JP2004087583A - Semiconductor device, its manufacturing method and heat treatment method of thin film - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに薄膜の熱処理方法に関するもので、特に、導電膜を備えた半導体薄膜等の各種薄膜に、高強度の光を用いて瞬間的アニールを施した場合に、導電膜や基板に熱的ダメージを与える虞がなく、しかも、各種薄膜の特性の向上が可能な半導体装置及びその製造方法並びに薄膜の熱処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶装置(LCD)、エレクトロルミネッセンス(EL)装置等の表示装置として、マトリクス状に配置された多数の画素を画素毎に駆動するために、各画素毎に薄膜半導体装置である薄膜トランジスタ(TFT)を設けたアクティブマトリクス型の表示装置が知られている。かかる用途に用いられるTFTとしては、半導体層に多結晶シリコン膜を用いた多結晶シリコンTFTが広く用いられている。また、多結晶シリコンTFTの製造プロセスとして、能動層を比較的低温にて製造することが可能な低温プロセスが知られている。
低温プロセスの例としては、例えば、特開昭59−75670号公報、特開平05−335482号公報等がある。
【0003】
以下、低温プロセスを採用した多結晶シリコンTFTの能動層の形成方法について簡単に説明する。
まず、ガラス基板の全面にシリコン酸化膜等からなる下地保護膜(緩衝膜)を成膜し、この下地保護膜全面に、半導体膜である非晶質シリコン膜を成膜する。次いで、波長308nmあるいは249nm等のレーザ光を発光させるエキシマレーザを用いて、この非晶質シリコン膜にレーザ光を照射し、レーザアニールを施す。このレーザアニールにより、非晶質シリコン膜は多結晶化し、多結晶シリコン膜となる。
【0004】
この多結晶シリコン膜を所定の能動層の形状にパターニングした後、この多結晶シリコン膜を含むガラス基板全面にシリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜を成膜し、このゲート絶縁膜の所定の位置にアルミニウムやアルミニウム合金等の低抵抗かつ高反射率のゲート電極(導電膜)を形成する。次いで、このゲート電極をマスクとして多結晶シリコン膜に不純物を打ち込む。その後、このゲート電極をマスクとし、エキシマレーザやそれと同等の高強度の光を発光するフラッシュランプを用いて多結晶シリコン膜に高強度の光を照射し、瞬間的に高温とし、この多結晶シリコン膜中の不純物を活性化する。この場合、ゲート電極に照射される光は大半が反射するので、ゲート電極に熱的ダメージが生じる虞はない。
以上により、例えば600℃以下の比較的低温で能動層として機能する半導体薄膜を得ることができ、非晶質シリコンTFTと同じ比較的安価なガラス基板を用いながら、高性能のTFTを得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、表示装置に対しても微細化、高品質化が求められており、低温プロセスにおいては、電極の微細化と共に低抵抗化が要求されている。そこで、例えば、ゲート電極やデータ線等の配線では、微細化に伴う断線防止に、アルミニウムやアルミニウム合金等の導電膜をチタンや窒化チタン等の薄膜で挟んだ積層構造の導電膜が用いられてきている。
しかしながら、この積層構造の導電膜をゲート電極とした場合、ゲート電極の最表面がチタンや窒化チタン等の光の多くを吸収する材料により構成されているために、多結晶シリコン膜中の不純物を活性化する際に、チタンや窒化チタンが光を吸収し、高温になるために、電極材料であるアルミニウム(融点;660℃)が融解する虞があり、したがって、導電膜が熱的ダメージを受ける虞があるという問題点があった。
【0006】
また、ゲート電極やデータ線等の配線のさらなる低抵抗化に対しては、銅薄膜を用いた単層構造の導電膜が用いられてきている。例えば、特開昭59−75670号公報に記載された技術が知られている。
しかしながら、この場合においても、ゲート電極が光の多くを吸収する材料である銅(融点;1083℃)により構成されているために、不純物を活性化する光の強度が強い場合には、銅の表面が融解する虞があり、したがって、導電膜が熱的ダメージを受ける虞があるという問題点があった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、半導体薄膜等の各種薄膜に高強度の光を用いて瞬間的アニールを施した場合においても、導電膜や基板に熱的ダメージを与える虞がなく、しかも、半導体薄膜等の各種薄膜の特性の向上が可能な半導体装置及びその製造方法並びに薄膜の熱処理方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な半導体装置及びその製造方法並びに薄膜の熱処理方法を採用した。
すなわち、本発明の半導体装置は、半導体薄膜上の所定の位置に導電膜を備えてなる半導体装置であって、前記導電膜上に反射膜が形成されていることを特徴とする。
【0009】
この半導体装置では、導電膜上に反射膜を形成したことにより、光の照射により半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化処理を施した場合に、反射膜が照射される光を反射し、光の照射による導電膜の熱的ダメージを防止する。これにより、半導体薄膜の特性が向上し、半導体装置としての信頼性が向上する。
【0010】
前記半導体薄膜は、光が照射されることにより該半導体薄膜中の不純物が活性化されていることを特徴とする。
前記反射膜の可視光に対する平均反射率は50%以上であることを特徴とする。
【0011】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体薄膜上に導電膜を備えてなる半導体装置の製造方法であって、半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜上の所定の位置に導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする。
