JP2003297750A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
- H01L29/6675—Amorphous silicon or polysilicon transistors
- H01L29/66757—Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
Abstract
減する技術を提供する。 【解決手段】 結晶性半導体層104にアルゴン、ゲル
マニウム、シリコン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、
キセノンから選ばれた一種または複数種の元素を注入
し、前記元素注入による適切な密度の結晶欠陥を半導体
膜中に均一な密度で分布させ、キャリアの再結合中心と
することで、結晶性半導体層のもつ高いキャリア移動度
を損なうことなく光感度を抑制することができる。
Description
を作製する技術に関する。また、本発明を適用して得ら
れた結晶性シリコン膜を含む半導体装置およびその作製
技術に関する。
およびドレイン領域を含む半導体層に結晶性シリコン膜
を用いる半導体装置、代表的には薄膜トランジスタ(Th
in Film Transistor:TFT)、TFTを組み合わせて
回路を形成し、これを内蔵して駆動回路として用いるア
クティブマトリクス型表示装置が広く用いられるように
なった。
リコン膜を用いたTFTの電界効果移動度(0.5〜1
cm2/Vs)と比較して高い電界効果移動度(キャリ
アの高速移動)が得られる。このため、ますます高精細
化の求められる表示装置に適するだけでなく、駆動回路
の集積化にも適していると考えられ、より結晶性のよい
シリコン膜を得るための技術開発が進められている。
Tを回路素子として用いた代表的な装置として液晶表示
装置があげられる。液晶表示装置は、低消費電力、省ス
ペースなどの利点を活かし、液晶テレビといった電気器
具の表示部やビデオカメラのビューファインダー、また
液晶プロジェクターの光学系に用いられるなど、その市
場は急速に拡大している。
は、近年、一般家庭にも普及し始め、ユーザーからの高
輝度化の要求に対して、例えばキセノンアークランプ等
の強烈な光を光源に用いることで対応している。しか
し、この強烈な光源からの光が半導体層に入射すること
によってシリコン中でキャリアが誘起されて流れてしま
い、光によるリーク電流が発生してしまうという問題が
生じた。
部のエネルギー障壁が小さく粒内の結晶欠陥も少ない)
シリコン膜の場合、結晶粒界の格子の整合性が良くキャ
リアライフタイムが長いため、光により励起された電子
/正孔対のライフタイムも長くそのままTFTのリーク
電流(光リーク電流ともいう)となりやすい。光リーク
電流は、コントラスト低下の原因でもあるため、光リー
ク電流を低減することは重要な課題である。
T上に遮光膜を形成することで半導体層に入射しようと
する光を遮ぎる技術開発が進められている。しかし高輝
度化の要求により年々ランプの光量が増大した結果、半
導体装置内部での回折や多重反射により発生する迷光も
光リーク要因として無視できない強度になりつつあり、
この迷光までも遮光できるような遮光膜を形成するため
には大幅な製造コストの増大が避けられないという問題
があった。
を抑制することによりTFTの光リーク電流を低減し良
好な表示のできる半導体装置を実現することを課題とす
る。
層にアルゴン、ゲルマニウム、シリコン、ヘリウム、ネ
オン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種または複
数種の元素を注入し、前記元素注入による結晶欠陥を半
導体膜中に均一な密度で分布させたことを特徴としてい
る。
ン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キ
セノンから選ばれた元素を含み、その濃度は、1×10
16〜5×1018/cm3であることを特徴としている。
ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ンから選ばれた元素を1×1016〜5×1018/cm3
の濃度で含み、前記元素が添加されることによって、前
記半導体層に結晶欠陥が形成されていることを特徴とし
ている。
前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し、加熱処理して
結晶性半導体膜を形成する工程と、前記結晶性半導体膜
にシリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノンから選ばれた元素を添加する
工程と、を含むことを特徴としている。
ルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン
から選ばれた元素を1×1016〜5×1018/cm3の
濃度で添加(注入)することにより、半導体層中に効果
的に欠陥を形成する。形成された欠陥はキャリアの再結
合中心となり半導体層に光源からの強烈な光が入射し誘
起されたキャリアを捕獲して光リーク電流を低減するこ
とができる。
重要である。本発明ではこの結晶欠陥を光励起キャリア
のトラップサイトとして使用することを目的にしている
が、結晶欠陥の密度が過度に大きい場合には結晶性半導
体膜のもつ高いキャリア移動度自体を損なってしまいT
FT性能が低下してしまう。一方結晶欠陥密度が過度に
低い場合には光励起キャリアのトラップサイト自体が減
少する結果光リークを低減する効果が薄れてしまう。こ
のように適切な結晶欠陥密度が得られるように添加元素
濃度を設定することによりTFT性能を保ったままTF
Tの光リークを抑制することが可能となる。
