JP2004186215A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタにより構成される半導体装置の作製方法に関する。特に、異なる電源電圧によって駆動する、複数の回路を有する半導体装置の作製方法に関する。また、前記半導体装置を用いた電子機器に関する。
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタ(以下、TFTと表記する)を構成し、TFTで形成した回路を有する半導体装置の開発が進んでいる。TFTで形成した回路を有する半導体装置の代表例として、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や、アクティブマトリクス型のOLED(Organic Light Emitting Diode)表示装置等が知られている。
【0002】
ここで、TFTの作製方法についての例を挙げる。説明には図9を用いる。
【0003】
図9(A)に示すように、絶縁表面を有する基板1101上に、非晶質(アモルファス)半導体膜を結晶化するなどの手法によって作製された多結晶半導体膜をパターニングし、半導体活性層1102c及び1102dが形成される。半導体活性層1102c及び1102d上に、絶縁膜1103と、導電膜1104と、レジスト1186が形成される。導電膜1104によってTFTのゲート電極が形成されるため、導電膜1104をゲートメタルとも呼ぶことにする。なお図9では、ゲートメタルが、導電膜1104の単層構造で形成される例を示す。
【0004】
レジスト1186を形成したら、ゲートメタルをパターニングするための、レジストマスクを作製する。レジスト1186にパターンを露光し、レジスト1186を感光させる。その後、現像を行うことによって、図9(B)に示すような、レジストからなるマスク(レジストマスク)1123、1124が形成される。レジストマスク1123、1124を用いて、導電膜1104をエッチングする。こうして、ゲート電極1121と、ゲート電極1122とが作製される。その後、N型を付与する不純物元素をドーピングする(ドーピング1)。こうして、半導体活性層1102c、1102d内にN型の不純物領域1125a、1125b、1126a、1126bが形成される。
【0005】
次いで、図9(C)に示すように、レジストマスク1123、1124を除去し、新たにレジストマスク1128を形成する。その後、P型を付与する不純物元素をドーピングする(ドーピング2)。こうして、半導体活性層1102d内に、不純物領域1129a、1129bが形成される。ここで、不純物領域1129a、1129bには、ドーピング1においてN型の不純物元素が添加されている。しかし、ドーピング2においてP型の不純物元素を高濃度で添加することによって、不純物領域1129a、1129bはPチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域として問題なく機能する。
【0006】
このようにして、Nチャネル型TFTと、Pチャネル型TFTを形成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、結晶質半導体膜(典型的には多結晶膜)を活性層にしたTFT(以下、多結晶TFTと記す)の電界効果移動度等の特性が向上している。そのため、当該TFTを用いていろいろな機能を備えた回路を形成することも可能となりつつある。そこで、従来は単結晶基板上に作製していた回路を、ガラス基板等の絶縁表面を有する基板上にTFTを用いて形成することを期待され、試みがなされている。例えば、液晶表示装置等の表示装置の画素等が形成された基板と同一の基板上に、TFTを用いて演算処理回路や、記憶素子なども形成することが期待されている。
【0008】
ここで、絶縁表面を有する同一の基板上に、TFTを用いて様々な回路を形成する場合では、それぞれの回路の機能に応じて該回路を構成するTFTに要求される特性は異なる。そのため、特性の異なるTFTを作り分ける必要がある。以下、回路の機能に応じて該回路を構成するTFTに要求される特性の違いについて、具体例を挙げて説明する。
【0009】
例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置と演算処理回路とを、同一の基板上にTFTを用いて形成しようとする場合を例に挙げる。アクティブマトリクス型の液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素によって構成される画素部と、前記画素部に映像信号を入力する駆動回路部(以下、画素駆動回路部と表記する)を有する。
【0010】
図12に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素部の構成の一例を示す。画素部には、複数の信号線S1〜Sxと、走査線G1〜Gyが配置されている。信号線S1〜Sxと走査線G1〜Gyの交点毎に、画素が配置されている。各画素はスイッチング素子を有する。前記スイッチング素子は、走査線G1〜Gyに入力される信号に応じて、信号線S1〜Sxに入力された映像信号の各画素への入力を選択する。図12において、前記スイッチング素子としてTFT(以下、画素TFTと表記する)3002を示す。また、信号線S1〜Sxより、画素に入力された信号を保持する保持容量3001と、画素TFT3002を介して入力された映像信号に応じて透過率が変化する液晶素子3003とを有する。
【0011】
各画素において、画素TFT3002のゲート電極は走査線G1〜Gyのうちの1本に接続される。画素TFT3002のソース領域またはドレイン領域の一方は、信号線S1〜Sxのうちの1本に接続され、もう一方は保持容量3001の一方の電極及び液晶素子3003の一方の電極に接続される。
【0012】
画素を構成する画素TFT3002は、オフ電流が少ないことが要求される。これは、漏れ電流によって、各画素に配置された液晶素子3003の電極間に印加される電圧が変化し、透過率が変化して、画像が乱れるのを防ぐためである。また、画素TFT3002を介して画像を視認するタイプ(以下、透過型と表記する)の液晶表示装置では、開口率を上げるため、画素TFT3002を微細化することが要求される。さらに、液晶素子3003の電極間には、通常、16V程度の電圧が印加されている。そのため、画素TFT3002等は、16V程度の耐圧性が要求される。よって、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(以下、Lov領域と表記する)や、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(以下、Loff領域と表記する)を有する構造のTFTとするのが望ましい。
【0013】
一方、画素駆動回路部を構成するTFT(以下、画素駆動回路用TFTと表記する)は、画素TFTほどに、オフ電流の低減や、微細化が要求されない。ただし、16V程度の電源電圧によって動作するため、耐圧性が要求される。
【0014】
演算処理回路では、高い駆動周波数が要求される。そのため、演算回路を構成するTFTには、キャリアの移動度の向上及び微細化が求められる。一方、微細化したTFTによって作製した演算回路は、3〜5V程度の電源電圧で動作可能となり、TFTの耐圧性は、画素TFTや画素駆動回路用TFTほどには要求されない。
【0015】
上述の要求される特性に応じて、TFTを作り分ける必要がある。
【0016】
そこで本発明は、同一基板上に、それぞれが異なる特性を有する、または、デザインルールが異なる、複数のTFTを作り分けることが可能な半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明においては以下の手段を講じる。
【0018】
ゲートメタルを成膜し、要求される特性の異なるTFT毎に、前記ゲートメタルを部分的にエッチングし、ゲート電極を作製する作製方法とする。つまり、要求される特性の異なるTFT毎に、レジストを露光してレジストマスクを作製する。前記レジストマスクを用いて、要求される特性の異なるTFT毎に、ゲートメタルのエッチングを行う。ここで、ゲート電極をパターニング中のTFT以外のTFTの半導体活性層を覆うゲートメタルは、レジストマスクで覆っておく。各TFTのゲート電極作製工程は、要求される特性に合わせて最適化された条件で行えばよい。
【0019】
ここで、成膜されるゲートメタルは、単層構造であってもよいし、2層の積層構造としてもよいし、2層以上の多層構造としてもよい。
【0020】
なお、ゲートメタル成膜までの工程は、同一基板上に形成されたTFTに関して同一とすることができる。また、同一基板上に形成された全てのTFTにおいて、ゲート電極を作製した後の工程を共通とすることが可能である。なお必ずしも、同一基板上に形成された全てのTFTにおいて、ゲート電極形成以外の全ての工程を共通とする必要はない。該工程の一部を共通とすることができる。こうして、より少ないマスク枚数で、異なる特性を有する、複数のTFTを作り分けることが可能である。
【0021】
要求される特性の異なるTFT毎に、ゲートメタルのエッチングの手法を変え、作製されるゲート電極の形状を変えることができる。例えば、テーパー状の端部を有する形状のゲート電極を備えたTFTと、ほぼ垂直な端部を有する形状のゲート電極を備えたTFTとを作り分けることができる。テーパー状の端部を有する形状のゲート電極を備えたTFTでは、テーパー部を介して、不純物元素をドーピングし、自己整合的に、低濃度不純物領域を形成することが可能である。よって、耐圧性に優れた構成のTFTが得られる。ここで、端部がテーパー状のゲート電極を有するTFTでは、ゲート長及びゲート幅を小さくすることが困難である。つまり微細化には適しない。一方、ほぼ垂直な端部を有する形状のゲート電極を備えたTFTは、微細化に適した形状である。こうして、要求される特性に応じて、TFTのゲート電極の形状を変えることができる。
【0022】
端部がテーパー状のゲート電極を形成するのと同時に、ゲートメタルをエッチングすることによって配線を形成することができる。この配線の形状は、テーパー状の端部を有する。テーパー状の端部を有する配線では、該配線の上部に形成する膜の段切れを防止し、不良を低減することができる。
【0023】
ほぼ垂直な端部を有する形状のゲート電極を形成するのと同時に、ゲートメタルをエッチングすることによって配線を形成することができる。この配線の形状は、ほぼ垂直な端部を有する。ほぼ垂直な端部を有する配線は、同じ断面積のテーパー状の端部を有する配線と比較して、配線幅(L)と配線間隔(S)の比L/Sを小さくすることが可能である。よって、垂直な端部を有する配線は、集積化に適した形状である。こうして、半導体装置の部分に応じて、配線の形状を変えることができる。
【0024】
また、要求される特性の異なるTFT毎に、ゲート電極をパターニングする際に用いるレジストの露光手段を変える。こうして、ゲート電極のパターニングの解像度を変えることができる。なお、露光手段とは、露光条件や露光装置を示すものとする。また、露光装置とは、レジストを露光する放射エネルギー源(光電源、電子線源、またはX線源)を有し、放射エネルギー源を用いて原画(レクチルまたはマスク)上のパターンをレジストに露光させる装置である。使用可能な露光装置としては、縮小投影露光装置(通称、ステッパ−)や、等倍投影露光装置であるミラープロジェクション方式の露光装置(以下、MPAと表記する)が挙げられるが、これに限定されない。公知の露光装置を自由に用いることができる。露光条件とは、露光に用いる放射エネルギー源の波長や、原画(レクチルまたはマスク)をレジストに露光する際の倍率、レジストの材料、露光時間等を含むものとする。
【0025】
また、各TFTのソース領域、ドレイン領域、Lov領域、Loff領域等を形成するために、必要に応じて、不純物元素のドーピングを行う。
【0026】
本発明の半導体装置の作製方法の例について、図1を用いて説明する。本発明の半導体装置の作製方法の典型的な例を、図1(A)に示す。図1(A)において、それぞれ要求される特性が異なる第1のTFTと第2のTFTとを同一基板上に作製する工程について説明する。
【0027】
第1のTFT及び第2のTFTの各半導体活性層上に、共通に、ゲート絶縁膜、ゲートメタル、レジストを順に成膜する(ゲートメタル及びレジスト成膜)。その後、第1の露光をおこなって、第1のTFTのゲート電極を作製するためのレジストマスクを形成する。その後、当該レジストマスクを用いてゲートメタルをエッチングし、第1のTFTのゲート電極を作製する(第1のTFTのゲート電極作製)。この後、不純物元素のドーピングを行う。第1のTFTに関して、第1の露光、ゲート電極の作製、ドーピング等の工程を行う間は、第2のTFTに対応する半導体活性層上のゲートメタルは、エッチングされないようにレジストマスクによって覆われる。
【0028】
次いで、前記レジストマスクを剥離した後、第1のTFTと第2のTFTを形成する領域を覆うように、新たにレジストを成膜する(レジスト成膜)。その後、第2の露光をおこなって、第2のTFTのゲート電極を作製するためのレジストマスクを形成する。その後、当該レジストマスクを用いてゲートメタルをエッチングし、第2のTFTのゲート電極を作製する(第2のTFTのゲート電極作製)。この後、不純物元素のドーピングを行う。第2のTFTに関して、第2の露光、ゲート電極の作製、ドーピング等の工程を行う間は、第1のTFTに対応する半導体活性層上のゲートメタルは、エッチングされないようにレジストマスクによって覆われる。
【0029】
こうして、第1のTFTと、第2のTFTを作り分ける。
【0030】
なお、各TFT(第1のTFT、第2のTFT)それぞれのゲート電極の作製工程において、ゲートメタルのエッチングを段階的に行い、その間に不純物元素のドーピング工程を行っても良い。
【0031】