【0012】
この製造方法では、反射膜形成工程により、導電膜上に光を反射する反射膜を形成し、不純物活性化工程により、半導体薄膜及び反射膜に光を照射し、この半導体薄膜中の不純物を活性化する。この場合、最表面の反射膜が光を反射することにより導電膜への光の侵入を防止するので、この導電膜は熱的ダメージを受けることがなくなる。これにより、特性が向上した半導体装置を容易に得ることが可能になる。
【0013】
前記不純物活性化工程は、レーザ光もしくはランプ光を照射することにより前記半導体薄膜中の不純物を活性化する工程であることを特徴とする。
【0014】
本発明の他の半導体装置の製造方法は、半導体薄膜上にゲート電極を備えてなる半導体装置の製造方法であって、半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜上の所定の位置にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする。
【0015】
本発明のさらに他の半導体装置の製造方法は、半導体薄膜上にゲート電極を備えてなる半導体装置の製造方法であって、基板上に、半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜構成工程と、前記ゲート絶縁膜上の所定の位置にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、前記ゲート絶縁膜をマスクとし、かつこのゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に不純物をイオン注入することにより、前記半導体薄膜中にソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする。
【0016】
これらの製造方法では、反射膜形成工程により、ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成し、不純物活性化工程により、半導体薄膜及び反射膜に光を照射し、この半導体薄膜中の不純物を活性化する。この場合、最表面の反射膜が光を反射することによりゲート電極への光の侵入を防止するので、このゲート電極は熱的ダメージを受けることがなくなる。これにより、特性が向上した半導体装置を容易に得ることが可能になる。
【0017】
前記ゲート電極形成工程は、積層構造の前記ゲート電極を形成する工程であり、前記反射膜形成工程は、前記積層構造のゲート電極の最表面に前記反射膜を形成する工程であることを特徴とする。
前記ゲート電極は、アルミニウムまたは銅を主成分とする膜を備え、前記反射膜は、アルミニウムまたは銀を主成分とする膜を備えていることを特徴とする。
【0018】
本発明の薄膜の熱処理方法は、導電膜を備えてなる薄膜の熱処理方法であって、薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜上の所定の位置に導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜上に前記光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、前記薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記薄膜に熱処理を施す熱処理工程とを備えたことを特徴とする。
【0019】
この熱処理方法では、反射膜形成工程により、導電膜上に光を反射する反射膜を形成し、熱処理工程により、薄膜及び反射膜に光を照射し、この薄膜に熱処理を施す。この場合、最表面の反射膜が光を反射し、導電膜への光の侵入を防止するので、この導電膜は熱的ダメージを受けることがなくなり、しかも、薄膜に効果的に熱処理を施すことが可能になる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態においては、図面を参照しながら説明するが、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【0021】
[第1実施形態]
図1は、本発明に係る第1実施形態のLDD(Lightly Doped Drain)構造のnチャネル型の多結晶シリコンTFT(半導体装置)を示す断面図であり、この多結晶シリコンTFT(半導体装置)1は、ガラス基板2の全面に、シリコン酸化膜等の絶縁膜からなる下地保護膜3が成膜され、この下地保護膜3上のTFT形成位置に多結晶シリコン膜(半導体薄膜)4が成膜され、これら下地保護膜3及び多結晶シリコン膜4の全面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなるゲート絶縁膜5が成膜されている。
【0022】
多結晶シリコン膜4は、不純物イオンが導入されないチャネル領域4aと、このチャネル領域4aの外側に形成される低濃度ソース領域4b及び低濃度ドレイン領域4cと、さらに外側に形成される高濃度ソース領域4d及び高濃度ドレイン領域4eとにより構成されている。
そして、このチャネル領域4a上には、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極(導電膜)6が形成されている。
【0023】
このゲート電極6は、チタン膜6aと、アルミニウム膜6bと、窒化チタン膜6cとからなる3層構造の電極であり、最表面である窒化チタン膜6c上には、可視光(300〜780nm)に対する平均反射率が50%以上の反射膜7が成膜されている。
ここで、反射膜7の平均反射率を50%以上と限定した理由は、平均反射率が50%未満であると、反射膜を透過した分の光を反射膜下の材料が吸収し、導電体膜が熱的ダメージを受けてしまう可能性があるからである。
【0024】
