活性層中のナトリウム濃度を1×1016at
oms /cm3 以下とできるので、TFTの信頼性を向上
させることができる。更に、ブロッキング膜として酸化
タンタル膜を用いるとTFT特性のばらつきを小さくす
ることができTFTの信頼性を向上させることができ
る。
【0013】なお本発明の構成において、酸化タンタル
膜を基板の片面だけでなく両面に設けることは有効であ
る。基板の両面に酸化タンタル膜を設けることによっ
て、半導体装置作製時に基板から拡散するナトリウム等
不純物を完全にブロックすることができる。また、液晶
表示装置に用いるガラス基板はフッ酸等特定の酸性溶液
を用いたエッチング工程においてわずかではあるが腐食
され、基板中のナトリウム(Na)等の不純物が酸性溶
液中に混入し、TFTの活性層となる半導体層を汚染し
てTFT特性を低下させることが問題となっているが、
酸化タンタル膜はフッ酸等ほとんどの酸性溶液に対する
耐酸性に優れており、基板の両面に酸化タンタル膜を設
けることによって、エッチング工程におけるナトリウム
汚染を防ぐことも可能である。また酸化タンタル膜は熱
膨張の膨張率が小さく耐熱性に優れており、基板の裏面
に酸化タンタル膜を設けることによって基板の耐熱性を
向上させることもできる。なお更に、基板の側面を含む
基板全面を酸化タンタル膜で覆う(コーティングする)
ことは有効である。減圧熱CVD法を用いると基板の側
面への被膜形成を比較的容易に行うことができる。
【0014】本明細書で開示する本発明の第1の構成
は、ガラス基板に接するブロッキング膜と、前記ブロッ
キング膜に接するゲート配線と、前記ゲート配線に接す
るゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接し、高濃度不
純物領域、チャネル形成領域、及び前記高濃度不純物領
域と前記チャネル形成領域との間の低濃度不純物領域、
からなる結晶質半導体層と、を有し、前記ブロッキング
膜は酸化タンタルからなることを特徴とする。
【0015】更に、前記ゲート絶縁膜中のナトリウム濃
度は1×1016atoms /cm3 以下であることを特徴と
する。
【0016】また、本明細書で開示する本発明の第2の
構成は、ガラス基板に酸化タンタル膜を形成する工程
と、前記酸化タンタル膜上にゲート配線を形成する工程
と、前記ゲート配線が形成されたガラス基板上にゲート
絶縁膜と半導体膜を積層形成する工程と、前記半導体膜
を結晶化して結晶質半導体膜とする工程と、前記結晶質
半導体膜をパターニングして結晶質半導体層を形成する
工程と、13族または15族に属する不純物元素を前記
結晶質半導体層に選択的に添加して高濃度不純物領域を
形成する工程と、13族または15族に属する不純物元
素を前記結晶質半導体層に選択的に添加して低濃度不純
物領域を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【0017】また、本明細書で開示する本発明の第3の
構成は、ガラス基板に酸化タンタル膜を形成する工程
と、前記酸化タンタル膜上にゲート配線を形成する工程
と、前記ゲート配線が形成されたガラス基板上にゲート
絶縁膜と半導体膜を積層形成する工程と、前記半導体膜
に半導体膜の結晶化を促進する元素を添加する工程と、
前記半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜とする工程
と、前記結晶質半導体膜中の前記結晶化を促進する元素
を除去する工程と、前記結晶質半導体膜をパターニング
して結晶質半導体層を形成する工程と、13族または1
5族に属する不純物元素を前記結晶質半導体層に選択的
に添加して高濃度不純物領域を形成する工程と、13族
または15族に属する不純物元素を前記結晶質半導体層
に選択的に添加して低濃度不純物領域を形成する工程
と、を有することを特徴とする。
【0018】更に前記結晶化を促進する元素として、N
i、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、Au、Ge、S
n、Pbから選ばれた少なくとも一つの元素を用いるこ
とを特徴とする。
【0019】
【本発明の実施の形態】本実施の形態を図1〜3を用い
て説明する。ここでは逆スタガ型TFTを作製した例に
ついて説明する。
【0020】まず、基板101を用意する。基板101
としては、酸化珪素を主成分としナトリウム等のアルカ
リ金属が不純物としてわずかに混入したガラス基板を用
いる。次いで、基板からの不純物の拡散を防止してTF
Tの電気特性を向上させるための酸化タンタル膜からな
るブロッキング膜150を基板101上に設ける。この
酸化タンタル膜は、熱CVD法、プラズマCVD法、蒸
着法、スパッタリング法、減圧熱CVD法、熱酸化法、
陽極酸化法等の方法を用い、100〜500nm、好ま
しくは100〜300nmの膜厚に形成する。特にスパ
ッタリング法やプラズマCVD法を用いることは好まし
い。この中でも特に、タンタルからなるターゲットを用
い、酸素を含む混合ガス雰囲気中で行われるスパッタリ
ング法を採用することは有効である。(図1(A))
【0021】図1(A)には基板の片面だけに酸化タン
タル膜を形成した例を示したが、酸化タンタル膜を基板
の片面だけでなく両面に設けることは有効である。基板
の両面に酸化タンタル膜を設けることによって、半導体
装置作製時に基板から拡散するナトリウム等不純物を完
全にブロックすることができる。また、酸化タンタル膜
はフッ酸等ほとんどの酸性溶液に対する耐酸性に優れて
おり、基板の両面に酸化タンタル膜を設けることによっ
て、エッチング工程におけるナトリウム汚染を防ぐこと
も可能である。また酸化タンタル膜は膨張率が小さく耐
熱性に優れており、基板の裏面に酸化タンタル膜を設け
ることによって基板の耐熱性を向上させることもでき
る。なお更に、酸化タンタル膜で基板全面を覆うことは
有効である。
【0022】なお、石英基板などの透明な絶縁基板、セ
ラミックス基板、ステンレス基板、金属(タンタル、タ
ングステン、モリブデン等)基板、半導体基板、プラス
チック基板(ポリエチレンテレフタレート基板)等を用
いた場合にも、基板からの不純物の拡散を防止するた
め、本発明の構成とすることは好ましい。
【0023】次いで、単層構造または積層構造を有する
ゲート配線(ゲート電極含む)102を形成する(図1
(B))。ゲート配線102の形成手段としては熱CV
D法、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、蒸着法、ス
パッタリング法等を用いて10〜1000nm、好まし
くは30〜300nmの膜厚範囲の導電膜を形成した
後、公知のパターニング技術で形成する。また、ゲート
配線102の材料としては、導電性材料または半導体材
料を主成分とする材料、例えばTa(タンタル)、Mo
(モリブデン)、Ti(チタン)、W(タングステ
ン)、Cr(クロム)等の高融点金属材料、これら金属
材料とシリコンとの化合物であるシリサイド、N型又は
P型の導電性を有するポリシリコン等の材料、低抵抗金
属材料Cu(銅)、Al(アルミニウム)等、を主成分
とする材料層を少なくとも一層有する構造であれば特に
限定されることなく用いることができる。
【0024】また、ゲート配線として、もしくは少なく
ともゲート配線の下層としてタンタルを主成分とする材
料を用いることは好ましく、例えばタンタル単層を用い
ることは好ましい。更に、ゲート配線として、窒化タン
タル(下層)とタンタル(中間層)と窒化タンタル(上
層)の積層構造を用いることは好ましい。タンタルを主
成分とする材料をゲート配線として用いた場合には、下
地の酸化タンタル膜とゲート配線となる導電膜を大気に
さらすことなく成膜することができ、下地膜とゲート配
線となる導電膜の密着性を増すことができる。更に大気
にさらすことなく連続的に成膜することは好ましい。酸
化タンタル膜と導電膜を連続成膜する際は、スパッタリ
ング法を用いることは好ましい。また、ゲート配線を保
護し、かつゲート配線からの不純物の拡散を防止するた
め、ゲート配線に接して陽極酸化膜または酸化膜等の絶
縁膜を形成する構成としてもよい。
【0025】次いで、ゲート配線に接してゲート絶縁膜
を形成する。ゲート絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化
珪素膜、酸化窒化珪素膜(SiOx y )、有機樹脂膜
(BCB(ベンゾシクロブテン)膜)、またはこれらの
積層膜等を100〜400nmの膜厚範囲で用いること
ができる。ゲート絶縁膜の形成手段としては熱CVD
法、プラズマCVD法、減圧熱CVD法、蒸着法、スパ