装置の画素TFTに適用することで、画素TFTへの光
入射がある程度止められない場合でも画素TFTの光リ
ーク電流を低減することができるため、入力された信号
電荷を保持することができ、表示むらや輝度バラツキが
低減でき良好なコントラストを得ることができる。
結晶性シリコン膜を形成する方法について図1を用いて
説明する。
る。下地絶縁膜101としては、窒化シリコン膜、酸化
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができ
る。なお、基板に石英を用いる場合には、下地絶縁膜1
01を形成する工程は省略することができる。
して非晶質シリコン膜102を形成する。非晶質シリコ
ン膜102は公知のCVD法、スパッタ法等を用いて、
膜厚50〜200nm程度で形成すればよい。
付着した不純物や自然酸化膜をフッ酸により除去し清浄
化してから、さらにその表面をオゾン水で処理し、極薄
い(1〜5nm)酸化膜を形成した後、シリコン膜に触
媒となる金属元素、例えばニッケルを5ppmの濃度で
含む酢酸Ni溶液を塗布して、触媒元素含有層103を
形成する。触媒となる金属元素(触媒元素とも言う)と
しては、ニッケル(Ni)以外に、Fe、Co、Sn、
Pb、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uのいずれか一種または複数種の元素を適用することが
可能である。
示したように触媒元素を含む溶液をスピンコート等で塗
布する以外に、スパッタ法や蒸着法を用いて添加する方
法を用いてもよい。
500℃で1時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中で550℃〜700℃にて加熱処理を行う。本
実施形態では、650℃で12時間の加熱処理を行うこ
とにより結晶性シリコン膜104を形成する。
コン膜に対して、レーザ光を照射することによりさらに
結晶性を向上させることができる。レーザ光としては、
波長400nm以下のエキシマレーザやYAGレーザの
第2高調波、第3高調波等を用いればよく、いずれにし
ても繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレ
ーザを用いて、レーザ光を光学系にて100〜400m
J/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率
をもって結晶性シリコン膜に照射すればよい。
にシリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノンから選ばれた元素を添加(注
入)する。添加方法としては、公知のイオンドーピング
法、イオン注入法または逆スパッタ法を適用すればよ
く、結晶性シリコン膜に1×1016〜5×1018/cm
3の濃度で含まれるように添加すればよい。
性シリコン膜の作製方法の一例について図2を用いて説
明する。
る。下地絶縁膜は、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、
酸化窒化シリコン膜のいずれかを適用すればよく、また
それらの膜を積層して用いてもよい。なお、基板に石英
を用いる場合には、下地絶縁膜301を形成する工程は
省略することもできる。
質シリコン膜202を形成する(図2(A))。スパッ
タ法やCVD法等公知の方法を用いて膜厚50〜200
nm程度に形成する。
酸処理して清浄化した後、シリコン膜202上にCVD
法等で酸化シリコンを形成し、エッチングにより開口部
を形成してマスク絶縁膜203を形成する(図2
(B))。
シリコン膜の表面に付着した不純物や自然酸化膜をフッ
酸等により除去し、その後オゾン水で処理してシリコン
膜表面に膜厚1〜5nm程度の酸化膜を形成する。そし
て、100ppmの濃度のNiを含む酢酸Ni溶液を塗
布してシリコン膜に触媒元素を添加し触媒元素含有層2
04を形成する。触媒となる金属元素(触媒元素とも言
う)としては、ニッケル以外に、Fe、Co、Sn、P
b、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au
のいずれか一種または複数種の元素を適用することが可
能である。
示したように触媒元素を含む溶液をスピンコート等で塗
布する以外に、スパッタ法や蒸着法を用いて添加する方
法を用いてもよい。
500℃で1時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中において、550〜600℃、本実施形態では
570℃で12時間の加熱処理を行うことにより、触媒
元素が添加された領域にCGS核が発生し図2(C)に
示す矢印のように結晶成長し、結晶性シリコン膜205
が形成される(図2(C))。
コン膜205に対して、レーザ光を照射することにより
さらに結晶性を向上させることができる。レーザ光とし
ては、波長400nm以下のエキシマレーザやYAGレ
ーザの第2高調波、第3高調波等を用いればよく、いず
れにしても繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパ
ルスレーザを用いて、レーザ光を光学系にて100〜4
00mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラ
ップ率をもって結晶性シリコン膜に照射すればよい。
にシリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノンから選ばれた元素を添加(注
入)する。添加方法としては、公知のイオンドーピング
法、イオン注入法または逆スパッタ法を適用すればよ
く、結晶性シリコン膜に1×1016〜5×1018/cm
3の濃度で含まれるように添加すればよい。
は、光の照射によりシリコン中で誘起されたキャリアを