この反射膜7は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金のいずれかからなる薄膜である。
なお、上記のアルミニウム膜6bの替わりにアルミニウム合金膜を用いてもよい。
【0025】
これらゲート電極6及び反射膜7を覆う様にシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜8が成膜され、この層間絶縁膜8の高濃度ソース領域4d及び高濃度ドレイン領域4eに対応する部分にコンタクトホール11、12がそれぞれ形成され、コンタクトホール11には高濃度ソース領域4dに接続されるソース電極13が、コンタクトホール12には高濃度ドレイン領域4eに接続されるドレイン電極14が、それぞれ形成されている。
【0026】
次に、この多結晶シリコンTFT1の製造方法について図2〜図4に基づき説明する。
まず、図2(a)に示すように、超音波洗浄等により清浄化したガラス基板2を用意し、基板温度が150〜450℃となる条件下で、プラズマCVD法等により、このガラス基板2の全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜からなる下地保護膜3を、例えば500nm程度等、10μm未満の厚さに成膜する。この成膜工程において用いられる原料ガスとしては、モノシラン(SiH4)と一酸化二窒素(N2O)との混合ガス、TEOS(テトラエトキシシラン:Si(OC2H5)4)と酸素との混合ガス、ジシラン(Si2H6)とアンモニア(NH3)との混合ガス等が好適である。
【0027】
次いで、図2(b)に示すように、基板温度が150〜450℃となる条件下で、下地保護膜3を形成したガラス基板2の全面に、プラズマCVD法等により、20〜1000nmの厚みの非晶質シリコン膜21を成膜する。この成膜工程において用いる原料ガスとしては、上述したジシランやモノシランが好適である。
【0028】
次いで、図2(c)に示すように、この非晶質シリコン膜21に、XeClエキシマレーザ(波長:308nm)あるいはKrFエキシマレーザ(波長:249nm)等のレーザ装置を用いてレーザ光22を照射し、レーザアニールを行う。このレーザアニールにより、非晶質シリコン膜21は多結晶シリコン膜23となる。なお、非晶質シリコン膜21をパターニングしてからレーザアニールを行うことにより、多結晶シリコン膜23を形成しても良い。
【0029】
次いで、図2(d)に示すように、フォトリソグラフィー法により、多結晶シリコン膜23を所望のTFTの形状にパターニングする。すなわち、多結晶シリコン膜23上にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストの露光、現像、多結晶シリコン膜23のエッチング、フォトレジストの除去を順次行うことにより、多結晶シリコン膜23のパターニングを行う。
【0030】
次いで、図3(a)に示すように、350℃以下の温度件下で、多結晶シリコン膜23及び下地保護膜3の全面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなるゲート絶縁膜5を50〜150nmの厚さに成膜する。この工程において用いる原料ガスとしては、TEOSと酸素ガスとの混合ガス等が好適である。
【0031】
次いで、図3(b)に示すように、ゲート絶縁膜5の全面に、スパッタリング法等により、チタン膜24、アルミニウム膜25、窒化チタン膜26、アルミニウム膜27を順次成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、チタン膜6aとアルミニウム膜6bと窒化チタン膜6cとからなる300〜1000nmの厚さのゲート電極6、及び20nmの厚さのアルミニウム膜27からなる反射膜7を形成する。すなわち、チタン膜24〜アルミニウム膜27の積層膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストの露光、現像、積層膜のエッチング、フォトレジストの除去を順次行うことにより、積層膜をパターニングし、ゲート電極6及び反射膜7を形成する。
【0032】
次いで、図3(c)に示すように、反射膜7及びゲート電極6をマスクとして、約0.1×1013〜約10×1013/cm2のドーズ量で低濃度の不純物イオンを打ち込み、ゲート電極6に対して自己整合的に低濃度ソース領域4b、低濃度ドレイン領域4cを形成する。ここで、nチャネル型の多結晶シリコンTFTを作製する場合には、前記不純物イオンとして、リンなどのドナー型の不純物イオンを用い、pチャネル型の多結晶シリコンTFTを作製する場合には、前記不純物イオンとして、ボロンなどのアクセプター型の不純物イオンを用いる。また、ゲート電極6の直下に位置し、かつ不純物イオンが導入されなかった領域はチャネル領域4aとなる。
【0033】
次いで、図3(d)に示すように、ゲート電極6より幅広のレジストマスク(図示略)を形成して高濃度の不純物イオン(Pイオン)を約0.1×1015〜約10×1015/cm2のドーズ量で打ち込み、高濃度ソース領域4d、及び高濃度ドレイン領域4eを形成する。
【0034】
なお、LDD構造のソース領域及びドレイン領域を形成する替わりに、低濃度の不純物の打ち込みを行わずにゲート電極6より幅広のレジストマスクを形成した状態で高濃度の不純物(Pイオン)を打ち込み、オフセット構造のソース領域及びドレイン領域を形成しても良い。また、反射膜7及びゲート電極6をマスクとして高濃度の不純物を打ち込み、セルフアライン構造のソース領域及びドレイン領域を形成しても良い。
【0035】
次いで、図4(a)に示すように、反射膜7及びゲート電極6をマスクとして、多結晶シリコン膜4に瞬間強光アニールを施し、多結晶シリコン膜4の低濃度ソース領域4b、低濃度ドレイン領域4c、高濃度ソース領域4d及び高濃度ドレイン領域4e中の不純物(Pイオン)を活性化する。