ッタリング法、塗布法等の形成方法を用いることができ
る。ここでは図1(C)に示すように、積層構造のゲー
ト絶縁膜103a、103bを用いた。下層のゲート絶
縁膜103aは、窒化珪素膜等を10nm〜60nmの
膜厚範囲で形成し、ゲート配線から活性層への不純物拡
散を有効に防止した。なお、活性層に影響を及ぼす不純
物のうち基板から拡散される不純物は酸化タンタル膜か
らなるブロッキング膜によってほとんどブロックされ、
ゲート絶縁膜中のナトリウム濃度をノイズを考慮したS
IMS分析の検出下限以下である1×1016atoms /c
3 以下とすることができるので、ゲート絶縁膜として
窒化珪素膜は必ずしも設けなくてもよい。
【0026】次いで、非晶質半導体膜104を成膜する
(図1(C))。非晶質半導体膜104としては、珪素
を含む非晶質半導体膜、例えば非晶質珪素膜、微結晶を
有する非晶質半導体膜、微結晶珪素膜、非晶質ゲルマニ
ウム膜、Six Ge1-x (0<X<1)で示される非晶
質シリコンゲルマニウム膜またはこれらの積層膜を10
〜80nm、より好ましくは15〜60nmの膜厚範囲
で用いることができる。非晶質半導体膜104の形成手
段としては熱CVD法、プラズマCVD法、減圧熱CV
D法、蒸着法、スパッタリング法等の形成方法を用いる
ことができる。特にスパッタリング法により形成された
非晶質半導体膜を用いたTFTの電気特性がよいとされ
ており好ましい。
【0027】なお、上記ゲート絶縁膜103a、103
bと非晶質半導体膜104とを大気にさらすことなく成
膜すれば不純物がゲート絶縁膜と非晶質半導体膜との界
面に混入しないため良好な界面特性を得ることができ
る。更に連続的に成膜することは好ましい。ゲート絶縁
膜と非晶質半導体膜を連続成膜する際も、スパッタリン
グ法を用いることは好ましい。上記したように下地の酸
化タンタル膜とゲート配線はスパッタリング法により形
成することが好ましいので、酸化タンタル膜とゲート配
線及びゲート絶縁膜と非晶質半導体膜の全てをスパッタ
リング膜とすることは好ましい。更に、半導体膜上に設
ける膜もスパッタリング法により形成してもよい。
【0028】次いで、非晶質半導体膜104の結晶化処
理を行い、結晶質半導体膜105を形成する(図1
(D))。結晶化処理としては、公知の如何なる手段、
例えば熱結晶化処理、赤外光または紫外光の照射による
結晶化処理(以下レーザー結晶化と呼ぶ)、結晶化を促
進する元素を用いた熱結晶化処理、結晶化を促進する元
素を用いたレーザー結晶化処理等、またはこれらの結晶
化処理を組み合わせた処理を用いることができる。な
お、図1(D)ではレーザー光の照射による結晶化処理
を示す。
【0029】こうして形成された結晶質半導体膜105
上に絶縁膜106を形成する(図1(E))。この絶縁
膜106は後の工程によりパターニングされて不純物の
添加工程時にチャネル形成領域を保護する。この絶縁膜
106としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪
素膜(SiOx y )、有機樹脂膜(BCB膜)、また
はこれらの積層膜等を100〜400nmの膜厚範囲で
用いることができる。そして、絶縁膜106上に公知の
パターニング技術、例えば通常の露光や裏面露光等を用
いてチャネル保護膜を形成するためのマスクを形成する
(図1(E))。なお、図1(E)ではフォトマスクを
使用しない裏面露光により形成されたレジストマスク1
07を示す。
【0030】次いで、レジストマスク107を用いてウ
エットエッチングまたはドライエッチングにより絶縁膜
106を選択的に除去して絶縁膜(以下、チャネル保護
膜と呼ぶ)108を形成した後、レジストマスク107
を除去する(図2(A))。ここでチャネル保護膜のソ
ース領域−ドレイン領域方向の大きさ(長さ)はゲート
配線(ゲート電極)の大きさよりも小さくして、上面か
ら見てゲート配線の一部がチャネル保護膜108と重な
らないようにした。この工程により結晶質半導体膜の表
面が露呈されるため、レジストマスク107の除去後に
表面の汚染を防止するための薄い酸化膜を、オゾン水に
よる酸化処理、酸化雰囲気での熱処理またはUV光の照
射等により形成する工程を加えてもよい。
【0031】次いで、フォトマスクを用いてNチャネル
型TFTの一部またはPチャネル型TFTを覆うレジス
トマスク109を形成し、結晶質半導体膜にn型を付与
する不純物元素を添加する工程を行ない、第1の不純物
領域(n+ 領域)110aを形成する(図2(B))。
ここでNチャネル型TFTの一部を覆うレジストマスク
109のソース領域−ドレイン領域方向の大きさ(長
さ)はゲート配線(ゲート電極)の大きさ(長さ)より
も大きくして、上面から見て第1の不純物領域110a
とゲート配線が重ならないようにした。半導体材料に対
してn型を付与する不純物元素としては、15族に属す
る不純物元素、例えばP、As、Sb、N、Bi等を用
いることができる。この工程では、プラスマドーピング
法によりドーピング条件(ドーズ量、加速電圧等)を適
宜設定して表面が露出している結晶質半導体膜にP(リ
ン)を添加する。また、この第1の不純物領域110a
は高濃度不純物領域であり、後のソース領域又はドレイ
ン領域となるのでTFT作製完了時のシート抵抗が 500
Ω以下(好ましくは 300Ω以下)となるように、ドーズ
量を設定する。
【0032】次いで、レジストマスク109を除去した
後、チャネル保護膜108をマスクとして結晶質半導体
膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行い、
第2の不純物領域(n- 領域)112を形成する(図2
(C))。第2の不純物領域はゲート配線よりも小さな
チャネル保護膜108がマスクとして形成されているの
で、第2の不純物領域の一部は上面からみてゲート配線
と重なった構成となっている。又、第2の不純物領域は
ゲート配線よりも大きなレジストマスク109が除去さ
れた領域に形成されるので、第2の不純物領域の一部は
上面からみてゲート配線と重ならない構成となってい
る。こうして形成された第2の不純物領域112は低濃
度不純物領域(以下、LDD領域と呼ぶ)として機能す
るものであり、第2の不純物領域112のリンの濃度は
SIMS分析で1×1018〜1×1019atoms /cm3
の範囲とすることが好ましい。この工程において、さら
に不純物が添加されて第1の不純物領域110bが形成
され、チャネル保護膜の直下だけが真性もしくは実質的
に真性な結晶質半導体領域となる。
【0033】なお、本明細書中で真性とは、シリコンの
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、しきい値制御が可
能な濃度範囲(SIMS分析で1×1016〜1×1017
atoms /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。
【0034】次いで、フォトマスクを用いてNチャネル
型TFTを覆うレジストマスク114を形成し、結晶質
半導体膜にp型を付与する不純物元素を添加する工程を
行ない、第3の不純物領域(p+ 領域)113を形成す
る(図2(D))。半導体材料に対してp型を付与する
不純物元素としては、13族に属する不純物元素、例え
ばB、Al、Ga、In、Tl等を用いることができ
る。
【0035】次いで、レジストマスク114を除去した
後、ファーネスアニール、レーザーアニールまたはラン
プアニールにより不純物イオンの活性化およびイオン添
加時の損傷の回復を図る。その後、公知のパターニング
技術により所望の形状を有する活性層を形成する。(図
3(A))
【0036】以上の工程を経て、Nチャネル型TFTの
ソース領域115、ドレイン領域116、低濃度不純物
領域117、118、チャネル形成領域119が形成さ
れ、Pチャネル型TFTのソース領域121、ドレイン
領域122、チャネル形成領域120が形成される。
【0037】次いで、チャネル保護膜108を除去し
て、全面に層間絶縁膜123を形成する。層間絶縁膜1
23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(ポリイミド膜、BCB膜等)のいずれ
か或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【0038】そして、公知の技術を用いてコンタクトホ
ールを形成し、ソース配線124、126、ドレイン配
線125、127を形成して、図3(C)に示す状態を
得る。最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素