以下に、第1のTFTや第2のTFTのゲート電極を作製工程において、ゲートメタルのエッチングを段階的に行い、その間に不純物元素のドーピング工程を行う例を、図1(D)に示す。なお、図1(D)では、第1のTFTまたは第2のTFTのどちらか一方のゲート電極の作製工程にのみ注目し、説明する。
【0032】
図1(D)に示すように、1回目のゲートメタルのエッチング(ゲートメタルエッチング1)を行った後、不純物元素のドーピングを行う。次いで、2回目のゲートメタルのエッチング(ゲートメタルエッチング2)を行った後、不純物元素のドーピングを行う。更に、3回目のゲートメタルのエッチング(ゲートメタルエッチング3)によって、ゲート電極を作製する。
【0033】
ここで、上記2回のドーピングにおいて、不純物元素のドーピングにおけるマスクとなるゲートメタルの形状を変化させる。こうして半導体活性層中に、2回のドーピングの両方によって不純物元素が添加される領域と、ゲートメタルエッチング2を行った後のドーピングの工程のみによって不純物元素が添加される領域とを形成することができる。こうして半導体活性層中に、不純物元素が高濃度で添加された領域と、低濃度で添加された領域とを作製する。
【0034】
図1(D)に示したような工程を、図1(A)におけるゲート電極の作製工程(第1のTFTのゲート電極作製工程や第2のTFTのゲート電極作製工程)において行ってもよい。
【0035】
図1(D)に示したようなゲートの作製工程を行うTFTに関しては、その後の不純物元素のドーピングの工程は、必ずしも必要ではない。
【0036】
図1(B)は、図1(A)とは異なる本発明の半導体装置の作製方法の例である。図1(A)に示した工程では、各TFT(第1のTFT、第2のTFT)のゲート電極を作製した後、それぞれ不純物元素のドーピングを行う。しかし、図1(B)に示す作製方法では、第1のTFTのゲート電極を作製した後、不純物元素のドーピングを行わず、第2のTFTのゲート電極の作製を行う。そして最後に、不純物元素のドーピングの工程を第1のTFTと第2のTFTに対して共通に行うことによって、第1のTFTと第2のTFTを作製する。図1(B)に示した工程では、図1(A)と比較してドーピングの回数が少なく、作製工程を削減することができる。
【0037】
図1(C)は、図1(A)や図1(B)と異なる本発明の半導体装置の作製方法の例である。図1(C)に示す作製方法は、図1(A)に示す作製方法と図1(B)に示す作製方法の組み合わせである。つまり、第1のTFTの作製におけるドーピング工程の一部と、第2のTFTの作製におけるドーピング工程の一部とを同時に行う作製方法である。第1のTFTの作製工程と第2のTFTの作製工程のドーピング工程の一部を同時に行うので、図1(A)の作製方法と比較して作製工程を簡略化することができる。一方、第1のTFTの作製工程と第2のTFTの作製工程それぞれにおいても、ドーピング工程を行うので、図1(B)の作製方法に対して、不純物元素のドーピングの際の条件を第1のTFTと第2のTFTとで変えることもできる。
【0038】
なお、各TFT(第1のTFT、第2のTFT)それぞれのゲート電極の作製工程において、ゲートメタルのエッチングを段階的に行い、その間に不純物元素のドーピング工程を行っても良い。例えば、図1(D)に示したような工程を、図1(C)におけるゲート電極の作製工程(第1のTFTのゲート電極作製工程や第2のTFTのゲート電極作製工程)において行ってもよい。図1(D)に示したようなゲートの作製工程を行うTFTに関しては、その後の不純物元素のドーピングの工程は、必ずしも必要ではない。
【0039】
なお、図1(A)〜図1(C)に示した作製方法それぞれにおいて、第1の露光の工程において用いる露光手段と、第2の露光の工程において用いる露光手段とは、同じとすることもできるし、異ならせることも可能である。第1の露光の工程において用いる露光手段と、第2の露光の工程において用いる露光手段とを、異ならせる例を以下に挙げる。
【0040】
例えば、第1のTFTに対して、第2のTFTの方が微細化を求められる場合、第1の露光の工程に用いる光の波長に対して、第2の露光の工程に用いる光の波長は、短いものにする。また例えば、第1のTFTに対して、第2のTFTの方が微細化を求められる場合、第1の露光の工程では、MPAを用いて露光を行い、第2の露光の工程では、ステッパーを用いて露光を行う。
【0041】
第1のTFTと第2のTFTのゲート電極形成のためのレジストマスク作製において、露光手段を変える手法について図11を用いて説明する。
【0042】
図11(A)に示すように、基板上に、第1の露光の工程により得られたレジストマスクによりゲート電極がパターニングされるTFT(第1のTFT)を有する領域(第1の領域)と、第2の露光の工程により得られたレジストマスクによりゲート電極がパターニングされるTFT(第2のTFT)を有する領域(第2の領域)とを作り分けることができる。
【0043】
ここで、第1のTFTのゲート電極作製と第2のTFTのゲート電極作製とにおいて、微細化が求められる方のTFTのゲート電極作製を後に行うことが望ましい。こうして、第1のTFTのゲート電極作製の工程において、ゲートメタルをエッチングすることによって形成される配線と、第2のTFTのゲート電極作製の工程において、ゲートメタルをエッチングすることによって形成される配線とを、滑らかに接続することが可能である。
【0044】
また、第1の露光工程、第2の露光工程それぞれを、複数の露光手段を用いて行っても良い。例えば、図11(B)に示すように、第1の露光の工程により得られたレジストマスクによりゲート電極がパターニングされる領域(第1の領域)を、第1の露光手段及び第1の露光手段とは異なる第2の露光手段の両方を用いて形成したレジストマスクを用いてパターニングすることが可能である。つまり、第1の露光手段と第2の露光手段とに共通に用いることが可能なレジストを成膜した後、第1の領域において第1の露光手段で露光を行う。その後続けて第2の露光手段で露光を行う。最後に、現像を行ってレジストマスクを形成してもよい。
【0045】
なお、図1における第1のTFTの作製工程、第2のTFTの作製工程それぞれにおいて、ゲートメタルのエッチングに必要なレジストマスク以外に新たにレジストマスクを形成し、特定の領域に選択的に不純物元素を添加しても良い。こうしてゲート電極によって自己整合的には形成されない不純物領域を形成することも可能である。
【0046】
また、ゲート電極の側面に絶縁物によってサイドウォールを形成してもよい。さらに、該サイドウォールをマスクとして不純物元素を添加し、LDD領域を形成してもよい。特に、微細化が要求されるTFTにおいてLDD領域等を形成する場合は、レジストマスクを用いてLDD領域を形成するより、上述のサイドウォールを用いた手法の方がマスクを正確に位置合わせ可能なため好ましい。
【0047】
なお、図1における第1のTFTのゲート電極の作製工程において、極性の異なる2つのTFTに対応するゲート電極を同時に作製してもよい。また、図1における第2のTFTのゲート電極の作製工程において、極性の異なる2つのTFTに対応するゲート電極を同時に作製してもよい。この際、第1のTFTの作製工程や第2のTFTの作製工程では、それぞれの極性のTFTに応じて、不純物元素のドーピングの条件を変える必要が生じる。そのため、ゲートメタルのエッチングの際に必要なレジストマスク以外に新たにレジストマスクを形成し、特定の領域に選択的に不純物元素を添加してもよい。
【0048】
また、第1のTFT及び第2のTFTの半導体活性層を形成する半導体膜は、連続発振のレーザ光を用いたレーザアニ−ルによって結晶化されてもよい。
【0049】
なお、図1では、2回の露光工程(第1の露光、第2の露光)によって、TFTのゲート電極を作り分ける工程について示したが、これに限定されない。本発明は、複数の露光工程を有し、それぞれの露光工程毎に、TFTのゲート電極を作り分ける工程に適用することが可能である。
【0050】
こうして、同一基板上に、それぞれが異なる特性を有する、または、デザインルールが異なる、複数のTFTを作り分けることが可能な、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【0051】
本発明によって、同一基板上に、様々な機能を有する回路を作製することが可能である。こうして、従来ICチップ等で外付けされていたような回路も同一基板上に作製し、装置を小型・軽量化することができる。また、より少ないマスク枚数で、異なる特性を有する、複数のTFTを作り分けることが可能であるため、工程数の増加を低減し、コストを低く抑えることができる。
【0052】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の半導体装置の作製方法の一例を、図2を用いて説明する。なお、本実施の形態1において示す作製工程例は、課題を解決するための手段において、図1(C)に示した例に相当する。特に、図1(C)における第1のTFTのゲート電極作製において、図1(D)に示したパターンの工程を用い、且つ、第1のTFTのゲート電極作製直後のドーピングを省略する例に相当する。
【0053】
図2(A)において、基板101は、石英基板、シリコン基板、金属基板又はステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いる。また本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いても良い。本実施の形態ではバリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等のガラスからなる基板101を用いる。
【0054】
次いで、基板101上に酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜(図示せず)を形成する。下地膜は、前記絶縁膜の単層構造でも前記絶縁膜を2層以上積層させた構造であっても良い。
【0055】
本実施の形態では、下地膜の1層目として、プラズマCVD法を用いてSiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される窒化酸化珪素膜を10〜200nm(好ましくは50〜100nm)の厚さに形成する。本実施の形態では、窒化酸化珪素膜を50nmの厚さに形成する。次いで下地膜の2層目として、プラズマCVD法を用いてSiH4及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに形成する。本実施の形態では、酸化窒化珪素膜を100nmの厚さに形成する。
【0056】
続いて下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで半導体膜を成膜する。次いで前記半導体膜を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等)を用いて結晶化させる。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせてもよい。例えば、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法を行った後、レーザ結晶化法を行っても良い。
【0057】
そして、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層(半導体活性層)102a〜102dを形成する。なお前記半導体層として、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜、又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜等を用いることができる。
【0058】
本実施の形態では、プラズマCVD法を用いて、膜厚55nmの非晶質珪素膜を成膜する。そして、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行なった後、熱結晶化(550℃、4時間)を行なって結晶質珪素膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって島状の半導体層102a〜102dを形成する。
【0059】
なおレーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合のレーザは、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いることができる。また後者の固体レーザとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶を使ったレーザを用いることができる。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。なお非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用する。
【0060】
また出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換する。さらに、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【0061】
また上記のレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光して半導体膜に照射すると良い。結晶化の条件は適宜設定されるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜700mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とすると良い。またYAGレーザを用いる場合には、その第2高調波を用いてパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜1000mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm(好ましくは幅400μm)で線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜98%としても良い。