瞬間強光アニールは、高強度のレーザ光を発光するエキシマレーザや、このレーザ光と同等の高強度の光を発光するフラッシュランプを用いて多結晶シリコン膜4に高強度の光31を照射することにより、多結晶シリコン膜4を瞬間的に高温とし、この多結晶シリコン膜4中の不純物(Pイオン)を活性化する方法である。
【0036】
最表面の反射膜7は、光31に対する平均反射率が80%以上であるから、この光31を反射し、ゲート電極6への光31の侵入を防止する。これにより、チタン膜6aや窒化チタン膜6cが光31を吸収して高温になることはなく、したがって、ゲート電極6は、瞬間的に高温となることがなく熱的ダメージを受ける虞がなくなる。
【0037】
なお、高強度の光31を多結晶シリコン膜4に照射する替わりに、多結晶シリコン膜4を、CWレーザより発光するCWレーザ光やランプより発光する高強度の光に対して瞬間的に走査してもよい。この方法においても、多結晶シリコン膜4中の不純物(Pイオン)は活性化される。
【0038】
次いで、図4(b)に示すように、反射膜7及びゲート電極6の表面側に、CVD法等によりシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜8を300〜800nmの厚さに成膜する。この層間絶縁膜8の成膜工程に用いる原料ガスとしては、TEOSと酸素ガスとの混合ガス等が好適である。
次いで、この層間絶縁膜8上に所定のパターンのレジストマスク(図示略)を形成した後、このレジストマスクを介して層間絶縁膜8にドライエッチングを施し、高濃度ソース領域4dに対応する領域にコンタクトホール11を、高濃度ドレイン領域4eに対応する領域にコンタクトホール12を、それぞれ形成する。
【0039】
次いで、スパッタリング法等により、層間絶縁膜8の全面に、アルミニウム、チタン、窒化チタン、タンタル、モリブデン等の金属を主成分とする導電性材料32を成膜し、その後、この導電性材料32をフォトリソグラフィー法によりパターニングし、400〜800nmの厚さのソース電極13及びドレイン電極14を形成する。すなわち、導電性材料32上にフォトレジスト(図示略)を塗布した後、このフォトレジストの露光、現像、導電性材料32のエッチング、フォトレジストの除去を順次行うことにより、導電性材料32をパターニングし、ソース電極13及びドレイン電極14を形成する。以上により、nチャネル型の多結晶シリコンTFT(半導体装置)1を作製することができる。
【0040】
本実施形態によれば、ゲート電極6の最表面である窒化チタン膜6c上に、可視光(300〜780nm)に対する平均反射率が80%以上の反射膜7を成膜したので、反射膜7及びゲート電極6をマスクとして多結晶シリコン膜4に瞬間強光アニールを施す際に、この反射膜7が照射される光31を反射し、ゲート電極6への光31の侵入を防止することができる。したがって、ゲート電極6が瞬間的に高温となることがなく、熱的ダメージを受けることもない。
また、ガラス基板2は光31を透過し、多結晶シリコン膜4のみが高温にアニールされるので、ガラス基板2は熱的ダメージを受けることもない。
【0041】
[第2実施形態]
図5は、本発明に係る第2実施形態のLDD(Lightly Doped Drain)構造のnチャネル型の多結晶シリコンTFT(半導体装置)を示す断面図である。
この多結晶シリコンTFT(半導体装置)41は、第1実施形態の3層構造のゲート電極6を、銅薄膜からなる単層構造のゲート電極42とし、このゲート電極42上に反射膜7を成膜したものであり、その他の点については第1実施形態の多結晶シリコンTFT1と全く同様である。
【0042】
本実施形態においても、第1実施形態と同様に、反射膜7及びゲート電極42をマスクとして多結晶シリコン膜4に瞬間強光アニールを施す際に、この反射膜7が照射される光を反射し、ゲート電極42への光の侵入を防止することができる。したがって、ゲート電極42が瞬間的に高温となることがなく、熱的ダメージを受けることもない。
【0043】
なお、上記の各実施形態では、nチャネル型のTFTのゲート電極を例に採り説明したが、ゲート電極だけでなく、データ線等の他の配線にも同様に適用することができる。
また、上記の第1実施形態では、ゲート電極を、アルミニウム膜をチタン膜及び窒化チタン膜により挟持した3層構造としたが、それぞれの膜の材質及び積層する膜の枚数は必要に応じて適宜変更可能であり、上記第1及び第2実施形態の構成に限定されることはない。
【0044】
また、上記の各実施形態では、nチャネル型のTFTを作製する場合を例に採り説明したが、pチャネル型のTFTを作製する場合にも同様に適用することができる。
また、上記の各実施形態の製造方法は、特に基板上に多数のTFTを形成するアクティブマトリクス型の液晶装置やエレクトロルミネッセンス(EL)装置等の表示装置を作製する場合に好適に適用することができる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、導電膜上に反射膜を形成したので、光の照射により半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化処理を施す場合に、反射膜が照射される光を反射することで、光の照射による導電膜の熱的ダメージを防止することができる。したがって、半導体薄膜の特性を向上させることができ、半導体装置としての信頼性を向上させることができる
【0046】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、導電膜上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、半導体薄膜及び反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたので、最表面の反射膜が光を反射することにより導電膜への光の侵入を防止することができ、この導電膜が熱的ダメージを受けるのを防止することができる。したがって、特性が向上した半導体装置を容易に得ることができる。
【0047】