化してNチャネル型TFT及びPチャネル型TFTを完
成させる。なお、水素化はプラズマ水素処理を用いて行
ってもよい。
【0039】本実施の形態で示すNチャネル型TFT及
びPチャネル型TFTを用いて相補的に結合させた回路
はCMOS回路と呼ばれ、半導体回路を構成する基本回
路である。このような基本回路を組み合わせることでN
AND回路、NOR回路のような基本論理回路を構成し
たり、さらに複雑なロジック回路をも構成することがで
きる。
【0040】本実施の形態の構成とすると、ガラス基板
から活性層への不純物汚染を、酸化タンタル膜によって
防止できるので、SIMS分析におけるゲート絶縁膜中
のナトリウム濃度を、ノイズを考慮した検出下限以下で
ある1×1016atoms /cm 3 以下とでき、従って活性
層中のナトリウム濃度を1×1016atoms /cm3 以下
とできTFTの信頼性を向上させることができる。更
に、ブロッキング膜として酸化タンタル膜を用いるとT
FT特性のばらつきを小さくすることができTFTの信
頼性を向上させることができる。
【0041】また、上記本実施の形態において、チャネ
ル保護膜108を形成し、レジストマスク109を除去
した(図2(A))後、絶縁膜を形成しその絶縁膜を介
して不純物添加(スルードーピング)を行ってLDD領
域を形成してもよい。絶縁膜を介して不純物を添加する
と、LDD領域の不純物濃度の制御が容易となる。ま
た、この絶縁膜を形成することで、大気または製造装置
からの不純物の汚染を防止することもできる。特に、大
気に含まれるボロンによる表面汚染に効果がある。上記
絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪
素膜(SiOx y )、有機樹脂膜(BCB膜)、また
はこれらの積層膜等を1〜200nm、好ましくは10
〜150nmの膜厚範囲で用いることができる。
【0042】また、上記本実施の形態において結晶化工
程の前に非晶質半導体膜へ不純物の添加を行ない、TF
Tのしきい値制御を行う工程を加えてもよい。しきい値
制御を行う工程としては、例えば、非晶質半導体膜上に
制御絶縁膜(膜厚100〜200nm)を設けて、ボロ
ンをしきい値制御が可能な濃度範囲(SIMS分析で1
×1016〜1×1017atoms /cm3 )に添加し、その
後、制御絶縁膜を除去する工程を採用できる。
【0043】また、本実施の形態においては、活性層の
パターニングを活性化工程の後に行う例を示したが、特
に限定されず、例えば結晶化工程前、またはドーピング
前に行ってもよい。
【0044】また、本実施の形態において、逆スタガー
の例を示したが、他のTFT構造に本発明のブロッキン
グ膜を適用することもできる。
【0045】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、特にこ
れらの実施例に限定されないことは勿論である。
【0046】[実施例1] 以下、図1〜3を用いて、
本発明の実施例を詳細に説明する。
【0047】まず、基板101としてガラス基板(コー
ニング1737;歪点667℃)を用意した。次いで、
基板からの不純物拡散を防止してTFTの電気特性を向
上させるため酸化タンタル膜150を基板101上に設
けた。本実施例ではタンタルからなるターゲットを用
い、酸素を含む混合ガス雰囲気中で行われるスパッタリ
ング法を用いて100nm〜300nmの膜厚に形成し
た。(図1(A))
【0048】図1では基板の片面だけに酸化タンタル膜
を設けた例を示したが、酸化タンタル膜を基板の片面だ
けでなく両面に設けることは有効である。基板の両面に
酸化タンタル膜を設けることによって、半導体装置作製
時に基板から拡散するナトリウム等不純物を完全にブロ
ックすることができる。更に、酸化タンタル膜はフッ酸
等ほとんどの酸性溶液に対する耐酸性に優れており、ま
た酸化タンタル膜は膨張率が小さく耐熱性に優れてお
り、基板の裏面に酸化タンタル膜を設けることによって
基板の耐酸性、耐熱性を向上することもできる。そして
更に、酸化タンタル膜で基板全面を覆うことは有効であ
る。
【0049】次いで、酸化タンタル膜150上に積層構
造(簡略化のため図示しない)のゲート配線(ゲート電
極を含む)102を形成した(図1(B))。本実施例
では、スパッタリング法を用いて窒化タンタル膜(膜厚
50nm)とタンタル膜(膜厚250nm)を積層形成
し、公知のパターニング技術であるフォトリソグラフィ
ー法を用いて積層構造を有するゲート配線(ゲート電極
を含む)102を形成した。
【0050】次いで、ゲート絶縁膜103、非晶質半導
体膜104を順次大気開放しないで積層形成した(図1
(C))。本実施例では作製工程中にゲート配線からの
不純物が半導体膜及びゲート絶縁膜へ拡散するのを防ぐ
ため窒化珪素膜103a(膜厚50nm)と酸化珪素膜
103b(膜厚125nm)をプラズマCVD法により
積層形成し、積層構造のゲート絶縁膜とした。本実施例
では二層の絶縁膜をゲート絶縁膜として採用している
が、単層または三層以上の積層構造としてもよい。ま
た、本実施例ではゲート絶縁膜上に非晶質半導体膜10
4として、膜厚54nmの非晶質珪素膜(アモルファス
シリコン膜)をプラズマCVD法により形成した。な
お、いずれの層の界面にも大気からの汚染物質が付着し
ないようにするため順次大気開放せずに積層形成した。
その後、半導体膜の結晶化を妨げる非晶質珪素膜中の水
素濃度を低減するための加熱処理(500℃、1時間)
を行った。
【0051】こうして図1(C)の状態が得られたら、
非晶質半導体膜104に対して赤外光または紫外光の照
射(レーザーアニール)による結晶化(レーザー結晶
化)を行い結晶質半導体膜(結晶を含む半導体膜)10
5を形成した(図1(D))。結晶化技術として紫外光
を用いる場合はエキシマレーザー光または紫外光ランプ
から発生する強光を用いればよく、赤外光を用いる場合
は赤外線レーザー光または赤外線ランプから発生する強
光を用いればよい。本実施例ではKrFエキシマレーザ
ー光を線状にビーム形成して照射した。なお、照射条件
としては、パルス周波数が30Hz、オーバーラップ率
は96%、レーザーエネルギー密度は100〜500mJ
/cm2であり本実施例では360mJ/cm2とした。なお、レ
ーザー結晶化の条件(レーザー光の波長、オーバーラッ
プ率、照射強度、パルス幅、繰り返し周波数、照射時間
等)は、非晶質半導体膜104の膜厚、基板温度等を考
慮して実施者が適宜決定すればよい。なお、レーザー結
晶化の条件によっては、半導体膜が溶融状態を経過して
結晶化する場合や、半導体膜が溶融せずに固相状態、も
しくは固相と液相の中間状態で結晶化する場合がある。
この工程により非晶質半導体膜104は結晶化され、結
晶質半導体膜105に変化する。本実施例において結晶
質半導体膜とは多結晶珪素膜(ポリシリコン膜)であ
る。
【0052】次に、こうして形成された結晶質半導体膜
105上にチャネル形成領域を保護する絶縁膜(後にチ
ャネル保護膜となる)106を形成した。本実施例では
酸化珪素膜(膜厚200nm)を形成した。次いで、裏
面からの露光を用いたパターニング(レジスト膜の成
膜、露光、現像)によって、絶縁膜106に接してレジ
ストマスク107を形成した(図1(E))。裏面から
の露光によるレジストマスクの形成はマスクを必要とし
ないため、製造マスク数を低減することができる。図示
したようにレジストマスクの大きさは光の回り込みによ
って、わずかにゲート配線の幅より小さくなった。
【0053】次いで、レジストマスク107をマスクに
用いて絶縁膜106をエッチングして、チャネル保護膜
108を形成した後、レジストマスク107を除去した
(図2(A))。この工程により、チャネル保護膜10
8と接する領域以外の結晶質珪素膜の表面を露呈させ
た。このチャネル保護膜108は、後のドーピング工程
でチャネル形成領域となる領域にドーパントが添加され
ることを防ぐ役目を果たす。
【0054】次いで、フォトマスクを用いたパターニン
グによってNチャネル型TFTの一部とPチャネル型T
FTを覆うレジストマスク109を形成し、表面が露呈
された結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素を添
加する工程を行ない、第1の不純物領域(n+ 領域)1
10aを形成した(図2(B))。本実施例では、n型
の導電性を付与する不純物としてリン元素を用いた。ド
ーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例では5
%)に希釈したフォスフィン(PH3 )を用い、ドーズ
量5×1014atoms /cm2 とした。また、上記レジス