半導体層に効果的に形成された欠陥によって流れにくい
状態となっており、光リーク電流の発生を抑制すること
ができる。
にアルゴンを添加して欠陥を形成したTFTと、欠陥を
形成しないTFTについて比較する。
度は0/cm3(アルゴン添加せず)3.0×10
17/cm35.0×1017/cm32.5×1018/
cm 36.6×1018/cm31.4×1019/cm
33.0×1019/cm3であり、〜までのそれぞ
れのTFTについて、電界効果移動度、しきい値、オフ
電流、オン電流について測定した結果を図3、4に示
す。なお、半導体層のサイズは、チャネル長L/チャネ
ル幅W=8/8μmである。
界効果移動度について図3(A)に示す。アルゴン添加
濃度が〜のTFTについては、アルゴンを添加して
いないのTFTと遜色ない値が得られている。
しきい値について図3(B)に示す。アルゴン添加濃度
が〜のTFTについては、アルゴンを添加していな
いのTFTと遜色ない値が得られている。アルゴンの
濃度が高くなるにつれて、バラツキが目立っている。
およびオフ電流については図4(A)、(B)にそれぞ
れ示す。アルゴン添加濃度が〜のTFTについて
は、アルゴンを添加していないのTFTと遜色ないオ
ン電流値及びオフ電流値が得られている。オフ電流つい
ては、半導体膜中のアルゴン濃度が上がると上昇してし
まう傾向がみられ、オン電流については半導体膜中のア
ルゴン濃度が上がると低くなる傾向がみられる。
めに結晶性シリコン膜にアルゴンを1×1015〜5×1
017/cm3の濃度で添加(注入)して欠陥を形成して
もシリコン膜の性質を悪化させることはなく、TFTの
特性を低下させることもないということがわかる。そし
て、本発明により、光リーク電流を低減するために効果
的に欠陥を形成することができる。
法を用いて作製された結晶性シリコン膜は、膜中に触媒
元素を1×1019/cm3の濃度で含んでおり、触媒元
素を含んだままでTFTに代表される半導体素子を形成
するとオフ電流の突発的な上昇等の問題が生じてしまう
ため、シリコン膜中に含まれる触媒元素の濃度を低減さ
せることが望ましい。そこで、触媒元素の濃度を低減す
る方法の一例について図5を用いて説明する。
て作製された結晶性シリコン膜上に開口部を有するマス
ク絶縁膜1001を形成する。
ン膜にゲッタリング作用を有する元素(周期表の15族
に属する元素、代表的にはリンまたは、周期表の18族
に属する元素、代表的にはアルゴン)を添加してゲッタ
リング領域(触媒元素が移動してくる領域)1002を
形成する。
4〜24時間の加熱処理を施すことにより、触媒元素は
ゲッタリング領域に添加された元素のゲッタリング作用
によって移動し、ゲッタリング領域に捕獲される。これ
により後の素子領域(チャネル形成領域、もしくはチャ
ネル形成領域とソース領域又はドレイン領域との接合領
域)となる領域に含まれる触媒元素の濃度を低減するこ
とができる。このゲッタリング工程により、良質な結晶
質シリコン膜を得ることができる。
いて得られた結晶性シリコン膜に対して適用することが
可能である。
元素の濃度を低減する方法の一例について図6を用いて
説明する。
て作製された結晶性シリコン膜上にバリア層1101を
形成する。このバリア層は、ゲッタリング工程後にゲッ
タリング領域を除去する工程において、結晶性シリコン
膜をエッチャントから保護する(エッチングされない)
ように設けた層であるため、このように称することとす
る。
とし、簡便にはオゾン水で処理することにより形成され
るケミカルオキサイドをバリア層としても良い。また、
硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶
液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成するこ
とができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラ
ズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオ
ゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリ
ーンオーブンを用い、200〜350℃程度に加熱して
薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プ
ラズマCVD法やスパッタ法、蒸着法などで1〜5nm
程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれ
にしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリ
ングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去
工程時には、エッチング液がしみこまない(結晶性シリ
コン膜をエッチング液から保護する)膜、例えば、オゾ
ン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイ
ド膜、酸化シリコン膜(SiOx)、または多孔質膜を
用いればよい。
でゲッタリングサイトとして、膜中に希ガス元素を1×
1020/cm3以上の濃度で含む第2の半導体膜(代表的に
は、非晶質シリコン膜)1102を25〜250nmの厚
さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト11
02は結晶性シリコン膜とエッチングの選択比を大きく
するため、密度の低い膜を形成することが好ましい。
ス(Ar)流量を50(sccm)、成膜パワーを3kW、
基板温度を150℃、成膜圧力を0.2〜1.0Paと
して成膜すると、希ガス元素を1×1019/cm3〜1×1