本発明の他の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたので、最表面の反射膜が光を反射することによりゲート電極への光の侵入を防止することができ、このゲート電極が熱的ダメージを受けるのを防止することができる。したがって、特性が向上した半導体装置を容易に得ることができる。
【0048】
本発明の薄膜の熱処理方法によれば、導電膜上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、薄膜及び反射膜に光を照射し、前記薄膜に熱処理を施す熱処理工程とを備えたので、導電膜への光の侵入を防止することができ、導電膜が熱的ダメージを受ける虞がなくなる。したがって、薄膜に効果的に熱処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の多結晶シリコンTFTを示す断面図である。
【図2】本発明に係る第1実施形態の多結晶シリコンTFTの製造方法を示す過程図である。
【図3】本発明に係る第1実施形態の多結晶シリコンTFTの製造方法を示す過程図である。
【図4】本発明に係る第1実施形態の多結晶シリコンTFTの製造方法を示す過程図である。
【図5】本発明に係る第2実施形態の多結晶シリコンTFTを示す断面図である。
【符号の説明】
1 多結晶シリコンTFT
2 ガラス基板
4 多結晶シリコン膜
6 ゲート電極
7 反射膜
31 高強度の光
41 多結晶シリコンTFT
42 ゲート電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same and a method for heat-treating a thin film, in particular, when various thin films such as a semiconductor thin film having a conductive film are subjected to instantaneous annealing using high-intensity light, The present invention relates to a semiconductor device that does not cause thermal damage to a conductive film or a substrate and that can improve the characteristics of various thin films, a method of manufacturing the same, and a method of heat treating the thin film.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a display device such as a liquid crystal device (LCD) or an electroluminescence (EL) device, in order to drive a large number of pixels arranged in a matrix for each pixel, a thin film transistor (TFT) which is a thin film semiconductor device is provided for each pixel. ) Is known as an active matrix type display device. As a TFT used for such an application, a polycrystalline silicon TFT using a polycrystalline silicon film for a semiconductor layer is widely used. Further, as a manufacturing process of a polycrystalline silicon TFT, a low-temperature process capable of manufacturing an active layer at a relatively low temperature is known.
Examples of the low-temperature process include, for example, JP-A-59-75670 and JP-A-05-335482.
[0003]
Hereinafter, a method for forming an active layer of a polycrystalline silicon TFT employing a low-temperature process will be briefly described.
First, a base protective film (buffer film) made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface of a glass substrate, and an amorphous silicon film as a semiconductor film is formed on the entire surface of the base protective film. Next, the amorphous silicon film is irradiated with laser light using an excimer laser that emits laser light having a wavelength of 308 nm or 249 nm, and laser annealing is performed. By this laser annealing, the amorphous silicon film is polycrystallized and becomes a polycrystalline silicon film.