【0062】
しかしながら本実施の形態では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行なったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に50〜100nmの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理(RTA法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行なって、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行なって除去する。その結果、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。
【0063】
なお島状の半導体層102a〜102dを形成した後、微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行なってもよい。こうして、チャネル領域となる領域にも微量な不純物元素を添加して、TFTのしきい値を制御することが可能である。
【0064】
次いで、半導体層102a〜102dを覆うゲート絶縁膜103を形成する。ゲート絶縁膜103はプラズマCVD法やスパッタ法を用いて、膜厚を40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜103としてプラズマCVD法により酸化窒化珪素膜を115nmの厚さに形成する。勿論、ゲート絶縁膜103は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。なおゲート絶縁膜103として酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)、電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成しても良い。上記の工程により作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによって、ゲート絶縁膜103として良好な特性を得ることができる。
【0065】
ここで、ゲート電極を形成する前に半導体層102a〜102dの特定の領域に不純物元素をドーピングしておいても良い。この際形成された不純物領域と重ねてゲート電極を形成することによって、Lov領域等を形成することが可能である。なお、半導体層102a〜102dに不純物元素をドーピングする際は、ゲート絶縁膜103とは別の絶縁膜(ドープ用絶縁膜と表記)を形成しておいてもよい。この場合、上記ドーピング処理が終了した後、ドープ用絶縁膜は除去する。
【0066】
次いで、第1の導電膜104aをTaNで20〜100nmの厚さに形成し、第2の導電膜104bをWで100〜400nmの厚さに形成する。こうして、2層の積層構造を有するゲートメタルを形成する。本実施の形態では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜104aと、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜104bを積層形成する。
【0067】
本実施の形態では、第1の導電膜104aであるTaN膜は、Taのターゲットを用いて、窒素を含む雰囲気内でスパッタ法で形成する。また第2の導電膜104bであるW膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施の形態では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現する。
【0068】
なお本実施の形態では、第1の導電膜104aをTaN膜、第2の導電膜104bをW膜とするが、第1の導電膜104a及び第2の導電膜104bを構成する材料は特に限定されない。第1の導電膜104a及び第2の導電膜104bは、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選択された元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やAgPdCu合金で形成してもよい。
【0069】
次に、レジスト105を成膜する。レジスト105の成膜法としては、塗布法を用いることができる。なお、塗布法には、スピンコータやロールコータを用いればよい。レジスト105は、ポジ型、ネガ型の何れも使用可能であり、露光の際に用いる光源に応じて選択できる。
【0070】
次いで図2(B)に示すように、レジスト105を露光(第1の露光)して、レジストマスク108、109及び185を形成し、ゲート電極を作製するための第1のエッチング処理(ゲートメタルエッチング1)を行う。本実施の形態では、第1のエッチング処理のエッチングの手法として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2を混合し、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)にも100WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合にはW膜及びTa膜とも同程度にエッチングされる。
【0071】
ただし、半導体層102c、102d上に形成された第1の導電膜104aと第2の導電膜104bの部分は、レジストマスク185で覆われているため、エッチングされない。
【0072】
上記エッチング条件では、レジストマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果によって第1の導電層106a、107a及び第2の導電層106b、107bの端部がテーパー形状となる。ここで、テーパー形状を有する部分(テーパー部)の角度(テーパー角)とは、基板101表面(水平面)とテーパー部の傾斜部とのなす角度として定義する。エッチング条件を適宜選択することによって、第1の導電層及び第2の導電層のテーパー部の角度を15〜45°とすることができる。ゲート絶縁膜103上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化珪素膜が露出した面は20〜50nm程度エッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層106、107(第1の導電層106a、107aと第2の導電層106b、107b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜103においては、露出した領域が20〜50nm程度エッチングされ、薄くなった領域が形成される。
【0073】
そして、第1のドーピング処理(ドーピング1)を行いN型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100kVとして行う。N型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、第1の形状の導電層106、107(第1の導電層106a、107aと第2の導電層106b、107b)がN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、自己整合的に第1の不純物領域110a、110b、111a、111bが形成される。第1の不純物領域110a、110b、111a、111bには1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加する。
【0074】
次に、図2(C)に示すように、レジストマスクは除去しないまま、第2のエッチング処理(ゲートメタルエッチング2)を行う。エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。こうして、第2のエッチング処理により第2の形状の導電層412、413(第1の導電層412a、413aと第2の導電層412b、413b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜103においては、露出した領域はさらに20〜50nm程度エッチングされ薄くなる。
【0075】
W膜やTa膜のCF4とCl2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することが出来る。WとTaのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Wのフッ化物であるWF6が極端に高く、その他のWCl5、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、CF4とCl2の混合ガスではW膜及びTa膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加するとCF4とO2が反応してCOとFになり、FラジカルまたはFイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一方、TaはFが増大しても相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすいので、O2を添加することでTaの表面が酸化される。Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにTa膜のエッチング速度は低下する。従って、W膜とTa膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となり、W膜のエッチング速度をTa膜よりも大きくすることが可能となる。
【0076】
そして、第2のドーピング処理(ドーピング2)を行う。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて、高い加速電圧の条件としてN型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120kVとし、1×1013atoms/cm2のドーズ量で行い、図2(B)で島状半導体層に形成された第1の不純物領域110a、110b、111a、111bの内側に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の導電層412b、413bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層412a、413aの下側の領域の半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第2の不純物領域416a、416b、418a、418bが形成される。この第2の不純物領域416a、416b、418a、418bに添加されたリン(P)の濃度は、第1の導電層412a、413aのテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第1の導電層412a、413aのテーパー部と重なる半導体層において、第1の導電層412a、413aのテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。
【0077】
続いて、図2(D)に示すように第3のエッチング処理(ゲートメタルエッチング3)を行う。エッチングガスにCHF6を用い、反応性イオンエッチング法(RIE法)を用いて行う。第3のエッチング処理により、第1の導電層412a、413aのテーパー部を部分的にエッチングして、第1の導電層と半導体層との重なる領域が縮小される。第3のエッチング処理によって、第3の形状の導電層112、113(第1の導電層112a、113aと第2の導電層112b、113b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜103においては、露出した領域がさらに20〜50nm程度エッチングされ薄くなる。第3のエッチング処理によって、第2の不純物領域416a、416b、418a、418bは、第1の導電層112a、113aと重なる第2の不純物領域117a、117b、119a、119bと、第1の不純物領域と第2の不純物領域との間の第3の不純物領域116a、116b、118a、118bとが形成される。
【0078】
次いで図2(E)に示すように、レジストマスク108、109、185を除去した後、新たにレジスト186を成膜する。レジスト186の成膜法としては、塗布法を用いることができる。なお、塗布法にはスピンコータやロールコータを用いればよい。レジスト186は、ポジ型、ネガ型の何れも使用可能であり、露光の際に用いる光源に応じて選択できる。なお、レジスト186は、第1の露光の際に用いたレジスト105と同じ材料であっても良いし、異なっていても良い。
【0079】
次いで、レジスト186を露光(第2の露光)し、レジストマスク123、124、187を形成する(図2(F))。なお、第2の露光における露光手段は、第1の露光と同じであっても良いし、異なっていてもよい。次いで、第4のエッチング処理(ゲートメタルエッチング4)を行う。こうして、ほぼ垂直な端部を有する第4の形状の導電層121、122(第1の導電層121a、122a、第2の導電層121b、122b)が形成される。なお、半導体層102a、102b上に形成された第3の形状の導電層112、113(第1の導電層112a、113a、第2の導電層112b、113b)の部分は、レジストマスク187で覆われているため、エッチングされない。
【0080】