022/cm3、好ましくは、1×1020/cm3〜1×1021/c
m3、より好ましくは5×1020/cm3の濃度で含み、ゲッ
タリング効果が得られる半導体膜をスパッタ法で成膜す
ることができる。
は不活性であるため、結晶質半導体膜105に悪影響を
及ぼすことはない。また、希ガス元素としてはヘリウム
(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプ
トン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種また
は複数種を用いる。本発明はゲッタリングサイトを形成
するためにこれら希ガス元素をイオンソースとして用い
ること、またこれら元素が含まれた半導体膜を形成し、
この膜をゲッタリングサイトとすることに特徴を有す
る。
後加熱処理をすることが必要となる。加熱処理はファー
ネスアニール法やRTA法で行う。ファーネスアニール
法で行う場合には、窒素雰囲気中にて450〜600℃
で0.5〜12時間の加熱処理を行う。また、RTA法
を用いる場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、
好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、
好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は
任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には600〜1
000℃、好ましくは700〜750℃程度にまで加熱
されるようにする。
獲サイト)にある触媒元素が熱エネルギーにより放出さ
れ、拡散によりゲッタリングサイトに移動する。従っ
て、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温である
ほど短時間でゲッタリングが進むことになる。本発明に
おいて、触媒元素がゲッタリングの際に移動する距離は
図9(d)において矢印で示すように、半導体膜の厚さ
程度の距離であり、比較的短時間でゲッタリングを完遂
することができる。
域1102を選択的にエッチングして除去する。エッチ
ングの方法としては、ClF3によるプラズマを用いな
いドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド(化学式 (CH3)
4NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエッ
トエッチングで行うことができる。この時バリア層11
01はエッチングストッパーとして機能する。また、バ
リア層1101はその後フッ酸により除去すれば良い。
以下にまで低減された結晶性シリコン膜を得ることがで
きる。本実施形態は、実施形態1、2を用いて得られた
結晶性シリコン膜に対して用いることができる。
1〜4で示した結晶化の方法を用いてアクティブマトリ
クス基板を形成する工程について図7〜10を用いて説
明する。なお、本明細書において、アクティブマトリク
ス基板とは、nチャネル型TFTおよびpチャネル型T
FTを有する駆動回路と、画素TFTおよび保持容量を
有する画素部が同一基板上に設けられている基板のこと
をいう。
ラミック基板などを用いることができる。また、シリコ
ン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜
を形成した基板を用いてもよい。なお、ガラス基板を用
いる場合には、ガラス歪み点よりも10〜20℃低い温
度であらかじめ加熱処理しておいてもよい。
を成膜し、これらの膜に対してパターニングを施し、下
部遮光膜501を形成する。下部遮光膜501として
は、ポリシリコン膜やWSiX(X=2.0〜2.8)
膜、Al、Ta、W、Cr、Mo等の導電性材料からな
る膜及びその積層構造を用いることができる。本実施例
では、WSiX(膜厚:100nm)膜501bおよび
ポリシリコン膜(膜厚:50nm)501aの積層構造
の高い遮光性を持つ導電性材料により所定の間隔で下部
遮光膜501を形成した。なお、下部遮光膜501はゲ
ート線としての機能を有しているため、以下、下部遮光
膜にあたる部分はゲート線と称する。
502を形成する。第1の絶縁膜502は100nm程
度の膜厚を有する。この第1の絶縁膜502は、プラズ
マCVD法、またはスパッタ法等で形成されるシリコン
を含む絶縁膜を用いる。また、第1の絶縁膜502は、
酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン
膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良
い。
VD法により非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体
膜の材料に特に限定はなく、本実施形態ではシリコン膜
を用いる。20〜150nm(好ましくは30〜80n
m)の厚さで半導体膜(非晶質半導体膜、代表的には非
晶質シリコン膜)502をCVD法またはプラズマCV
D法等の公知の方法で形成する。
膜502とは同じ成膜法で形成することが可能であるの
で、両者を連続形成しても良い。下地絶縁膜501を形
成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の
汚染を防ぐことが可能となり、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
(図7(A))。
して結晶質シリコン膜504を形成する。まず、非晶質
シリコン膜503表面に付着した不純物や自然酸化膜を
フッ酸により除去し清浄化してから、さらにその表面を