[0004]
After patterning the polycrystalline silicon film into a predetermined active layer shape, a gate insulating film made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface of the glass substrate including the polycrystalline silicon film. A gate electrode (conductive film) of low resistance and high reflectivity such as aluminum or an aluminum alloy is formed thereon. Then, impurities are implanted into the polycrystalline silicon film using the gate electrode as a mask. Then, using the gate electrode as a mask, the polycrystalline silicon film is irradiated with high-intensity light using an excimer laser or a flash lamp that emits high-intensity light equivalent to the excimer laser. Activate impurities in the film. In this case, since most of the light irradiated to the gate electrode is reflected, there is no possibility that the gate electrode is thermally damaged.
As described above, for example, a semiconductor thin film that functions as an active layer at a relatively low temperature of 600 ° C. or less can be obtained, and a high-performance TFT can be obtained while using the same relatively inexpensive glass substrate as an amorphous silicon TFT. it can.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, miniaturization and high quality have been demanded for display devices, and in a low-temperature process, miniaturization of electrodes and low resistance have been required. Therefore, for example, in a wiring such as a gate electrode or a data line, a conductive film having a laminated structure in which a conductive film such as aluminum or an aluminum alloy is sandwiched between thin films such as titanium or titanium nitride has been used to prevent disconnection due to miniaturization. ing.
However, when the conductive film having this laminated structure is used as a gate electrode, impurities in the polycrystalline silicon film are reduced because the outermost surface of the gate electrode is made of a material that absorbs much light such as titanium or titanium nitride. When activated, titanium or titanium nitride absorbs light and becomes high temperature, so that aluminum (melting point: 660 ° C.) which is an electrode material may be melted, and thus the conductive film is thermally damaged. There is a problem that there is a fear.
[0006]
In order to further reduce the resistance of wiring such as a gate electrode and a data line, a conductive film having a single-layer structure using a copper thin film has been used. For example, a technique described in JP-A-59-75670 is known.
However, also in this case, since the gate electrode is made of copper (melting point: 1083 ° C.), which is a material that absorbs much light, when the intensity of light for activating impurities is strong, copper is used. There is a problem that the surface may be melted, and thus the conductive film may be thermally damaged.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and may cause thermal damage to a conductive film or a substrate even when various thin films such as a semiconductor thin film are subjected to instantaneous annealing using high-intensity light. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which does not have any problems and can improve the characteristics of various thin films such as a semiconductor thin film, a method of manufacturing the same, and a method of heat treating the thin film.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following semiconductor device, a method for manufacturing the same, and a heat treatment method for a thin film.
That is, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including a conductive film at a predetermined position on a semiconductor thin film, wherein a reflective film is formed on the conductive film.
[0009]
In this semiconductor device, the reflection film is formed on the conductive film, so that when the impurity activation process for activating the impurities in the semiconductor thin film by light irradiation is performed, the reflection film reflects the irradiated light. In addition, thermal damage to the conductive film due to light irradiation is prevented. Thereby, the characteristics of the semiconductor thin film are improved, and the reliability as a semiconductor device is improved.
[0010]
The semiconductor thin film is characterized in that impurities in the semiconductor thin film are activated by light irradiation.
The reflective film has an average reflectance to visible light of 50% or more.
[0011]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising a conductive film on a semiconductor thin film, the method comprising: forming a semiconductor thin film; forming a conductive film on a predetermined position on the semiconductor thin film. A conductive film forming step of forming a film, a reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on the conductive film, and irradiating the semiconductor thin film and the reflective film with light to remove impurities in the semiconductor thin film. And an activating step of activating impurities.
[0012]
In this manufacturing method, a reflective film for reflecting light is formed on the conductive film in the reflective film forming step, and the semiconductor thin film and the reflective film are irradiated with light in the impurity activation step to activate impurities in the semiconductor thin film. Become In this case, since the outermost reflective film reflects light to prevent light from entering the conductive film, the conductive film is not thermally damaged. Thus, a semiconductor device with improved characteristics can be easily obtained.
[0013]
The impurity activation step is a step of activating the impurities in the semiconductor thin film by irradiating a laser beam or a lamp beam.
[0014]
Another method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a gate electrode on a semiconductor thin film, the method comprising: forming a semiconductor thin film, forming a semiconductor thin film; A gate electrode forming step of forming a gate electrode, a reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on the gate electrode, and irradiating the semiconductor thin film and the reflective film with light; And an impurity activating step of activating the impurity.