この後、第3のドーピング処理(ドーピング3)を行う。第3のドーピング処理では、N型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100kVとして行う。N型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、レジストマスク123、124及び187をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、第4の不純物領域125a、125b、126a、126bが形成される。第4の不純物領域125a、125b、126a、126bには1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加される。なお、半導体層102a、102bは、レジストマスク187で覆われているため、第3のドーピング処理において、不純物元素は添加されない。
【0081】
なお、本実施の形態では、第4の不純物領域125a、125b、126a、126bへの不純物元素のドーピング(第3のドーピング処理)の条件を、第1の不純物領域110a、110b、111a、111bへの不純物元素のドーピング(第1のドーピング処理)の条件と同じにする。しかしこれに限定されない。第1のドーピング処理と、第3のドーピング処理とでは、条件が異なっていてもよい。
【0082】
次いで、図2(G)に示すように、レジストマスク187、123、124を除去した後、新たにレジストマスク127及び128を形成し、第4のドーピング処理(ドーピング4)を行う。第4のドーピング処理では、P型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。Pチャネル型TFTを形成する島状半導体層102b及び102dに、P型の不純物元素が添加された第4の不純物領域190a、190b、191a、191b、129a、129bを形成する。この際、第3の形状の導電層113b及び第4の形状の導電層122を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。なお、Nチャネル型TFTを形成する島状半導体層102a、102cはレジストマスク127及び128で全面を被覆しておく。
【0083】
なお、第1のドーピング処理、第2のドーピング処理、第3のドーピング処理によって、第4の不純物領域190a、190b、191a、191b、129a、129bにはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし、ジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法により、そのいずれの領域においてもP型を付与する不純物元素を添加する。この際、第4の不純物領域190a、190b、191a、191bのP型を付与する不純物元素の濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにする。こうして、第4の不純物領域190a、190b、191a、191bは、Pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能する。また、第4の不純物領域129a、129bは、Pチャネル型TFTのLov領域として問題なく機能する。
【0084】
以上の工程により、それぞれの半導体層102a〜102dに不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第3の形状の導電層112、113及び、第4の形状の導電層121、122がゲート電極として機能する。
【0085】
こうして図2(H)に示すように、Nチャネル型TFT71、Pチャネル型TFT72、Nチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74が形成される。
【0086】
Nチャネル型TFT71は、チャネル領域192、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域110a、110b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)117a、117b、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)116a、116bを有する。一方、Pチャネル型TFT72は、チャネル領域193、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域190a、190b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)129a、129bを有する。なお、Loff領域は有さない構造である。Nチャネル型TFT71及びPチャネル型TFT72のゲート電極は、テーパー形状の端部を有する。そのため、ゲート電極を小さくするには、不適当な形状のTFTである。しかし、Lov領域や、Loff領域を、ゲート電極の作製工程において、自己整合的に作製することが可能であるため、TFT作製における工程数を抑えることができる。こうして、工程数を低減して耐圧性の高いTFTを形成することが可能である。
【0087】
また、Nチャネル型TFT73は、チャネル領域194、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域125a、125bを有する。また、Pチャネル型TFT74は、チャネル領域195、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域191a、191bを有する。Nチャネル型TFT73及びPチャネル型TFT74は、シングルドレイン構造である。Nチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74を、Lov領域やLoff領域を有するTFTとする場合は、新たなマスクが必要となり、工程数が増えるといった問題がある。しかし、ゲート電極の端部を垂直にエッチングするため、微細化が可能である。
【0088】
例えば、Nチャネル型TFT71、Pチャネル型TFT72によって、耐圧性が要求される回路を作製し、Nチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74によって、微細化が要求される回路を作製することができる。
【0089】
なお、第1の露光の工程において用いる露光手段と、第2の露光の工程において用いる露光手段とは、同じとすることもできるし、異ならせることも可能である。ここで、一般に、露光に用いる放射エネルギー源の、波長が短いほど、露光の際の解像度は高くなる。そこで例えば、Nチャネル型TFT71、Pチャネル型TFT72に対して、Nチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74の方が微細化を求められる場合、第1の露光の工程に用いる光の波長に対して、第2の露光の工程に用いる光の波長は、短いものにする。
【0090】
また、第1の露光の工程に用いる露光装置と、第2の露光の工程に用いる露光装置とは、同じにすることもできるし異ならせることも可能である。
【0091】
例えば、Nチャネル型TFT71、Pチャネル型TFT72に対してNチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74の方が微細化を求められる場合、第1の露光の工程では、MPAを用いて露光を行い、第2の露光の工程では、ステッパーを用いて露光を行う。ここで一般に、MPAでは、一度に大きな範囲を露光することが可能であるため、半導体装置の生産性において有利である。一方ステッパーでは、レクチル上のパターンを光学系で投影し、基板側ステージを動作及び停止(ステップ・アンド・リピート)することによって、レジストにパターンを露光する。MPAと比較して、一度に大きな範囲を露光することができないが、ライン・アンド・スペース(L&S)の解像度(以下、解像度はL&Sの解像度をいう)を高くすることが可能である。
【0092】
また別の例としては、Nチャネル型TFT71、Pチャネル型TFT72に対してNチャネル型TFT73、Pチャネル型TFT74の方が微細化を求められる場合、第1の露光の工程では、レクチル上のパターンを光学系でレジストに投影する際の縮小率の小さなステッパーを用い、第2の露光の工程では、レクチル上のパターンを光学系でレジストに投影する際の縮小率の大きなステッパーを用いて露光を行う。なお、ステッパーの縮小率とは、レクチル上のパターンを、1/N(Nは整数)倍してレジスト上に投影した際のNを示すものとする。ここで一般に、レクチル上のパターンを光学系でレジストに投影する際の縮小率の大きなステッパーは、一度に露光可能な範囲は狭いが解像度が高い。一方、レクチル上のパターンを光学系でレジストに投影する際の縮小率の小さなステッパーは、一度に露光可能な範囲は広いが解像度が低い。
【0093】
上記の様に、第1の露光の工程と第2の露光の工程において露光手段を変えることによって、高い生産性を有し、且つ、特性の良いTFTを有する半導体装置を作製することが可能である。なお、第1の露光及び第2の露光工程において用いる露光手段(露光条件及び露光装置)は、上記に限定されない。公知の露光手段を自由に用いることが可能である。また、第1の露光工程、第2の露光工程それぞれは、複数の露光手段を用いて行っても良い。
【0094】
なお、本実施の形態では、シングルゲート型のTFTの作製工程を示したが、ダブルゲート構造や、それ以上のゲート数を有するマルチゲート構造でも構わない。
【0095】
なお、本実施の形態では、トップゲート型のTFTを示し、その作製工程を示した。しかし、本発明の半導体装置の作製方法は、デュアルゲート型のTFTに対しても適用することが可能である。なお、デュアルゲート型のTFTとは、チャネル領域の上に絶縁膜を介して重なるゲート電極と、当該チャネル領域の下に絶縁膜を介して重なるゲート電極とを有するTFTである。
【0096】
また、本発明の半導体装置の作製方法を用いれば、ゲートメタルを用いて形成される、TFT以外の素子の電極や配線等の形状の自由度も増やすことが可能である。
【0097】
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1とは異なる本発明の半導体装置の作製方法の一例を、図3を用いて説明する。なお、本実施の形態2において示す作製工程例は、課題を解決するための手段において、図1(C)に示した例に相当する。
【0098】
図3(A)において、基板201は、石英基板、シリコン基板、金属基板又はステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いる。また本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いても良い。本実施の形態ではバリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等のガラスからなる基板201を用いる。次いで、基板201上に酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜(図示せず)を形成する。下地膜は、前記絶縁膜の単層構造でも前記絶縁膜を2層以上積層させた構造であっても良い。本実施の形態では、下地膜の1層目として、プラズマCVD法を用いて、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される窒化酸化珪素膜を10〜200nm(好ましくは50〜100nm)の厚さに形成する。本実施の形態では、窒化酸化珪素膜を50nmの厚さに形成する。次いで下地膜の2層目として、プラズマCVD法を用いて、SiH4及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに形成する。本実施の形態では、酸化窒化珪素膜を100nmの厚さに形成する。
【0099】
続いて、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで半導体膜を成膜する。次いで前記半導体膜を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等)を用いて結晶化させる。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせてもよい。例えば、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法を行った後、レーザ結晶化法を行っても良い。
【0100】
そして、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層(半導体活性層)202a〜202eを形成する。なお前記半導体層として、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜、又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜等を用いることができる。本実施の形態では、プラズマCVD法を用いて、膜厚55nmの非晶質珪素膜を成膜する。そして、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行なった後、熱結晶化(550℃、4時間)を行なって結晶質珪素膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって島状の半導体層202a〜202eを形成する。
【0101】
なおレーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合のレーザは、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いることができる。また後者の固体レーザとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶を使ったレーザを用いることができる。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。なお非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用する。