トマスク109のパターンを実施者が適宜設定すること
によりn+ 型領域の幅が決定され、所望の幅を有するn
- 型領域、及びチャネル形成領域を得ることが比較的容
易にできる。
【0055】次いで、レジストマスク109を除去した
後、チャネル保護膜108をマスクとして、結晶質半導
体膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行な
い、第2の不純物領域(n- 領域)112を形成した
(図2(C))。本実施例ではドーピングガスとして水
素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォス
フィンを用い、ドーズ量3×1013atom s /cm2
して、SIMS分析で1×1018〜1×1019atoms /
cm3 の不純物領域を形成することができた。また、こ
うして形成される第2の不純物領域112はLDD領域
として機能する。なお、この時、さらに不純物が添加さ
れて第1の不純物領域110bが形成され、チャネル保
護膜の直下は真性もしくは実質的に真性な結晶質半導体
領域となった。ただし、図示しないが実際には多少チャ
ネル保護膜の内側に回り込んで不純物元素が添加され
る。
【0056】次いで、フォトマスクを用いてNチャネル
型TFTを覆うレジストマスク114を形成し、結晶質
半導体膜にp型を付与する不純物元素を添加する工程を
行ない、第3の不純物領域(p+ 領域)113を形成し
た(図2(D))。本実施例ではp型を付与する不純物
元素としてB(ボロン)を用いた。ドーピングガスには
水素で1〜10%に希釈されたジボラン(B2 6 )を
用い、ドーズ量4×1016atoms /cm2 とした。
【0057】次いで、レジストマスク114を除去して
レーザーアニールまたは熱アニールによる不純物の活性
化処理を行なった後、水素雰囲気中で熱処理(350
℃、1時間)を行い、全体を水素化した。なお、本実施
例では水素化は熱処理を用いて行ったが、プラズマ水素
処理を用いて行ってもよい。その後、公知のパターニン
グ技術により所望の形状を有する活性層を形成した。
(図3(A))
【0058】以上の工程を経て、Nチャネル型TFTの
ソース領域115、ドレイン領域116、低濃度不純物
領域117、118、チャネル形成領域119が形成さ
れ、Pチャネル型TFTのソース領域121、ドレイン
領域122、チャネル形成領域120が形成された。
【0059】次いで、チャネル保護膜を除去し、Nチャ
ネル型TFT及びPチャネル型TFTを覆って、プラズ
マCVD法により膜厚100nmの酸化珪素膜と、TE
OSと酸素(O2 )を原料ガスに用いた膜厚940nm
の酸化珪素膜との積層構造の層間絶縁膜123を形成し
た。(図3(B))
【0060】そして、コンタクトホールを形成してソー
ス配線124、126、ドレイン配線125、127を
形成して、図3(C)に示す状態を得た。最後に水素雰
囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してNチャネル型
TFT及びPチャネル型TFTを完成させた。この水素
化はプラズマ水素処理を用いて行ってもよい。
【0061】なお、本実施例においては、工程順序を変
更し非晶質半導体膜のパターニング後に結晶化処理を行
ってもよい。
【0062】また、結晶化工程の前に非晶質半導体膜へ
不純物の添加を行ない、TFTのしきい値制御を行って
もよい。
【0063】本実施例の構成とすると、ガラス基板から
活性層への不純物汚染を酸化タンタル膜によって防止で
きるので、SIMS分析におけるゲート絶縁膜中のナト
リウム濃度をノイズを考慮した検出下限以下である1×
1016atoms /cm3 以下とでき、活性層中のナトリウ
ム濃度を1×1016atoms /cm3 以下とできるのでT
FTの信頼性を向上させることができる。更に、ブロッ
キング膜として酸化タンタル膜を用いるとTFT特性の
ばらつきを小さくすることができTFTの信頼性を向上
させることができる。
【0064】[実施例2] 実施例1では、レーザー光
によって非晶質珪素膜を結晶化させたが、本実施例で
は、実施例1と異なる方法で非晶質半導体膜の結晶化を
行う例を示す。以下、図4〜6を用いて本実施例を説明
する。
【0065】まず、基板201としてガラス基板(コー
ニング1737;歪点667℃)を用意した。次いで、
基板からの不純物の拡散を防止してTFTの電気特性を
向上させるため酸化タンタル膜250を基板201上に
設けた。本実施例ではタンタルからなるターゲットを用
い、酸素を含む混合ガス雰囲気中で行われるスパッタリ
ング法を用いて100nm〜300nmの膜厚に形成し
た。
【0066】図4(A)では酸化タンタル膜を基板の片
面だけに設ける例を示したが、酸化タンタル膜を基板の
片面だけでなく両面に設けることは有効である。基板の
両面に酸化タンタル膜を設けることによって、半導体装
置作製時に基板から拡散するナトリウム等不純物を完全
にブロックすることができる。また、酸化タンタル膜は
フッ酸等ほとんどの酸性溶液に対する耐酸性に優れてお
り、基板の両面に酸化タンタル膜を設けることによっ
て、エッチング工程におけるナトリウム汚染を防ぐこと
も可能である。また酸化タンタル膜は膨張率が小さく耐
熱性に優れており、基板の裏面に酸化タンタル膜を設け
ることによって基板の耐熱性を向上させることもでき
る。なお更に、酸化タンタル膜で基板全面を覆うことは
有効である。
【0067】次いで、酸化タンタル膜250上に積層構
造(簡略化のため図示しない)のゲート配線(ゲート電
極を含む)202を形成した(図4(A))。本実施例
では、スパッタリング法を用いて窒化タンタル膜(膜厚
50nm)とタンタル膜(膜厚250nm)を積層形成
し、公知のパターニング技術であるフォトリソグラフィ
ー法を用いて積層構造を有するゲート配線(ゲート電極
を含む)202を形成した。
【0068】次いで、ゲート絶縁膜203、非晶質半導
体膜204を順次大気開放しないで積層形成した(図4
(B))。本実施例ではスパッタリング法を用いて、窒
化珪素膜203a(膜厚50nm)と酸化珪素膜203
b(膜厚125nm)を積層形成し、積層構造のゲート
絶縁膜とした。本実施例では二層の絶縁膜をゲート絶縁
膜として採用しているが、単層または三層以上の積層構
造としてもよい。また、本実施例ではゲート絶縁膜上に
非晶質半導体膜204として、膜厚54nmの非晶質珪
素膜(アモルファスシリコン膜)をプラズマCVD法に
より形成した。なお、いずれの層の界面にも大気からの
汚染物質が付着しないようにするため順次大気開放せず
に積層形成した。その後、半導体膜の結晶化を妨げる非
晶質珪素膜中の水素濃度を低減するための加熱処理(5
00℃、1時間)を行った。
【0069】次に、酸素雰囲気中においてUV光を照射
することにより非晶質珪素膜204aの表面に図示しな
い極薄い酸化膜を形成する。この酸化膜は後に塗布され
るニッケルを含んだ溶液の濡れ性を向上させる機能を有
する。
【0070】次にニッケルを含有する溶液を非晶質珪素
膜204a表面に塗布する。ニッケル含有量(重量換
算)は0.1〜50ppm、より好ましくは1ppm〜
30ppmとすればよい。これは、非晶質珪素膜204
a中のニッケル濃度を1016〜1019atoms/cm3 のオー
ダとするためである。ニッケル濃度が1016atoms/cm3
以下であるとニッケルの触媒作用を得ることができな
い。ニッケル濃度が1019atoms/cm3 程度の濃度であれ
ば、ゲッタリングを実施しない場合でも動作可能なTF
Tを作製可能であり、ゲッタリング工程を効率良く行う
こともできる。なお、上記のニッケルの濃度はSIMS
による測定値で定義される。
【0071】本実施例では、ニッケルを10ppm含有
するニッケル酢酸塩溶液を塗布した。そして、スピンコ
ーターにより基板201を回転して、余分なニッケル酢
酸塩溶液を吹き飛ばして除去し、非晶質珪素膜204a
の表面に極薄いニッケル含有層205を形成する。(図
4(B))
【0072】図4(B)に示す状態を得たら、窒素雰囲
気中で温度550℃、4時間加熱して、非晶質珪素膜2
04aを結晶化した。この結晶化工程により結晶質珪素
膜204bが得られた。この結晶成長はニッケルを添加
した非晶質珪素膜204a表面から基板201の方(縦
方向)へ進行するため、本明細書では縦成長と呼ぶこと
にする(図4(C))。なお、本実施例では全面にニッ
ケル含有層を形成する構成としたが、レジスト等を用い
選択的にニッケル含有層を形成して基板表面と平行な方
向(横方向)へ結晶化を進行させる構成としてもよい。
【0073】本実施例では結晶化を促進する元素として