[0015]
Still another method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising a gate electrode on a semiconductor thin film, the method comprising: forming a semiconductor thin film on a substrate; A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film thereon, a gate electrode forming step of forming a gate electrode at a predetermined position on the gate insulating film, and forming a reflective film for reflecting light on the gate electrode Forming a source / drain region in the semiconductor thin film by ion-implanting an impurity into the semiconductor thin film through the gate insulating film using the gate insulating film as a mask, and Irradiating the semiconductor thin film and the reflection film with light to activate an impurity in the semiconductor thin film.
[0016]
In these manufacturing methods, a reflective film for reflecting light is formed on a gate electrode in a reflective film forming step, and the semiconductor thin film and the reflective film are irradiated with light in an impurity activation step to remove impurities in the semiconductor thin film. Activate. In this case, since the reflection film on the outermost surface reflects light to prevent light from entering the gate electrode, the gate electrode is not thermally damaged. Thus, a semiconductor device with improved characteristics can be easily obtained.
[0017]
The gate electrode forming step is a step of forming the gate electrode having a stacked structure, and the reflecting film forming step is a step of forming the reflecting film on the outermost surface of the gate electrode having the stacked structure. I do.
The gate electrode includes a film containing aluminum or copper as a main component, and the reflection film includes a film containing aluminum or silver as a main component.
[0018]
The heat treatment method for a thin film of the present invention is a heat treatment method for a thin film including a conductive film, and includes a thin film forming step of forming a thin film, and a conductive film forming step of forming a conductive film at a predetermined position on the thin film. A reflective film forming step of forming a reflective film that reflects the light on the conductive film, and a heat treatment step of irradiating the thin film and the reflective film with light and performing a heat treatment on the thin film. I do.
[0019]
In this heat treatment method, a reflective film for reflecting light is formed on a conductive film in a reflective film forming step, and the thin film and the reflective film are irradiated with light in the heat treatment step, and the thin film is subjected to a heat treatment. In this case, the reflective film on the outermost surface reflects light and prevents light from entering the conductive film, so that the conductive film is not thermally damaged. Becomes possible.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail. In addition, in each embodiment, although it demonstrates, referring drawings, in each figure, in order to make each layer and each member into the magnitude | size which can be recognized on a drawing, the scale was made different for each layer and each member. is there.
[0021]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an n-channel type polycrystalline silicon TFT (semiconductor device) having an LDD (Lightly Doped Drain) structure according to a first embodiment of the present invention. In the method, a base
[0022]
The
A gate electrode (conductive film) 6 is formed on the
[0023]
The
Here, the reason that the average reflectance of the
[0024]
The
Note that an aluminum alloy film may be used instead of the
[0025]
An interlayer insulating
[0026]
Next, a method for manufacturing the polycrystalline silicon TFT 1 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 2A, a
[0027]
Next, as shown in FIG. 2B, under the condition that the substrate temperature is 150 to 450 ° C., the entire surface of the
[0028]
Next, as shown in FIG. 2C, the
[0029]
Next, as shown in FIG. 2D, the
[0030]
Next, as shown in FIG. 3A, a
[0031]
Next, as shown in FIG. 3B, a
[0032]
Then, as shown in FIG. 3C, low concentration impurity ions are implanted at a dose of about 0.1 × 10 13 to about 10 × 10 13 / cm 2 using the
[0033]
Next, as shown in FIG. 3D, a resist mask (not shown) wider than the
[0034]
Instead of forming the source region and the drain region having the LDD structure, a high-concentration impurity (P ion) is implanted while a resist mask wider than the
[0035]
Next, as shown in FIG. 4A, instantaneous strong light annealing is performed on the
In the instantaneous strong light annealing, the
[0036]
Since the
[0037]
Instead of irradiating the
[0038]
Next, as shown in FIG. 4B, an
Next, after a resist mask (not shown) having a predetermined pattern is formed on the
[0039]
Next, a
[0040]
According to the present embodiment, the
Further, since the
[0041]
[Second embodiment]
FIG. 5 is a sectional view showing an n-channel type polycrystalline silicon TFT (semiconductor device) having an LDD (Lightly Doped Drain) structure according to a second embodiment of the present invention.
In this polycrystalline silicon TFT (semiconductor device) 41, the
[0042]
Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, when the instantaneous strong light annealing is performed on the
[0043]
In each of the above embodiments, the gate electrode of an n-channel TFT has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to not only the gate electrode but also other wiring such as a data line.
In the first embodiment, the gate electrode has a three-layer structure in which the aluminum film is sandwiched between the titanium film and the titanium nitride film. However, the material of each film and the number of films to be laminated are appropriately determined as necessary. The configuration can be changed and is not limited to the configurations of the first and second embodiments.
[0044]
Further, in each of the above embodiments, the case where an n-channel TFT is manufactured has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a case where a p-channel TFT is manufactured.