【0102】
また出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換する。さらに、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【0103】
また上記のレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光して、半導体膜に照射すると良い。結晶化の条件は適宜設定されるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜700mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とすると良い。またYAGレーザを用いる場合には、その第2高調波を用いてパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜1000mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm(好ましくは幅400μm)で線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜98%としても良い。
【0104】
しかしながら本実施の形態では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行なったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に50〜100nmの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理(RTA法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行なって、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行なって除去する。その結果、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。
【0105】
なお島状の半導体層202a〜202eを形成した後、微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行なってもよい。こうして、チャネル領域となる領域にも微量な不純物元素を添加して、TFTのしきい値を制御することが可能である。
【0106】
次いで、半導体層202a〜202eを覆うゲート絶縁膜203を形成する。ゲート絶縁膜203はプラズマCVD法やスパッタ法を用いて、膜厚を40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜203としてプラズマCVD法により酸化窒化珪素膜を115nmの厚さに形成する。勿論、ゲート絶縁膜203は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。なおゲート絶縁膜203として酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成しても良い。上記の工程により作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによって、ゲート絶縁膜203として良好な特性を得ることができる。
【0107】
ここで、ゲート電極を作製する前に半導体層202a〜202eの特定の領域に不純物元素をドーピングしておいても良い。この際形成された不純物領域と重ねてゲート電極を作製することによって、Lov領域等を形成することが可能である。なお、半導体層202a〜202eに不純物元素をドーピングする際は、ゲート絶縁膜203とは別の絶縁膜(ドープ用絶縁膜と表記)を形成しておいてもよい。この場合、上記ドーピング処理が終了した後、ドープ用絶縁膜を除去する。
【0108】
次いで、第1の導電膜204aをTaNで20〜100nmの厚さに形成し、第2の導電膜204bをWで100〜400nmの厚さに形成する。本実施の形態では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜204aと、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜204bを積層形成する。本実施の形態では、第1の導電膜204aであるTaN膜は、Taのターゲットを用いて窒素を含む雰囲気内でスパッタ法で形成する。また第2の導電膜204bであるW膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って本実施の形態では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができた。
【0109】
なお本実施の形態では、第1の導電膜204aをTaN膜、第2の導電膜204bをW膜としたが、第1の導電膜204a及び第2の導電膜204bを構成する材料は特に限定されない。第1の導電膜204a及び第2の導電膜204bは、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選択された元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やAgPdCu合金で形成してもよい。
【0110】
次に、レジスト205を成膜する。レジスト205の成膜法としては、塗布法を用いることができる。なお、塗布法には、スピンコータやロールコータを用いればよい。レジスト205は、ポジ型、ネガ型の何れも使用可能であり、露光の際に用いる光源に応じて選択できる。
【0111】
次いで、レジスト205を露光(第1の露光)して、レジストマスク209、210、211及び285を形成し、ゲート電極を作製するための第1のエッチング処理(ゲートメタルエッチング1)を行う(図3(B))。第1のエッチング処理では、第1及び第2のエッチング条件で行なう。本実施の形態では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25:25:10(sccm)とし、1.0Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。そして第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第2の導電層204bの端部をテーパー形状とする。続いて、レジストマスク209、210、211を除去せずに第2のエッチング条件に変更し、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30:30(sccm)とし、1.0Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して15秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第2のエッチング条件では第1の導電層204a及び第2の導電層204bとも同程度にエッチングを行う。なお、ゲート絶縁膜203上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。上記の第1のエッチング処理では、レジストマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果によって、第1の導電層204a及び第2の導電層204bの端部がテーパー形状となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の形状の導電層206、207、208(第1の導電層206a、207a、208a、第2の導電層206b、207b、208b)を形成する。ゲート絶縁膜203においては、露出した領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなる。
【0112】
次いで図3(C)に示すように、レジストマスク209、210、211、285を除去せずに第2のエッチング処理(ゲートメタルエッチング2)を行なう。第2のエッチング処理では、エッチングガスにSF6とCl2とO2を用い、それぞれのガス流量比を24:12:24(sccm)とし、1.3Paの圧力でコイル側の電力に700WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して25秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。こうして、W膜を選択的にエッチングして、第2の形状の導電層212〜214(第1の導電層212a〜214a、第2の導電層212b〜214b)を形成する。このとき、第1の導電層206a〜208aはほとんどエッチングされない。また、半導体層202d、202e上に形成された第1の導電膜204aと第2の導電膜204bの部分は、レジストマスク285で覆われているため、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理を通して、エッチングされない。
【0113】
そして、レジストマスク209、210、211を除去せずに第1のドーピング処理(ドーピング1)を行い、半導体層202a〜202cにN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を40〜80kVとして行なう。本実施の形態ではドーズ量を5.0×1013atoms/cm2とし、加速電圧を50kVとして行う。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)を用いられるが、本実施の形態ではリン(P)を用いる。この場合、第2の形状の導電層212〜214をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、自己整合的に第1の不純物領域218a、218b、219a、219b、220a、220bを形成する。そして第1の不純物領域218a、218b、219a、219b、220a、220bには1×1018〜1×1020atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加される。
【0114】
続いて図3(D)に示すように、レジストマスク209、210、211、285を除去した後、新たにレジストマスク221、239、240を形成する。第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理(ドーピング2)を行なう。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜3×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜120kVとして行なう。本実施の形態では、ドーズ量を3.0×1015atoms/cm2とし、加速電圧を65kVとして行う。第2のドーピング処理は第2の導電層213bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層213aのテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。ここで第2のドーピング処理の際は、Pチャネル型TFTとなる半導体層202cを覆うように、レジストマスク239は形成される。なお、レジストマスク240は、必ずしも必要ない。
【0115】
上記の第2のドーピング処理を行った結果、第1の導電層213aと重なる第2の不純物領域(Lov領域)225a、225bには1×1018〜5×1019atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加される。また第3の不純物領域222a、222b、224a、224bには1×1019〜5×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加される。また前記第1のドーピング処理により形成された第1の不純物領域218a、218bのうち、第2のドーピング処理においてレジスト221で覆われていた領域223a、223bが存在するが、引き続き第1の不純物領域とよぶ。
【0116】
なお本実施の形態では、第2のドーピング処理のみにより、第2の不純物領域225a、225b及び第3の不純物領域222a、222b、224a、224bを形成するが、これに限定されない。ドーピング処理を行なう条件を適宜変えて、複数回のドーピング処理で形成しても良い。
【0117】
次いで図3(E)に示すように、レジストマスク221、239、240を除去した後、新たにレジスト286を成膜する。レジスト286の成膜法としては、塗布法を用いることができる。なお、塗布法には、スピンコータやロールコータを用いればよい。レジスト286は、ポジ型、ネガ型の何れも使用可能であり、露光の際に用いる光源に応じて選択できる。なお、レジスト286は、第1の露光の際に用いたレジスト205と同じ材料であっても良いし、異なっていても良い。
【0118】
次いで、レジスト286を露光(第2の露光)し、レジストマスク230、231、287を形成する(図3(F))。なお、第2の露光における露光手段は、第1の露光と同じであっても良いし、異なっていてもよい。こうして、第3のエッチング処理(ゲートメタルエッチング3)を行う。こうして、ほぼ垂直な端部を有する第3の形状の導電層228、229(第1の導電層228a、229a、第2の導電層228b、229b)が形成される。なお、半導体層202a、202b、202c上に形成された第2の形状の導電層212、213、214(第1の導電層212a、213a、214a、第2の導電層212b、213b、214b)の部分は、レジストマスク287で覆われているためエッチングされない。
【0119】