Niを用いたが、他にCo、Fe、Pd、Pt、Cu、
Au、Ge、Sn、Pbのうちの少なくとも一元素を用
いることができる。また、本実施例では塗布法を用いて
結晶化を促進する元素を添加したが、スパッタリング法
やCVD法を用いて結晶化を促進する元素を含有する被
膜、粒子、クラスタ等を非晶質珪素膜に密着させる方
法、あるいはイオン注入法を採用することができる。
【0074】なお、この結晶化工程に従えば粒界を含む
多結晶珪素膜が形成されるが、異なる条件で微結晶状態
のシリコン膜を形成することもできる。
【0075】また、上記加熱処理は電熱炉において50
0〜700℃、より好ましくは550〜650℃の温度
で行うことができる。この時、加熱温度の上限は基板の
耐熱性を考慮して、使用するガラス基板201のガラス
歪点より低くすることが必要である。ガラス歪点を超え
るとガラス基板の反り、縮み等が顕在化してしまう。ま
た、加熱時間は1〜12時間程度とすればよい。この加
熱処理はファーネスアニール(電熱炉内での加熱処理)
によって行われる。なお、レーザーアニールまたはラン
プアニール等の加熱手段を用いることも可能である。
【0076】次に、得られた結晶質珪素膜204bに対
してレーザー光の照射を行い、結晶性の改善された結晶
質珪素膜204cを得る。本実施例では、パルス発振型
のKrFエキシマレーザー(波長248nm)を用いた
(図4(D))。なお、レ─ザー光の照射前に、溶液の
濡れ性を向上させるために形成された極薄い酸化膜を除
去してもよい。
【0077】パルス発振型のレーザとして、短波長(紫
外線領域)のXeClエキシマレーザーや、長波長のY
AGレーザー等を用いる。本実施例で用いたエキシマレ
ーザーは紫外光を発振するので、被照射領域において瞬
間的に溶融固化が繰り返される。そのため、エキシマレ
ーザー光を照射することにより、一種の非平衡状態が形
成され、ニッケルが非常に動きやすい状態となる。
【0078】また、図4(C)に示す結晶化工程で得ら
れる結晶質珪素膜204bは非晶質成分が不規則に残存
する。しかし、レーザー光の照射によってそのような非
晶質成分を完全に結晶化することができるので、結晶質
珪素膜204cの結晶性は大幅に改善されている。
【0079】なお、このレーザー照射工程を省略するこ
とは可能であるが、レーザー照射することによって、結
晶性の改善の他に、後のゲッタリング工程の効率を向上
させるという効果が得られる。レーザー照射後では、結
晶性珪素膜204c中の残留ニッケル濃度は、1×10
19〜2×1019atoms/cm3 程度である。
【0080】上記結晶化工程の後に、結晶質珪素膜中に
残存するニッケルを除去または低減するゲッタリング技
術(特開平10-270363 号公報、米国出願番号09/050,182
に対応)を用いてもよい。なお、同公報には、リン元素
を全面または選択的に添加した後に加熱処理(300〜
700℃、1〜12時間)を行う技術が記載されてい
る。また、ハロゲン元素を含む気相による方法(特開平
09-312260 号公報、米国出願番号08/785,489に対応)を
用いてもよい。
【0081】次いで、実施例1の図1(E)に示した工
程と同様に結晶質半導体204c上に膜厚200nmの
チャネル形成領域を保護する絶縁膜(後にチャネル保護
膜となる)206を形成した。次いで、裏面からの露光
を用いたパターニングによって、絶縁膜206に接して
レジストマスク207を形成した。(図4(E))
【0082】次いで、レジストマスク207をマスクに
用いて絶縁膜206をエッチングして、チャネル保護膜
208を形成した後、レジストマスク207を除去し
た。(図5(A))
【0083】次いで、フォトマスクを用いたパターニン
グによってNチャネル型TFTの一部とPチャネル型T
FTを覆うレジストマスク209を形成し、表面が露呈
された結晶質半導体膜にn型を付与する不純物元素(リ
ン)を添加する工程を行ない、第1の不純物領域(n+
領域)210aを形成した(図5(B))。本実施例で
は、ドーピングガスとして水素で1〜10%(本実施例
では5%)に希釈したフォスフィン(PH3 )を用い、
ドーズ量5×1014atoms /cm2 とした。
【0084】次いで、レジストマスク209を除去した
後、チャネル保護膜208をマスクとして結晶質半導体
膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行な
い、第2の不純物領域(n- 領域)212を形成した
(図5(C))。本実施例ではドーピングガスとして水
素で1〜10%(本実施例では5%)に希釈したフォス
フィンを用い、ドーズ量3×1013atoms /cm2
し、SIMS分析で1×10 18〜1×1019atoms /c
3 の不純物領域を形成することができた。また、こう
して形成される第2の不純物領域212はLDD領域と
して機能する。なお、この時、さらに不純物が添加され
て第1の不純物領域210bが形成され、チャネル保護
膜の直下には真性もしくは実質的に真性な結晶質半導体
領域が残った。
【0085】次いで、フォトマスクを用いてNチャネル
型TFTを覆うレジストマスク214を形成し、結晶質
半導体膜にp型を付与する不純物元素を添加する工程を
行ない、第3の不純物領域(p+ 領域)213を形成し
た(図5(D))。本実施例ではドーピングガスには水
素で1〜10%に希釈されたジボラン(B2 6 )を用
い、ドーズ量4×1016atoms /cm2 とした。
【0086】次いで、レジストマスク214を除去し
て、300〜700℃、1〜12時間の加熱処理を行な
い、ニッケル濃度を低減する技術(特開平8-330602号公
報)を本実施例に適用した。本実施例では600℃、8
時間の加熱処理を行ない、LDD領域およびチャネル形
成領域の内部に残存するニッケルを高濃度不純物領域
(ソース領域及びドレイン領域)の方に移動させる(図
6(A))。こうしてニッケル濃度が低減されたチャネ
ル形成領域(SIMS分析で1×1018atoms /cm3
以下、好ましくは1×1016atoms /cm3 以下)が得
られる。この加熱処理による触媒元素の低減と同時に、
ドーピング時の結晶性の損傷の回復、熱アニールによる
不純物の活性化処理が行なわれる。加えてファーネスア
ニール、レーザーアニールまたはランプアニールを行っ
てもよい。その後、水素雰囲気中で熱処理(350℃、
1時間)を行い、全体を水素化した。なお、水素化はプ
ラズマ水素処理を用いて行ってもよい。
【0087】その後、公知のパターニング技術により所
望の形状を有する活性層を形成した(図6(B))。
【0088】以上の工程を経て、Nチャネル型TFTの
ソース領域215、ドレイン領域216、低濃度不純物
領域217、218、チャネル形成領域219が形成さ
れ、Pチャネル型TFTのソース領域221、ドレイン
領域222、チャネル形成領域220が形成された。
【0089】次いで、チャネル保護膜208を除去し、
Nチャネル型TFT及びPチャネル型TFTを覆って、
プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化珪素膜
と、TEOSと酸素(O2 )を原料ガスに用いた膜厚9
40nmの酸化珪素膜との積層構造の層間絶縁膜223
を形成した。(図6(C))
【0090】そして、コンタクトホールを形成してソー
ス配線224、226、ドレイン配線225、227を
形成して、図6(D)に示す状態を得た。最後に水素雰
囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してNチャネル型
TFT及びPチャネル型TFTを完成させた。この水素
化はプラズマ水素処理を用いて行ってもよい。
【0091】本実施例の構成とすると、ガラス基板から
活性層への不純物汚染を酸化タンタル膜によって防止で
き、SIMS分析におけるゲート絶縁膜中のナトリウム
濃度をノイズを考慮した検出下限以下である1×1016
atoms /cm3 以下とでき、活性層中のナトリウム濃度
を1×1016atoms /cm3 以下とできるのでTFTの
信頼性を向上させることができる。更に、ブロッキング
膜として酸化タンタル膜を用いるとTFT特性のばらつ
きを小さくすることができTFTの信頼性を向上させる
ことができる。なお、本実施例において、実施例1の構
成の一部を採用することもできる。
【0092】[実施例3] 上記実施例1又は2の作製
工程を用いたNチャネル型TFT及びPチャネル型TF
Tを備えた半導体装置について、図7(A)〜(C)及
び図8(A)、(B)を用いてその構造の一例を説明す
る。
【0093】本実施例の半導体装置は、同一基板上に周