Further, the manufacturing method of each of the above embodiments can be suitably applied particularly to the case of manufacturing a display device such as an active matrix liquid crystal device or an electroluminescence (EL) device in which a large number of TFTs are formed on a substrate. it can.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, since the reflection film is formed on the conductive film, the reflection film is formed when the impurity activation process for activating the impurities in the semiconductor thin film by light irradiation is performed. By reflecting the irradiated light, thermal damage to the conductive film due to the light irradiation can be prevented. Therefore, the characteristics of the semiconductor thin film can be improved, and the reliability as a semiconductor device can be improved.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a reflective film forming step of forming a reflective film on a conductive film, and an impurity activation step of irradiating the semiconductor thin film and the reflective film with light to activate impurities in the semiconductor thin film. Since the light-reflecting film reflects light, the intrusion of light into the conductive film can be prevented, and the conductive film can be prevented from being thermally damaged. . Therefore, a semiconductor device with improved characteristics can be easily obtained.
[0047]
According to another method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on a gate electrode, and irradiating the semiconductor thin film and the reflective film with light, Since an impurity activation step of activating impurities is provided, light can be prevented from entering the gate electrode by reflecting light on the outermost reflective film, and the gate electrode is thermally damaged. Can be prevented. Therefore, a semiconductor device with improved characteristics can be easily obtained.
[0048]
According to the heat treatment method for a thin film of the present invention, the method includes a reflective film forming step of forming a reflective film on the conductive film, and a heat treatment step of irradiating the thin film and the reflective film with light and performing a heat treatment on the thin film. Light can be prevented from entering the conductive film, and the conductive film is not likely to be thermally damaged. Therefore, heat treatment can be effectively performed on the thin film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a polycrystalline silicon TFT according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process chart showing a method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a polycrystalline silicon TFT according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Polycrystalline silicon TFT
2
42 Gate electrode
Claims (10)
前記導電膜上に反射膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device comprising a conductive film at a predetermined position on a semiconductor thin film,
A semiconductor device, wherein a reflective film is formed on the conductive film.
半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、
前記半導体薄膜上の所定の位置に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a conductive film on a semiconductor thin film,
A semiconductor thin film forming step of forming a semiconductor thin film;
A conductive film forming step of forming a conductive film at a predetermined position on the semiconductor thin film;
A reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on the conductive film,
Irradiating the semiconductor thin film and the reflection film with light to activate an impurity in the semiconductor thin film.
半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、
前記半導体薄膜上の所定の位置にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a gate electrode on a semiconductor thin film,
A semiconductor thin film forming step of forming a semiconductor thin film;
A gate electrode forming step of forming a gate electrode at a predetermined position on the semiconductor thin film,
A reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on the gate electrode,
Irradiating the semiconductor thin film and the reflection film with light to activate an impurity in the semiconductor thin film.
基板上に、半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、
前記半導体薄膜上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜構成工程と、
前記ゲート絶縁膜上の所定の位置にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極上に光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜をマスクとし、かつこのゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜に不純物をイオン注入することにより、前記半導体薄膜中にソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記半導体薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記半導体薄膜中の不純物を活性化する不純物活性化工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device comprising a gate electrode on a semiconductor thin film,
A semiconductor thin film forming step of forming a semiconductor thin film on a substrate,
A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the semiconductor thin film,
A gate electrode forming step of forming a gate electrode at a predetermined position on the gate insulating film;
A reflective film forming step of forming a reflective film that reflects light on the gate electrode,
Forming a source / drain region in the semiconductor thin film by using the gate insulating film as a mask and ion-implanting impurities into the semiconductor thin film through the gate insulating film;
Irradiating the semiconductor thin film and the reflection film with light to activate an impurity in the semiconductor thin film.
薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜上の所定の位置に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜上に前記光を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記薄膜及び前記反射膜に光を照射し、前記薄膜に熱処理を施す熱処理工程とを備えたことを特徴とする薄膜の熱処理方法。A heat treatment method for a thin film including a conductive film,
A thin film forming step of forming a thin film,
A conductive film forming step of forming a conductive film at a predetermined position on the thin film;
A reflective film forming step of forming a reflective film that reflects the light on the conductive film,
A heat treatment step of irradiating the thin film and the reflective film with light and performing a heat treatment on the thin film.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006013898A1 (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device manufacturing method |
KR101395906B1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-05-19 | 중앙대학교 산학협력단 | Thin film transistor and method for manufacturing thereof |
-
2002
- 2002-08-23 JP JP2002243450A patent/JP2004087583A/en active Pending
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WO2006013898A1 (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device manufacturing method |
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