この後、第3のドーピング処理(ドーピング3)を行う。第3のドーピング処理では、N型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100kVとして行う。N型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、レジストマスク230、231、287をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、第4の不純物領域232a、232b、233a、233bが形成される。第4の不純物領域232a、232b、233a、233bには1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加する。なお、半導体層202a〜202cは、レジストマスク287で覆われているため、第3のドーピング処理において、不純物元素は添加されない。
【0120】
次いで、図3(G)に示すように、第4のドーピング処理(ドーピング4)を行う。第4のドーピング処理では、P型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。Pチャネル型TFTを形成する島状半導体層202c及び202eに、P型の不純物元素が添加された第5の不純物領域235a、235b、238a、238b及び第6の不純物領域236a、236bを形成する。この際、第2の形状の導電層214b及び第3の形状の導電層229を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。本実施の形態では、ジボラン(B2H6)によるイオンドープ法を用いる。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を1×1016atoms/cm2とし、加速電圧を80kVとする。こうして、第2の形状の導電層214aに重なる半導体活性層の領域236a、236bにも、第2の形状の導電層214aを介してP型の不純物元素を添加することができる。ここで、第6の不純物領域236a、236bに添加されるP型不純物元素の濃度は、第5の不純物領域235a、235bに添加されるP型不純物元素の濃度と比較して、小さくすることができる。なお第4のドーピング処理の際、Nチャネル型TFTを形成する島状半導体層202a、202b、202dはレジストマスク234及び237で全面を被覆しておく。なお、第1のドーピング処理、第2のドーピング処理、第3のドーピング処理によって、第5の不純物領域235a、235b、238a、238bにはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、P型を付与する元素を高濃度で付与することによって、第5の不純物領域235a、235b、238a、238bは、Pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能する。
【0121】
以上の工程により、それぞれの半導体層202a〜202eに不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第2の形状の導電層212、213、214及び、第3の形状の導電層228、229がゲート電極として機能する。
【0122】
こうして図3(H)に示すように、Nチャネル型TFT61、Nチャネル型TFT62、Pチャネル型TFT63、Nチャネル型TFT64、Pチャネル型TFT65が形成される。
【0123】
Nチャネル型TFT61は、チャネル領域292、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域222a、222b、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)223a、223bを有する。Nチャネル型TFT62は、チャネル領域293、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域224a、224b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)225a、225bを有する。一方、Pチャネル型TFT63は、チャネル領域294、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域235a、235b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)236a、236bを有する。Nチャネル型TFT61、Nチャネル型TFT62及びPチャネル型TFT63のゲート電極は、テーパー形状の端部を有する。そのため、ゲート電極を小さくするには不適当な形状のTFTである。しかし、Lov領域や、Loff領域を、ゲート電極の作製工程において、自己整合的に作製することが可能であるため、TFT作製における工程数を抑えることができる。こうして、工程数を低減して耐圧性の高いTFTを形成することが可能である。
【0124】
また、Nチャネル型TFT64は、チャネル領域295、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域232a、232bを有する。また、Pチャネル型TFT65は、チャネル領域296、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域238a、238bを有する。Nチャネル型TFT64及びPチャネル型TFT65は、シングルドレイン構造である。Nチャネル型TFT64、Pチャネル型TFT65は、Lov領域やLoff領域を有するTFTとする場合は新たなマスクが必要となり、工程数が増えるといった問題がある。しかし、ゲート電極の端部を垂直にエッチングするため、微細化が可能である。
【0125】
なお、Nチャネル型TFT61、Nチャネル型TFT62、Pチャネル型TFT63、Nチャネル型TFT64、Pチャネル型TFT65それぞれのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様であるので、ここでは説明は省略する。
【0126】
例えば、Nチャネル型TFT61、Nチャネル型TFT62、Pチャネル型TFT63によって、耐圧性が要求される回路を作製し、Nチャネル型TFT64、Pチャネル型TFT65によって、微細化が要求される回路を作製することができる。このとき、それぞれのTFTのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様とすることができる。
【0127】
なお、本実施の形態では、シングルゲート型のTFTの作製工程を示したが、ダブルゲート構造や、それ以上のゲート数を有するマルチゲート構造でも構わない。また、本実施の形態では、トップゲート型のTFTを示し、その作製工程を示した。しかし、本発明の半導体装置の作製方法は、デュアルゲート型のTFTに対しても適用することが可能である。
【0128】
また、本発明の半導体装置の作製方法を用いれば、ゲートメタルを用いて形成される、TFT以外の素子の電極や配線等の形状の自由度も増やすことが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1や実施の形態2とは異なる本発明の半導体装置の作製方法の一例を、図4を用いて説明する。なお、本実施の形態3において示す作製工程例は、課題を解決するための手段において図1(B)に示した例に相当する。なお、ゲートメタルエッチング2までの工程は、実施の形態2において図3を用いて説明した工程と同様であるので、同じ部分は同じ符号を用いて示し、説明は省略する。
【0129】
実施の形態2の工程に従い、図4(C)まで作製する。次いで図4(D)に示すように、レジストマスク209〜211、285を除去し、新たにレジストを成膜して露光(第2の露光)し、レジストマスク330、331、388を形成する。なお、第2の露光における露光手段は、第1の露光と同じであっても良いし異なっていてもよい。こうして、第3のエッチング処理(ゲートメタルエッチング3)を行う。こうして、ほぼ垂直な端部を有する第3の形状の導電層328、329(第1の導電層328a、329a、第2の導電層328b、329b)が形成される。なお、半導体層202a、202b、202c上に形成された第2の形状の導電層212、213、214(第1の導電層212a、213a、214a、第2の導電層212b、213b、214b)の部分は、レジストマスク388で覆われているためエッチングされない。
【0130】
この後図4(E)に示すように、レジストマスク330、331、388を除去した後、第1のドーピング処理(ドーピング1)を行い、半導体層202a〜202eにN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を40〜80kVとして行なう。本実施の形態ではドーズ量を5.0×1013atoms/cm2とし、加速電圧を50kVとして行う。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)が用いられるが、本実施の形態ではリン(P)を用いる。この場合、第2の形状の導電層212〜214及び第3の形状の導電層328、329をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、自己整合的に第1の不純物領域318a、318b、319a、319b、320a、320b、1220a、1220b、1221a、1221bを形成する。そして第1の不純物領域318a、318b、319a、319b、320a、320b、1220a、1220b、1221a、1221bには1×1018〜1×1020atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加される。
【0131】
続いて図4(F)に示すように、新たにレジストマスク321、327、333を形成する。第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理(ドーピング2)を行なう。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜3×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜120kVとして行なう。本実施の形態では、ドーズ量を3.0×1015atoms/cm2とし加速電圧を65kVとして行う。第2のドーピング処理は第2の形状の導電層213b及び第3の形状の導電層328を不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層213aのテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。なお、第2のドーピング処理の際は、Pチャネル型TFTとなる半導体層202c及び202eを覆うように、レジストマスク327、333が形成されている。
【0132】
上記の第2のドーピング処理を行った結果、第1の導電層213aと重なる第2の不純物領域325a、325bには1×1018〜5×1019atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加される。また第3の不純物領域322a、322b、324a、324b、332a、332bには1×1019〜5×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加される。また前記第1のドーピング処理により形成された第1の不純物領域318a、318bのうち、第2のドーピング処理においてレジスト321で覆われていた領域323a、323bが存在するが、引き続き第1の不純物領域とよぶ。
【0133】
なお本実施の形態では、第2のドーピング処理のみにより第2の不純物領域325a、325b及び第3の不純物領域322a、322b、324a、324b、332a、332bを形成したが、これに限定されない。ドーピング処理を行なう条件を適宜変えて、複数回のドーピング処理で形成しても良い。
【0134】
次いで図4(G)に示すように、レジストマスク321、327、333を除去した後、新たにレジストマスク334及び337を成膜する。次いで、第3のドーピング処理(ドーピング3)を行う。第3のドーピング処理では、P型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。Pチャネル型TFTを形成する島状半導体層202c及び202eに、P型の不純物元素が添加された第4の不純物領域335a、335b、338a、338b及び第5の不純物領域336a、336bを形成する。この際、第2の形状の導電層214b及び第3の形状の導電層329を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。本実施の形態では、ジボラン(B2H6)によるイオンドープ法を用いる。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を1×1016atoms/cm2とし、加速電圧を80kVとする。こうして、第2の形状の導電層214aに重なる半導体活性層の領域336a、336bにも、第2の形状の導電層214aを介してP型の不純物元素を添加することができる。ここで、第5の不純物領域336a、336bに添加されたP型不純物元素の濃度は、第4の不純物領域335a、335bに添加されたP型不純物元素の濃度と比較して、小さくすることができる。なお第3のドーピング処理の際、Nチャネル型TFTを形成する島状半導体層202a、202b、202dはレジストマスク334及び337で全面を被覆しておく。なお、第1のドーピング処理、第2のドーピング処理、第3のドーピング処理によって、第4の不純物領域335a、335b、338a、338bにはリンが添加されているが、P型を付与する元素を高濃度で付与することによって、第4の不純物領域335a、335b、338a、338bは、Pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能する。