辺駆動回路部と画素部とを備えている。本実施例では図
示を容易にするため、周辺駆動回路部の一部を構成する
CMOS回路を図7に示し、画素部の一部を構成する画
素TFT(Nチャネル型TFT)を図8に示した。な
お、実施例1及び2の作製工程に加え、0.2〜0.4
μmのパッシベーション膜319を形成した。パッシベ
ーションとしては窒素を含む膜、例えば窒化珪素膜を用
いることが好ましい。
【0094】更に、実施例1及び2に加え、ブロッキン
グ膜の酸化タンタル膜を基板の片面(表面、即ちTFT
が設けられる面)だけでなく両面(表面、裏面の両方)
に設ける構成とした。ブロッキング膜は必ずしも基板の
両面に設けなくともよいが、基板の両面に酸化タンタル
膜を設けることによって、半導体装置作製時に基板から
拡散するナトリウム等不純物を完全にブロックすること
ができる。また、酸化タンタル膜はフッ酸等ほとんどの
酸性溶液に対する耐酸性に優れており、基板の両面に酸
化タンタル膜を設けることによって、エッチング工程に
おけるナトリウム汚染を防ぐことも可能である。また酸
化タンタル膜は膨張率が小さく耐熱性に優れており、基
板の裏面に酸化タンタル膜を設けることによって基板の
耐熱性を向上させることもできる。なお更に、酸化タン
タル膜で基板全面を覆うことは有効である。
【0095】図7で示すCMOS回路はインバータ回路
とも呼ばれ、半導体回路を構成する基本回路である。こ
のようなインバータ回路を組み合わせることでNAND
回路、NOR回路のような基本論理回路を構成したり、
さらに複雑なロジック回路をも構成することができる。
【0096】図7(A)は図7(B)の上面図に相当す
る図であり、図7(A)において、点線A−A’で切断
した部分が、図7(B)のCMOS回路の断面構造に相
当する。また、図7(C)は、図7(A)及び図7
(B)に対応するインバータ回路の回路図である。
【0097】図7(B)において、ガラス基板301の
TFTが設けられる面(表面という)とTFTが設けら
れない面(裏面という)の両方の面に接してブロッキン
グ膜(酸化タンタル膜)300が形成されている。そし
て表面に形成されたブロッキング膜(酸化タンタル膜)
300上にTFT(薄膜トランジスタ)が形成されてい
る。
【0098】そして下地の酸化タンタル膜に接してゲー
ト配線(ゲート電極を含む)302が形成されている。
ゲート配線は、タンタル(Ta)元素を主成分とする材
料からなる導電膜を用いて形成されており、下地膜とし
て設けられた酸化タンタル膜との密着性は良好である。
ゲート配線としてタンタル(Ta)の他に、タングステ
ン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、クロ
ム(Cr)シリコン(Si)から選ばれた一種または複
数種の元素を主成分とする材料からなる導電膜を用いる
ことも可能である。
【0099】そしてゲート配線に接して、窒化珪素から
なる第1絶縁膜303、酸化珪素からなる第2絶縁膜3
04が設けられている。ブロッキング膜として設けられ
た酸化タンタル膜によってガラス基板からのナトリウム
拡散がブロックされているため、ゲート絶縁膜として機
能する第1絶縁膜303、第2絶縁膜304中のナトリ
ウム濃度を1×1016atoms /cm3 以下とすることが
できる。そのため活性層中のナトリウム濃度を1×10
16atoms /cm3 以下とすることができTFTの信頼性
を向上させることができる。更に、ブロッキング膜とし
て酸化タンタル膜を用いるとTFT特性のばらつきを小
さくすることができTFTの信頼性を向上させることが
できる。
【0100】CMOS回路のPチャネル型TFTは、第
2絶縁膜に接して活性層としてp+領域312(ドレイ
ン領域)、315(ソース領域)とチャネル形成領域3
14とが形成される。上記実施例1及び2では工程数を
低減するため、Pチャネル型TFTに前記高濃度不純物
領域と前記チャネル形成領域の間に低濃度不純物領域
(LDD領域)を設けていないが、作製してもよい。活
性層の上を覆う第1の層間絶縁膜317にコンタクトホ
ールが形成され、p+ 領域312、315に配線31
8、320が接続され、さらにその上にパッシベーショ
ン膜319が形成される。簡略化のため図示しないがさ
らにその上に第2の層間絶縁膜が形成され、配線320
に引き出し配線が接続されて、その上を覆って第3の層
間絶縁膜が形成される。
【0101】一方、Nチャネル型のTFTは、活性層と
してn+ 領域305(ソース領域)、n+ 領域311
(ドレイン領域)と、チャネル形成領域309と、前記
+ 型領域とチャネル形成領域の間にn- 型領域30
6、310が形成される。なお、ドレイン領域に接する
- 型領域310はソース領域に接するn- 型領域30
6より幅を大きく形成して信頼性を向上させた。活性層
の上を覆う第1の層間絶縁膜317にコンタクトホール
が形成され、n+ 型領域305、311には配線31
6、318が形成され、さらにその上にパッシベーショ
ン膜319が形成される。簡略化のため図示しないがさ
らにその上に第2の層間絶縁膜が形成され、配線320
に引き出し配線が接続されて、その上を覆って第3の層
間絶縁膜が形成される。なお、活性層以外の部分は、上
記Pチャネル型TFTと概略同一構造であり簡略化のた
め説明を省略する。
【0102】また、図8(A)は図8(B)の上面図に
相当する図であり、図8(A)において、点線A−A’
で切断した部分が、図8(B)の画素部の断面構造に相
当する。
【0103】画素部に形成されたNチャネル型TFTに
ついては、基本的に、CMOS回路のNチャネル型TF
Tと同一構造である。ガラス基板401の両面に接して
酸化タンタル膜400が形成され、一方の酸化タンタル
膜400に接してゲート配線403が形成され、ゲート
配線に接して窒化珪素からなる第1絶縁膜402、酸化
珪素からなる第2絶縁膜404が設けられている。下地
膜として設けられた酸化タンタル膜400によってガラ
ス基板401からのナトリウム拡散がブロックされるた
め、ゲート絶縁膜として機能する第1絶縁膜402、第
2絶縁膜404中のナトリウム濃度をSIMS分析のノ
イズを考慮した検出下限以下の1×10 16atoms /cm
3 以下とすることができる。第2絶縁膜に接して、活性
層としてn+ 領域405、409、414と、チャネル
形成領域407、411と、前記n+ 型領域とチャネル
形成領域の間にn- 型領域406、413が形成され
る。第1絶縁膜402、第2絶縁膜404中のナトリウ
ム濃度を低くすることができるため、活性層中のナトリ
ウム濃度を1×1016atoms /cm3 以下とすることが
できTFTの信頼性を向上させることができる。活性層
の上を覆う第1の層間絶縁膜419にコンタクトホール
が形成され、n+ 領域405に配線416が接続され、
+ 領域414に配線417が接続され、さらにその上
にパッシベーション膜418が形成される。そして、そ
の上に第2の層間絶縁膜420が形成される。さらに、
その上に第3の層間絶縁膜422が形成され、ITO、
SnO2等の透明導電膜からなる画素電極423が接続
される。また、421は画素電極423と隣接する画素
電極である。
【0104】なお、画素部の容量部は、第1絶縁膜40
2及び第2絶縁膜404を誘電体として、容量配線41
5と、n+ 領域414とで形成されている。
【0105】本実施例では一例として透過型のLCDを
作製したが特に限定されない。例えば、画素電極の材料
として反射性を有する金属材料を用い、画素電極のパタ
ーニングの変更、または幾つかの工程の追加/削除を適
宜行えば反射型のLCDを作製することが可能である。
【0106】なお、本実施例では、画素部の画素TFT
のゲート配線をダブルゲート構造としているが、オフ電
流のバラツキを低減するために、トリプルゲート構造等
のマルチゲート構造としても構わない。また、開口率を
向上させるためにシングルゲート構造としてもよい。
【0107】本実施例のTFTはよりばらつきの少ない
電気特性を示す。また、本実施例において、実施例1と
実施例2を組み合わせた構成とすることもできる。
【0108】〔実施例4〕 本実施例では、本願発明に
よって作製された液晶表示装置の例を図9に示す。画素
TFT(画素スイッチング素子)の作製方法やセル組工
程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略す
る。
【0109】図9は、本実施例のアクティブマトリクス
型液晶パネルの概略図である。図9に示すようにアクテ
ィブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基