オゾン水で処理し、極薄い(1〜5nm)酸化膜を形成
した後、シリコン膜に触媒となる金属元素、例えばニッ
ケルを5ppmの濃度で含む酢酸Ni溶液を塗布する。
なお、触媒元素の添加方法は上記したスピンコート法以
外にもスパッタ法や蒸着法等を用いて添加を行うことが
できる(図7(B))。
500℃で1時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中において、550〜600℃、本実施形態では
570℃で12時間の加熱処理を行うことにより、触媒
元素が添加された領域に結晶核が発生し、結晶成長して
結晶性シリコン膜が形成される。なお、結晶化工程の
後、結晶質シリコン膜にレーザー照射を行って、結晶質
シリコン膜の結晶性を改善してもよい。
ア層506を形成する。本実施形態では、成膜温度40
0℃、ガス流量SiH4:N2Oを4/800sccm、
圧力0.399×102Pa、RFパワー密度10/6
00W/cm2として、酸化シリコン膜を形成した。
領域となる第2の半導体膜507を形成する。第2の半
導体膜507には、シリコン膜を用いればよい。また、
ゲッタリングが十分に行われるように、第2の半導体膜
507には希ガス元素または炭素が1×1019〜2×1
022/cm3の濃度で添加されている。なお、希ガス元
素を含む半導体膜の形成方法の一例としては、希ガス元
素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、
非晶質シリコン膜からなるゲッタリング領域507を形
成すればよい。また、希ガス元素としてはヘリウム(H
e)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン
(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複
数種を用い、中でも安価なガスであるアルゴン(Ar)
が好ましい。
含むターゲットを用いてゲッタリング領域を形成した場
合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクー
ロン力を利用してゲッタリングを行うこともできる。
域)507は、ゲッタリング工程後、エッチングにより
除去するため、除去しやすい、例えば、第1の半導体膜
(結晶質シリコン膜505とエッチングの選択比が大き
い膜として非晶質半導体膜を用いるとよい。
中に残留する触媒元素(ニッケル)をゲッタリング領域
507に移動させ、濃度を低減、あるいは除去するゲッ
タリングを行う。ゲッタリングを行う加熱処理として
は、強光を照射する処理または加熱処理を行い、結晶質
シリコン膜505に含まれるニッケルがほとんど存在し
ない、即ち膜中のニッケル濃度が1×1018/cm3以
下、望ましくは1×101 7/cm3以下になるように十
分ゲッタリングする(図7(C))。
ッパーとして、ゲッタリング領域507のみをエッチン
グして選択的に除去した後、フッ酸等を用いてバリア層
506を除去する。
たら、さらに結晶質シリコン膜505の結晶性を向上さ
せることを目的として、酸化処理を行う。減圧CVD装
置で20nm厚の酸化シリコン膜を成膜し(図示せず)、
950℃で熱酸化処理を行って、酸化シリコン膜/酸化
シリコン膜が酸化された部分=20:60nmの比率で
熱酸化膜が形成される。
によって35nm厚になった結晶質シリコン膜505を
パターニングし、例えば、図7(D)に示すような形状
の半導体層508〜511を形成する。
て、第2の絶縁膜(ゲート絶縁膜)512aとして30
nm厚の酸化シリコン膜を形成する。
するため、シリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウ
ム、ネオン、クリプトン、キセノンから選ばれた元素を
イオンドーピング法、イオン注入法または逆スパッタ法
等公知の方法を用いて結晶性シリコン膜に1×1016〜
5×1018/cm3の濃度で添加(注入)する。なお、
本実施形態では、熱酸化処理後にシリコン、アルゴン、
ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ンから選ばれた元素を添加(注入)して欠陥を形成して
いるが、この例に限定されず、触媒元素による結晶化工
程の後、ゲッタリング工程の後等に欠陥を形成する工程
を行ってもかまわない。
半導体層511を保持容量の下部電極とするために、半
導体層511の真上の領域のゲート絶縁膜を選択的にエ
ッチングするためのレジストからなるマスク513を形
成し、ゲート絶縁膜を除去してリンを添加する(図8
(A))。
除去して、2層目のゲート絶縁膜512bとして50n
m厚の酸化シリコン膜を形成する(図8(B))。
FTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボ
ロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。この不
純物添加工程は、半導体膜の結晶化工程の前、半導体膜
の結晶化工程の後、または、ゲート絶縁膜512aを形
成する工程の後のいずれかに行えばよい。
絶縁膜512に選択的なエッチングを行って、ゲート線
501に到達するコンタクトホールを形成する。次い
で、ゲート絶縁膜512上に導電膜を形成し、パターニ
ングして各画素のチャネル形成領域上にゲート電極51
4〜516、容量配線(保持容量の上部電極)517を
形成する。容量配線517が形成される領域のゲート絶
縁膜512は、2層目のゲート絶縁膜のみであるため他
の領域より薄くしてあり、保持容量の増大が図られてい
る。また、ゲート電極516は、ゲート線501とコン
タクトホールを通じて電気的に接続している(図8
(C))。
の導電膜は、導電型を付与する不純物元素が添加された