【0135】
以上の工程により、それぞれの半導体層202a〜202eに不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第2の形状の導電層212、213、214及び、第3の形状の導電層328、329がゲート電極として機能する。
【0136】
こうして図4(H)に示すように、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365が形成される。
【0137】
Nチャネル型TFT361は、チャネル領域392、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域322a、322b、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)323a、323bを有する。Nチャネル型TFT362は、チャネル領域393、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域324a、324b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)325a、325bを有する。一方、Pチャネル型TFT363は、チャネル領域394、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域335a、335b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)336a、336bを有する。Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362及びPチャネル型TFT363のゲート電極は、テーパー形状の端部を有する。そのため、ゲート電極を小さくするには不適当な形状のTFTである。しかし、Lov領域やLoff領域を、ゲート電極の作製工程において自己整合的に作製することが可能であるため、TFT作製における工程数を抑えることができる。こうして、工程数を低減して耐圧性の高いTFTを形成することが可能である。
【0138】
また、Nチャネル型TFT364は、チャネル領域395、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域332a、332bを有する。Pチャネル型TFT365は、チャネル領域396、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域338a、338bを有する。Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365は、シングルドレイン構造である。Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365は、Lov領域やLoff領域を作製する場合は、新たなマスクが必要となり、工程数が増えるといった問題がある。しかし、ゲート電極の端部を垂直にエッチングしてもかまわない工程を用いて作製されるため、微細化が可能である。
【0139】
なお、本実施の形態3において、図4(F)に示した工程では、第3の形状の導電層328及び、第3の形状の導電層328周辺部分のみを覆うレジストマスクを、レジストマスク321、327、333と同時に形成することによって、工程数を増やさないでNチャネル型TFT364にLoff領域を形成することも可能である。
【0140】
なお、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365それぞれのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様であるので、ここでは説明は省略する。
【0141】
例えば、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363によって、耐圧性が要求される回路を作製し、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365によって、微細化が要求される回路を作製することができる。このとき、それぞれのTFTのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様とすることができる。
【0142】
なお、本実施の形態では、シングルゲート型のTFTの作製工程を示したが、ダブルゲート構造や、それ以上のゲート数を有するマルチゲート構造でも構わない。また、本実施の形態では、トップゲート型のTFTを示し、その作製工程を示した。しかし、本発明の半導体装置の作製方法は、デュアルゲート型のTFTに対しても適用することが可能である。
【0143】
また、本発明の半導体装置の作製方法を用いれば、ゲートメタルを用いて形成される、TFT以外の素子の電極や配線等の形状の自由度も増やすことが可能である。
【0144】
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態3とは異なる本発明の半導体装置の作製方法の一例を、図25を用いて説明する。なお、本実施の形態4において示す作製工程例は、課題を解決するための手段において図1(B)に示した例に相当する。なお、ゲートメタルエッチング3までの工程は、実施の形態3において図4を用いて説明した工程と同様であるので、説明は省略する。
【0145】
実施の形態3の工程に従い、図25(D)まで作製する。次いで図25(E)に示すように、レジストマスク330、331、388を除去し、新たなレジストマスク8000を形成する。レジストマスク8000によって、Pチャネル型TFTとなる半導体層202eが覆われている。第1のドーピング処理(ドーピング1)を行い、半導体層202a〜202dにN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)が用いられるが、本実施の形態ではリン(P)を用いる。この場合、第2の形状の導電層212〜214及び第3の形状の導電層328をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、第1の不純物領域8318a、8318b、8319a、8319b、8320a、8320b、8220a、8220bを形成する。第1の不純物領域8318a、8318b、8319a、8319b、8320a、8320b、8220a、8220bにはN型を付与する不純物元素が添加される。
【0146】
続いて図25(F)に示すように、レジストマスク8000を除去した後、新たにレジストマスク9101、9102を形成する。第2のドーピング処理(ドーピング2)を行い、半導体層202eにP型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第2のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。本実施の形態では、ジボラン(B2H6)によるイオンドープ法を用いる。こうして、第3の形状の導電層329がP型を付与するマスクとして、第2の不純物領域8221a、8221bを形成する。第2の不純物領域8221a、8221bにはP型の不純物元素が添加される。
【0147】
次いで図25(G)に示すように、レジストマスク9101、9102を除去した後、レジストマスク9321、9327、9003、9333を形成する。その後、N型を付与する不純物元素を添加する、第3のドーピング処理(ドーピング3)を行う。第3のドーピング処理(ドーピング3)では、第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で行なう。第3のドーピング処理は第2の形状の導電層213bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層213aのテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。なお、第3のドーピング処理の際は、Pチャネル型TFTとなる半導体層202c及び202eを覆うように、レジストマスク9327、9333が形成されている。また、第1の不純物領域8318a、8318bの一部及び第2の形状の導電層212を覆うようにレジストマスク9321が形成されている。第1の不純物領域8220a、8220bの一部及び第3の形状の導電層328を覆うようにレジストマスク9003が形成されている。レジストマスク9321に覆われない第1の不純物領域8318a、8318b及び、レジストマスク9003に覆われない第1の不純物領域8220a、8220bには、第3のドーピング工程によってN型の不純物元素が添加される。なお、第1の不純物領域8318a、8318b、8220a、8220bのうち、第3のドーピング処理においてレジスト9321、9003で覆われていた領域9323a、9323b、9004a、9004bが存在するが、引き続き第1の不純物領域とよぶ。また、第2の形状の導電層213bと重ならない第2の形状の導電層213aの下部にも、N型を付与する不純物元素が添加されるように、第3のドーピング処理における条件(加速電圧等)を設定する。第2の形状の導電層213aを介して添加された不純物元素の濃度は、第2の形状の導電層213aを介さず添加された不純物元素の濃度より低くすることが可能である。こうして、高濃度にN型を付与する不純物元素を添加された第3の不純物領域9322a、9322b、9324a、9324b、9332a、9332bと、低濃度でN型を付与する不純物元素が添加された9323a、9323b、9325a、9325b、9004a、9004bを形成する。
【0148】
次いで図25(H)に示すように、レジストマスク9321、9327、9003、9333を除去した後、レジストマスク9334、9337、9005を形成する。その後、P型を付与する不純物元素を添加する、第4のドーピング処理(ドーピング4)を行う。第4のドーピング処理(ドーピング4)では、第2のドーピング処理よりも高い加速電圧で行なう。第4のドーピング処理は第2の形状の導電層214bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層214aのテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。なお、第4のドーピング処理の際は、Nチャネル型TFTとなる半導体層202a、202b及び202dを覆うように、レジストマスク9334、9337が形成されている。また、第2の不純物領域8221a、8221bの一部及び第3の形状の導電層329を覆うようにレジストマスク9005が形成されている。レジストマスク9005に覆われない第2の不純物領域8221a、8221bには、第4のドーピング工程によってP型の不純物元素が添加される。なお、第2の不純物領域8221a、8221bのうち、第4のドーピング処理においてレジスト9005で覆われていた領域9006a、9006bが存在するが、引き続き第2の不純物領域とよぶ。また、第2の形状の導電層214bと重ならない第2の形状の導電層214aの下部にも、P型を付与する不純物元素が添加されるように、第4のドーピング処理における条件(加速電圧等)を設定する。第2の形状の導電層214aを介して添加される不純物元素の濃度は、第2の形状の導電層214aを介さず添加される不純物元素の濃度より低くすることが可能である。こうして、高濃度にP型を付与する不純物元素を添加された第4の不純物領域9335a、9335b、9338a、9338bと、低濃度でP型を付与する不純物元素が添加された9336a、9336b、9006a、9006bを形成する。
【0149】
なお、第1のドーピング処理によって、第4の不純物領域9335a、9335bにはリンが添加されているが、P型を付与する元素を高濃度で付与することによって、第4の不純物領域9335a、9335bは、Pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能する。
【0150】
以上の工程により、それぞれの半導体層202a〜202eに不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第2の形状の導電層212、213、214及び、第3の形状の導電層328、329がゲート電極として機能する。
【0151】
こうして図25(I)に示すように、Nチャネル型TFT9361、Nチャネル型TFT9362、Pチャネル型TFT9363、Nチャネル型TFT9364、Pチャネル型TFT9365が形成される。
【0152】
Nチャネル型TFT9361は、チャネル領域9392、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域9322a、9322b、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)9323a、9323bを有する。Nチャネル型TFT9362は、チャネル領域9393、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域9324a、9324b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)9325a、9325bを有する。一方、Pチャネル型TFT9363は、チャネル領域9394、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域9335a、9335b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)9336a、9336bを有する。Nチャネル型TFT9361、Nチャネル型TFT9362及びPチャネル型TFT9363のゲート電極は、テーパー形状の端部を有する。そのため、ゲート電極を小さくするには不適当な形状のTFTである。