板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板
はガラス基板1000上に形成された画素部1001、
走査線駆動回路1002、信号線駆動回路1003を有
する。
【0110】走査線駆動回路1002、信号線駆動回路
1003はそれぞれ走査線1030、信号線1040に
よって画素部1001に接続されている。これら駆動回
路1002、1003はCMOS回路で主に構成されて
いる。
【0111】画素部1001の行ごとに走査線1030
が形成され、列ごとに信号線1040が形成されてい
る。走査線1030、信号線1040の交差部近傍に
は、画素TFT1010が形成されている。画素TFT
1010のゲート電極は走査線1030に接続され、ソ
ースは信号線1040に接続されている。更に、ドレイ
ンには画素電極1060、保持容量1070が接続され
ている。
【0112】対向基板1080はガラス基板全面にIT
O膜等の透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画
素部1001の画素電極1060に対する対向電極であ
り、画素電極、対向電極間に形成された電界によって液
晶材料が駆動される。対向基板1080には必要であれ
ば配向膜や、ブラックマトリクスや、カラーフィルタが
形成されている。
【0113】アクティブマトリクス基板側のガラス基板
にはFPC1031を取り付ける面を利用してICチッ
プ1032、1033が取り付けられている。これらの
ICチップ1032、1033はビデオ信号の処理回
路、タイミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回
路、演算回路などの回路をシリコン基板上に形成して構
成される。
【0114】また、本願発明を用いて作製できる液晶表
示装置は透過型か反射型かは問わない。どちらを選択す
るのも実施者の自由である。この様に本願発明はあらゆ
るアクティブマトリクス型の電気光学装置(半導体装
置)に対して適用することが可能である。
【0115】なお、本実施例に示した半導体装置を作製
するにあたって、実施例1〜実施例3のどの構成を採用
しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いるこ
とが可能である。
【0116】〔実施例5〕本願発明はアクティブマトリ
クス型EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置に適
用することも可能である。その例を図10に示す。
【0117】図10はアクティブマトリクス型EL表示
装置の回路図である。81は表示領域を表わしており、
その周辺にはX方向周辺駆動回路82、Y方向周辺駆動
回路83が設けられている。また、表示領域81の各画
素は、スイッチ用TFT84、コンデンサ85、電流制
御用TFT86、有機EL素子87を有し、スイッチ用
TFT84にX方向信号線88a (または88b )、Y
方向信号線80a (または80b 、80c )が接続され
る。また、電流制御用TFT86には、電源線89a 、
89b が接続される。
【0118】なお、本実施例のアクティブマトリクス型
EL表示装置に対して実施例1〜3のいずれの構成を組
み合わせても良い。
【0119】〔実施例6〕 本願発明は従来のIC技術
全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流
通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワ
ンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASI
Cプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良い
し、液晶用ドライバー回路(D/Aコンバータ、γ補正
回路、信号分割回路等)に代表される信号処理回路や携
帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用
の高周波回路に適用しても良い。
【0120】また、マイクロプロセッサ等の半導体回路
は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コン
ピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体
装置に対しても適用可能である。
【0121】〔実施例7〕本願発明を実施して形成され
たCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置(アクテ
ィブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリ
クス型ELディスプレイ、アクティブマトリクス型EC
ディスプレイ)に用いることができる。即ち、それら電
気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに
本願発明を実施できる。
【0122】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフ
ロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型
ディスプレイ)、カーナビゲーション、パーソナルコン
ピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯
電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一
例を図11及び図12及び図13に示す。
【0123】図11(A)はパーソナルコンピュータで
あり、本体2001、画像入力部2002、表示装置2
003、キーボード2004で構成される。本願発明を
画像入力部2002、表示装置2003やその他の信号
制御回路に適用することができる。
【0124】図11(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21
06で構成される。本願発明を表示装置2102、音声
入力部2103やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。
【0125】図11(C)はモバイルコンピュータ(モ
ービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部
2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表
示装置2205で構成される。本願発明は表示装置22
05やその他の信号制御回路に適用できる。
【0126】図11(D)はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体2301、表示装置2302、アーム部23
03で構成される。本発明は表示装置2302やその他
の信号制御回路に適用することができる。
【0127】図11(E)はプログラムを記録した記録
媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体2401、表示装置2402、スピーカ部24
03、記録媒体2404、操作スイッチ2405で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gital Versatile Disc)、CD等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。本発明は表示装置2402やその
他の信号制御回路に適用することができる。
【0128】図11(F)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。本願発明を表示装置2502やその他の信号制御回
路に適用することができる。
【0129】図12(A)はフロント型プロジェクター
であり、光源光学系及び表示装置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。
【0130】図12(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体2701、光源光学系及び表示装置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。
【0131】図13(A)は携帯電話であり、本体29
01、音声出力部2902、音声入力部2903、表示
部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906