ポリシリコン膜やWSix膜(x=2.0〜2.8)、A
l、Ta、W、Cr、Mo等の導電性材料およびその積
層構造により300nm程度の膜厚で形成しているが、
上記の導電性材料の単層でもよい。
としたTFTを形成するため、半導体層に選択的にn型
またはp型を付与する不純物元素(以下、n型不純物元
素またはp型不純物元素という)を添加して、低抵抗の
ソース領域およびドレイン領域、さらに、LDD領域を
形成する。このLDD領域はソース領域及びドレイン領
域と同様に不純物元素が添加されている。
領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル形成領域が形
成される(図9(A))。
容量配線517を覆う第3の絶縁膜(第1の層間絶縁
膜)518を形成する。この第3の絶縁膜518は、酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、
またはこれらの膜を組み合わせた積層膜で70nm厚程
度に形成すればよい(図9(B))。
膜)519を形成する。第4の絶縁膜は、有機絶縁物材
料膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜のいずれかを材料として、800nm厚で形
成する。
膜518および第4の絶縁膜519に、半導体層508
〜510に通じるコンタクトホールを形成する。そして
第4の絶縁膜519上にコンタクトホールを通じて半導
体層508〜511に達する導電膜を形成しパターニン
グすることでそれぞれのTFTを電気的に接続するため
の接続配線およびソース線520〜525を形成する。
これらの配線を形成するための導電膜はAl、W、T
i、TiNを主成分とする膜、またはそれらの積層構造
(本実施例では、Tiを含むAl膜をTiで挟み込んだ
3層構造としている)を有する導電膜を厚さ500nm
となるように形成し、パターニングしている。なお、ソ
ース線525は保持容量上部を通って、半導体層510
と電気的に接続されている(図9(C))。
6をアクリル等の有機絶縁膜から1000nm厚に形成
する(図10(A))。第5の絶縁膜526上にAl、
Ti、W、Cr、または黒色樹脂等の高い遮光性を持つ
膜をパターニングして遮光膜527を形成する。この遮
光膜527は画素の開口部以外を遮光するように網目状
に配置する。さらに、この遮光膜527を覆うように第
5の絶縁膜526と同じ材料からなる第6の絶縁膜52
8を形成し、接続配線524に通じるコンタクトホール
を第5の絶縁膜526および第6の絶縁膜528に形成
する。
m厚に形成し、パターニングすることで画素電極529
を形成する(図10(B))。
図を示したものであり、図中のA−A'線に沿った概略
断面図が図10(B)のA−A'線部分に相当し、B−
B'線に沿った概略断面図が図10(B)のB−B'線部
分に相当する。
基板に液晶層を配向させる配向膜を形成し、公知のセル
組み技術を用いて対向電極および配向膜が形成された対
向基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせた
後、液晶を注入して封止することでアクティブマトリク
ス型液晶表示装置を完成させた。
6で作製されたアクティブマトリクス型液晶表示装置の
構成を説明する。
は基板500上に形成された画素部と駆動回路605と
その他の信号処理回路とで構成される。画素部には画素
TFT603と保持容量604とが設けられ、画素部の
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。
な方向に設けられ、保持容量604の上部電極として機
能している。
501、ソース線523が画素部に延在し、画素TFT
603に接続している。また、フレキシブルプリント配
線板(Flexible Printed Circuit :FPC)701が外部
入力端子702に接続していて画像信号などを入力する
のに用いる。FPC701は補強樹脂によって強固に接
着されており、接続配線で、それぞれの駆動回路に接続
している。また、対向基板700には図示していない
が、遮光膜や透明電極が設けられている。本実施形態
は、実施形態1〜3で開示されたいずれかの方法を用い
て形成されたアクティブマトリクス基板を用いて作製す
ることができる。
みに欠陥を形成し、画素部と駆動回路とで作り分ける本
発明の一実施形態について説明する。
アクティブマトリクス型の表示装置は、駆動回路と画素
部とを同一工程で作製することができるため製造コスト
の低減ができ、また額縁領域(画素部の周辺部分の領
域)の面積も縮小させることもできるため表示装置の小
型化等の利点が得られる。しかし、その一方で、駆動回
路と画素部とで用いられるTFTに求められる特性や動
作条件は必ずしも同一ではないため、求められる特性が
得られる構造のTFTを作り分けようとして、作製工程
が複雑化するといった問題もあった。
動作が求められる駆動回路となる領域の半導体層には、
シリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種または複数
種の元素といった元素を添加(注入)して欠陥を形成せ
ず、入力信号保持のために低リーク電流、低光リーク電
流といった特性が求められる画素部となる領域の半導体
層に上記した元素を添加(注入)して欠陥を形成し、光
リーク電流を低減する方法を示す。
TFTを形成する領域には、レジストマスクを形成す
る。続いて、画素部となる領域の半導体層にシリコン、
アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプト
ン、キセノンから選ばれた一種または複数種の元素を1
×1016〜5×1018/cm3の濃度で添加して効果的
に欠陥を形成する。