等を含む。本願発明を音声出力部2902、音声入力部
2903、表示部2904やその他の信号制御回路に適
用することができる。
【0132】図13(B)は携帯書籍(電子書籍)であ
り、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒
体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006
等を含む。本発明は表示部3002、3003やその他
の信号回路に適用することができる。
【0133】図13(C)はディスプレイであり、本体
3101、支持台3102、表示部3103等を含む。
本発明は表示部3103に適用することができる。本発
明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利
であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)の
ディスプレイには有利である。
【0134】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例1〜6のどの
ような組み合わせからなる構成を用いても実現すること
ができる。
【0135】〔実施例8〕 実施例1又は2では、酸
素を含む混合雰囲気中でタンタルからなるターゲットを
スパッタリングすることにより酸化タンタル膜を形成す
る例を示したが、本実施例では実施例1又は2と異なる
方法で酸化タンタル膜を形成する例を示す。
【0136】まず、キセノン雰囲気中でタンタルからな
るターゲットをスパッタリングして、ガラス基板(コー
ニング1737;歪点667℃)上にタンタル膜を50
〜250nm、好ましくは50〜150nm形成した。
スパッタリング雰囲気は、アルゴンやその他の希ガス雰
囲気でもよい。また、キセノン、アルゴンまたはその他
の希ガスの混合雰囲気でもよい。
【0137】次に、陽極酸化装置においてタンタル膜に
電圧を印加して、タンタル膜を陽極酸化し酸化タンタル
膜を形成した。条件は、電解溶液に3%の酒石酸を含む
エチレングリコール溶液を用い、電解溶液温度10℃、
到達電圧40〜80V、電圧印加時間30分、供給電流
10mA/1基板とした。
【0138】陽極酸化工程終了後、ガラス基板を肉眼で
観察してみると、タンタル膜は殆ど透明になっていた。
これは、タンタル膜が陽極酸化されて酸化タンタル膜が
形成されたためである。
【0139】また、タンタル膜のシート抵抗は初期状態
(陽極酸化前)では100.1 Ω/ □であったが、陽極酸化
後のシート抵抗は測定装置の測定レンジ以上となった。
装置の測定可能な最大値は5000k Ω/ □なので、陽極酸
化後のシート抵抗は5000k Ω/ □以上である。なお、シ
ート抵抗値は5つの測定点の平均値である。このように
シート抵抗値が非常に大きいことからもタンタル膜が酸
化され酸化タンタル膜が形成されたことがわかる。
【0140】陽極酸化法により形成された酸化タンタル
膜の反射率は、ガラス基板(コーニング1737)上に
酸化タンタル膜を40nm形成したもので反射率20.
4%であった。この反射率から求めた屈折率は2.65
であった。
【0141】酸化タンタル膜を形成した後は、実施例1
又は実施例2に従ってTFTを作製する。なお、実施例
1と実施例2を自由に組み合わせてもよい。また、実施
例3〜7において、本実施例の作製方法により形成され
た酸化タンタル膜を有する構成としてもよい。
【0142】
【発明の効果】本発明を用いることで、ガラス基板から
活性層へのナトリウム等の不純物拡散を確実に防止でき
るブロッキング膜を設けてTFT特性の向上を図ること
がでる。かつ被膜のひび割れ等を防止して歩留りを低下
させることができる。従って、安価で大画面、高性能な
アクティブマトリクス型液晶表示装置を形成することが
できる。更に、ボトムゲート型TFTにおいて、ゲート
配線との密着性のよいブロッキング層を形成することが
できる。
【0143】本発明の構成とすると、ガラス基板から活
性層への不純物汚染を酸化タンタル膜によって防止でき
るので、TFT特性のばらつきを小さくすることができ
TFTの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のTFTの作製工程を示す図
【図2】 実施例1のTFTの作製工程を示す図
【図3】 実施例1のTFTの作製工程を示す図
【図4】 実施例2のTFTの作製工程を示す図
【図5】 実施例2のTFTの作製工程を示す図
【図6】 実施例2のTFTの作製工程を示す図
【図7】 実施例3のCMOS回路の上面図、断面図、
回路図
【図8】 実施例3の画素部の上面図、断面図
【図9】 実施例4のアクティブマトリクス基板の例を
示す図
【図10】実施例5のELパネル回路図を示す図
【図11】実施例7の電子機器の例を示す図
【図12】実施例7の電子機器の例を示す図
【図13】実施例7の電子機器の例を示す図
【符号の説明】
101 ガラス基板 150 酸化タンタル膜 102 ゲート配線 103 絶縁膜 104 半導体膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 627G (72)発明者 冨安 一秀 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 小川 裕之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板に接するブロッキング膜と、
    前記ブロッキング膜に接するゲート配線と、前記ゲート
    配線に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接
    し、高濃度不純物領域、チャネル形成領域、及び前記高
    濃度不純物領域と前記チャネル形成領域との間の低濃度
    不純物領域、からなる結晶質半導体層と、を有し、前記
    ブロッキング膜は酸化タンタルからなることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記ゲート絶縁膜中
    のナトリウム濃度は1×1016atoms /cm3 以下であ
    ることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 ガラス基板に酸化タンタル膜を形成する
    工程と、前記酸化タンタル膜上にゲート配線を形成する
    工程と、前記ゲート配線が形成されたガラス基板上にゲ
    ート絶縁膜と半導体膜を積層形成する工程と、前記半導
    体膜を結晶化して結晶質半導体膜とする工程と、前記結
    晶質半導体膜をパターニングして結晶質半導体層を形成
    する工程と、13族または15族に属する不純物元素を
    前記結晶質半導体層に選択的に添加して高濃度不純物領
    域を形成する工程と、13族または15族に属する不純
    物元素を前記結晶質半導体層に選択的に添加して低濃度
    不純物領域を形成する工程と、を有することを特徴とす
    る半導体装置の作製方法。
  4. 【請求項4】 ガラス基板に酸化タンタル膜を形成する
    工程と、前記酸化タンタル膜上にゲート配線を形成する
    工程と、前記ゲート配線が形成されたガラス基板上にゲ
    ート絶縁膜と半導体膜を積層形成する工程と、前記半導
    体膜に半導体膜の結晶化を促進する元素を添加する工程
    と、前記半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜とする工
    程と、前記結晶質半導体膜中の前記結晶化を促進する元
    素を除去する工程と、前記結晶質半導体膜をパターニン
    グして結晶質半導体層を形成する工程と、13族または
    15族に属する不純物元素を前記結晶質半導体層に選択
    的に添加して高濃度不純物領域を形成する工程と、13
    族または15族に属する不純物元素を前記結晶質半導体
    層に選択的に添加して低濃度不純物領域を形成する工程
    と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記結晶化を促進す
    る元素として、Ni、Co、Fe、Pd、Pt、Cu、
    Au、Ge、Sn、Pbから選ばれた少なくとも一つの
    元素を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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