示を行ったり、動画表示を行う等膨大なデータを書き込
まなければならない場合に高速でデータの書き込みを行
うために金属元素を添加し良好な結晶性(例えば、配向
性良好、結晶粒が大きい)を有するシリコン膜を用いて
形成された駆動回路と、入力信号を保持し、良好な表示
を行うためにTFTのオフ時のリーク電流を低く抑える
ことや半導体層に光が入射してしまった場合にも光リー
ク電流が発生しにくくする必要のある画素部とを有する
アクティブマトリクス型表示装置を実現することができ
る。
せて適用することが可能である。
たCMOS回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶
ディスプレイ(液晶表示装置)に用いることができる。
即ち、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器
具全てに本発明を実施できる。
ーを挙げることができる。プロジェクターの一例を図1
3、14に示す。
クターの一例を示す。図13(A)に示すプロジェクタ
ーは、光源光学系2501、液晶表示装置2502、投
射光学系2503、位相差板2504を有している。投
射光学系2503は、投射レンズを備えた複数の光学レ
ンズで構成される。なお、投射光学系2503は1つの
投射レンズで構成されていても良い。また、図示してい
ないが、表示をカラー化するために液晶表示装置250
2にはカラーフィルターが形成されている。
ジェクターは、図13(A)の応用例であって、画素に
カラーフィルターを設ける代わりにRGB回転カラーフ
ィルター円盤2505を用いて表示映像のカラー化を行
っている例である。
ジェクターは、カラーフィルターレス単板式プロジェク
ターとよばれており、液晶表示装置2516にマイクロ
レンズアレイ2515を設け、B用ダイクロイックミラ
ー2512、G用ダイクロイックミラー2513、R用
ダイクロイックミラー2514を用いて表示映像のカラ
ー化を行っている。投射光学系2517は投射レンズを
備えた複数の光学レンズで構成される。なお、一つのレ
ンズから構成されていてもよい。
ェクターを示す。フロント型プロジェクターは、投射装
置2601、スクリーン2602等を含む。
り、本体2701、投射装置2702、ミラー270
3、スクリーン2704等を含む。
図14(B)中における投射装置2601、2702の
構造の一例を示した図である。投射装置2601、27
02は、光源光学系2801、ミラー2802、280
4〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズ
ム2807、液晶表示装置2808、位相差板280
9、投射光学系2810で構成される。投射光学系28
10は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
形態は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば
単板式であってもよい。また、図14(C)中において
矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光
機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィ
ルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
おける光源光学系2801の構造の一例を示した図であ
る。本実施形態では、光源光学系2801は、リフレク
ター2811、光源2812、レンズアレイ2813、
2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816
で構成される。なお、図14(D)に示した光源光学系
は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系
に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィ
ルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の
光学系を設けてもよい。
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していな
い。
液晶表示装置はプロジェクターに適用することができ
る。
コン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、ク
リプトン、キセノン等を添加(注入)して適切な密度で
結晶欠陥を形成することで、結晶性半導体層のもつ高い
キャリア移動度を損なうことなく光感度を抑制すること
ができる。
に適用した場合、TFTへの光入射がある程度止められ
ない場合でも光リークが少なくコントラスト低下のない
良好な表示を得ることができる他、高いTFT性能によ
り表示装置の高周波数駆動が可能とまる。
生かして、より簡素なTFT遮光構造のデバイスでも従
来品と同等の表示品質を得ることができ製造コストの低
減を図ることもできる。
(実施形態1)。
(実施形態2)。
(その1)。
(その2)。
を示す図(その1)。
を示す図(その2)。
を示す図(その3)。
スを示す図(その4)。
図。
リクス型液晶表示装置の構成を示す図。
た電気器具の一例を示す図。
部に用いた電気器具の一例を示す図。
Claims (13)
- 【請求項1】結晶性半導体層にアルゴン、ゲルマニウ
ム、シリコン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノ
ンから選ばれた一種または複数種の元素を導入し、前記
元素導入による結晶欠陥を半導体膜中に均一な密度で分
布させたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】半導体層に金属元素を1×1015〜5×1
017/cm3の濃度で含み、かつ、シリコン、アルゴ
ン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キ
セノンから選ばれた一種または複数種の元素を含むこと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】半導体層に金属元素を1×1015〜5×1
017/cm3の濃度で含み、かつ、シリコン、アルゴ
ン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キ
セノンから選ばれた一種または複数種の元素を1×10
16〜5×1018/cm3の濃度で含むことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項4】半導体層に金属元素を1×1015〜5×1
017/cm3の濃度で含み、かつ、前記半導体層のすべ
ての領域にシリコン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウ
ム、ネオン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種ま
たは複数種の元素を1×10 16〜5×1018/cm3の
濃度で含まれることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれか一におい
て、前記金属元素は、Ni、Fe、Co、Sn、Pb、
Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auのい
ずれか一種または複数種の元素であることを特徴とする
半導体装置の作製方法。 - 【請求項6】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金属元素を添加し、加熱処理して
結晶性半導体膜を形成する工程と、 前記結晶性半導体膜にシリコン、アルゴン、ゲルマニウ
ム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンから選ば
れた元素を添加する工程と、を含むことを特徴とする半
導体装置の作製方法。 - 【請求項7】非晶質半導体膜を形成する工程と、 前記非晶質半導体膜上にマスク絶縁膜を形成する工程
と、 前記マスク絶縁膜の開口部から露出した前記非晶質半導
体膜の選択された領域に金属元素を添加する工程と、 加熱処理を行い、結晶性半導体膜を形成する工程と、 前記結晶性半導体膜にシリコン、アルゴン、ゲルマニウ
ム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンから選ば
れた元素を添加する工程と、を含むことを特徴とする半
導体装置の作製方法。 - 【請求項8】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金属元素を添加し、加熱処理して
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、 前記結晶性半導体膜に前記ゲート絶縁膜を介してシリコ
ン、アルゴン、ゲルマニウム、ヘリウム、ネオン、クリ
プトン、キセノンから選ばれた元素を添加する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項9】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金属元素を添加し、加熱処理して
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絶縁膜を形成する工程と、 酸化雰囲気中で加熱処理し、熱酸化を行う工程と、 前記結晶性半導体膜にシリコン、アルゴン、ゲルマニウ
ム、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンから選ば
れた元素を添加する工程と、を含むことを特徴とする半
導体装置の作製方法。 - 【請求項10】請求項6乃至請求項9のいずれか一にお
いて、前記結晶性半導体膜上にマスク絶縁膜を形成し、
前記マスク絶縁膜の開口部から露出した前記半導体膜の
選択された領域にゲッタリング作用を有する元素を添加
した後加熱処理することにより前記結晶性半導体膜に含
まれる金属元素を前記半導体膜に移動させる工程と、を
含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項11】請求項10において、前記ゲッタリング
作用を有する元素は、周期表の13族、周期表の15
族、もしくは周期表の18族に属する元素の少なくとも
一種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項12】請求項6乃至請求項11のいずれか一に
おいて、前記結晶性半導体膜上にバリア層を形成する工
程と、 前記バリア層上に希ガス元素もしくは炭素を含む半導体
膜を形成して加熱処理して前記結晶性半導体膜に含まれ
る金属元素を前記半導体膜に移動させる工程と、を含む
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項13】請求項6乃至請求項12のいずれか一に
おいて、前記金属元素は、Ni、Fe、Co、Sn、P
b、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au
のいずれか一種または複数種の元素であることを特徴と
する半導体装置の作製方法。
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