【0153】
また、Nチャネル型TFT9364は、チャネル領域9395、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域9332a、9332bを有する。また、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)9004a、9004bを有する。Pチャネル型TFT9365は、チャネル領域9396、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域9338a、9338bを有する。また、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)9006a、9006bを有する。本実施の形態では、Nチャネル型TFT9364及びPチャネル型TFT9365にも、Loff領域を作製する工程を示した。
【0154】
Nチャネル型TFT9361、Nチャネル型TFT9362、Pチャネル型TFT9363、Nチャネル型TFT9364、Pチャネル型TFT9365それぞれのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様であるので、ここでは説明は省略する。
【0155】
なお、本実施の形態では、シングルゲート型のTFTの作製工程を示したが、ダブルゲート構造や、それ以上のゲート数を有するマルチゲート構造でも構わない。また、本実施の形態では、トップゲート型のTFTを示し、その作製工程を示した。しかし、本発明の半導体装置の作製方法は、デュアルゲート型のTFTに対しても適用することが可能である。
【0156】
また、本発明の半導体装置の作製方法を用いれば、ゲートメタルを用いて形成される、TFT以外の素子の電極や配線等の形状の自由度も増やすことが可能である。
【0157】
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態4とは異なる本発明の半導体装置の作製方法の一例を、図26を用いて説明する。なお、本実施の形態5において示す作製工程例は、課題を解決するための手段において図1(B)に示した例に相当する。なお、ゲートメタルエッチング3までの工程は、実施の形態4において図25を用いて説明した工程と同様であるので、説明は省略する。
【0158】
実施の形態4の工程に従い、図26(D)まで作製する。次いで図26(E)に示すように、レジストマスク330、331、388を除去し、新たなレジストマスク8000を形成する。レジストマスク8000によって、Pチャネル型TFTとなる半導体層202eが覆われている。第1のドーピング処理(ドーピング1)を行い、半導体層202a〜202dにN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)が用いられるが、本実施の形態ではリン(P)を用いる。この場合、第2の形状の導電層212〜214及び第3の形状の導電層328をN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、第1の不純物領域8318a、8318b、8319a、8319b、8320a、8320b、8220a、8220bを形成する。
【0159】
次いで図26(F)に示すように、レジストマスク8000を除去し、新たなレジストマスク8001、8002を形成する。レジストマスク8002によって、Pチャネル型TFTとなる半導体層202c、Nチャネル型TFTとなる半導体層202d、Pチャネル型TFTとなる半導体層202eが覆われている。また、レジストマスク8001によって、第1の不純物領域8318a、8318bの一部8323a、8323bが覆われている。第2のドーピング処理(ドーピング2)を行い、半導体層202a、202bにN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。第2のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。N型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)が用いられるが、本実施の形態ではリン(P)を用いる。この場合、第2の形状の導電層213bをN型を付与する不純物元素に対するマスクとして、第2の不純物領域8322a、8322b、8324a、8324bを形成する。なお、第2のドーピング処理においてレジストマスク8001の覆われた領域8323a、8323bが存在するが、引き続き第1の不純物領域とよぶ。また、第2の形状の導電層213bと重ならない第2の形状の導電層213aの下部にも、N型を付与する不純物元素が添加されるように、第2のドーピング処理における条件(加速電圧等)を設定する。なお、第2の形状の導電層213aを介して添加される不純物元素の濃度は、第2の形状の導電層213aを介さず添加される不純物元素の濃度より低くすることが可能である。こうして、高濃度にN型を付与する不純物元素が添加された第2の不純物領域8322a、8322b、8324a、8324bと、低濃度にN型を付与する不純物元素が添加された第1の不純物領域8323a、8323b、第3の不純物領域8325a、8325bが形成される。
【0160】
次いで図26(G)に示すように、レジストマスク8001、8002を除去し、新たなレジストマスク8003、8004を形成する。レジストマスク8003によって、Nチャネル型TFTとなる半導体層202a、Nチャネル型TFTとなる半導体層202bが覆われ、レジストマスク8004によって、Nチャネル型TFTとなる半導体層202dが覆われている。第3のドーピング処理(ドーピング3)を行い、半導体層202c、202eにP型を付与する不純物元素を添加する。第2のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行なえば良い。本実施の形態では、ジボラン(B2H6)によるイオンドープ法を用いる。こうして、P型を付与する不純物元素が添加された第4の不純物領域8335a、8335b、8332a、8332bが形成される。なお、第4の不純物領域8335a、8335bには、第1のドーピング処理によって、N型を付与する不純物元素が添加されているが、第3のドーピング処理においてP型を付与する不純物元素の添加量を適当に定めることにより、P型の不純物領域として問題無く機能する。なお、第1のドーピング処理において半導体層202cを覆うようなレジストマスクを設け、第4の不純物領域8335a、8335bとなる領域にN型の不純物元素が添加されないようにしておくこともできる。
【0161】
次いで図26(H)に示すように、レジストマスク8003、8004を除去し、絶縁膜8005を形成する。絶縁膜8005としては、被覆性の優れた膜を用いるのが望ましい。例えば、酸化珪素を用いることができる。
【0162】
次いで図26(I)に示すように、絶縁膜8003を異方性エッチングして、サイドウォール8006a、8006b、8007a、8007b、8008a、8008b、8009a、8009b、8010a、8010bを形成する。
【0163】
次いで図26(J)に示すように、レジストマスク8011、8012を形成する。レジストマスク8011、8012によって半導体層202a〜202c及び202eの全面が覆われている。その後、N型を付与する不純物元素を添加する、第4のドーピング処理を行う。第4のドーピング処理は第3の形状の導電層328及びサイドウォール8009a、8009bを不純物元素に対するマスクとして用い行う。レジストマスク8011、8012に覆われない第1の不純物領域8220a、8220bには、第4のドーピング工程によってN型の不純物元素が添加される。なお、第1の不純物領域8220a、8220bのうち、第4のドーピング処理においてサイドウォール8009a、8009bで覆われていた領域8014a、8014bが存在するが、引き続き第1の不純物領域とよぶ。こうして、高濃度にN型を付与する不純物元素を添加された第5の不純物領域8013a、8013b、低濃度でN型を付与する不純物元素が添加された第1の不純物領域8014a、8014bを形成する。
【0164】
以上の工程により、それぞれの半導体層202a〜202eに不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第2の形状の導電層212、213、214及び、第3の形状の導電層328、329がゲート電極として機能する。
【0165】
こうして図26(k)に示すように、Nチャネル型TFT8361、Nチャネル型TFT8362、Pチャネル型TFT8363、Nチャネル型TFT8364、Pチャネル型TFT8365が形成される。
【0166】
Nチャネル型TFT8361は、チャネル領域8392、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域8322a、8322b、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)8323a、8323bを有する。Nチャネル型TFT8362は、チャネル領域8393、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域8324a、8324b、ゲート電極と重なる低濃度不純物領域(Lov領域)8325a、8325bを有する。一方、Pチャネル型TFT8363は、チャネル領域8394、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域8335a、8335bを有する。Nチャネル型TFT8361、Nチャネル型TFT8362及びPチャネル型TFT8363のゲート電極は、テーパー形状の端部を有する。そのため、ゲート電極を小さくするには不適当な形状のTFTである。
【0167】
また、Nチャネル型TFT8364は、チャネル領域8395、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域8013a、8013bを有する。また、ゲート電極と重ならない低濃度不純物領域(Loff領域)8014a、8014bを有する。Pチャネル型TFT8365は、チャネル領域8396、ソース領域及びドレイン領域に相当する高濃度不純物領域8010a、8010bを有する。本実施の形態では、Nチャネル型TFT8364にも、Loff領域を作製する工程を示した。
【0168】
Nチャネル型TFT8361、Nチャネル型TFT8362、Pチャネル型TFT8363、Nチャネル型TFT8364、Pチャネル型TFT8365それぞれのゲート電極の作製における露光手段については、実施の形態1と同様であるので、ここでは説明は省略する。
【0169】
なお、本実施の形態では、シングルゲート型のTFTの作製工程を示したが、ダブルゲート構造や、それ以上のゲート数を有するマルチゲート構造でも構わない。また、本実施の形態では、トップゲート型のTFTを示し、その作製工程を示した。しかし、本発明の半導体装置の作製方法は、デュアルゲート型のTFTに対しても適用することが可能である。
【0170】
また、本発明の半導体装置の作製方法を用いれば、ゲートメタルを用いて形成される、TFT以外の素子の電極や配線等の形状の自由度も増やすことが可能である。
【0171】
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態5において示した作製方法において、ゲートメタルによって形成される配線の例を示す。説明には、図10及び図24を用いる。
【0172】
実施の形態1〜実施の形態5の作製方法における、第1の露光によって形成されたレジストマスクを用いゲートメタルをエッチングする工程、及び、第2の露光によって形成されたレジストマスクを用いゲートメタルをエッチングする工程に注目し、それぞれの工程において形成される配線を滑らかに接続する手法を説明する。説明には、図10を用いる。
【0173】
図10(A)は、ゲートメタル400上に第1の露光によって形成されるレジストマスク401を示す上面図である。図10(B)は、図10(A)のレジストマスク401を用いて、ゲートメタル400をエッチングした状態を示す。なお、図10(B)では、レジストマスク401の端部にそって垂直にゲートメタルがエッチングされる様子を示した。しかし、実施の形態1〜実施の形態5において示したような作製方法を用いる場合、配線の端部はテーパー状となっている。レジストマスク401を用いたエッチング処理によって、幅L1の配線402が形成される。
【0174】
次いで、レジストマスク401を除去し、第2の露光によってレジストマスク403を形成する。図10(C)は、第2の露光によって形成されるレジストマスク403を示す上面図である。図10(D)は、図10(C)のレジストマスク403を用いて、ゲートメタル400をエッチングした状態を示す。レジストマスク401を用いたエッチング処理によって、幅L2の配線404が形成される。
【0175】
ここで、第1の露光のパターニングの解像度より、第2の露光のパターニングの解像度を高くすることによって、図10(D)に示すように、接続部405において配線402と配線404を滑らかに接続することができる。つまり、第1の露光によって形成されるレジストマスクを用いてゲート電極が作製されるTFTに対して、第2の露光によって形成されるレジストマスクを用いてゲート電極が作製されるTFTを、微細化が要求されるものとする。こうして、図10(D)に示したように、配線402及び配線404を滑らかに接続することができる。
【0176】
次に、実施の形態1〜実施の形態5において示した作製方法において、ゲートメタルによって形成される配線の断面図を示す。
【0177】
実施の形態1〜実施の形態5の作製方法における、第1の露光によって形成されるレジストマスクを用いゲートメタルをエッチングすることによって作製される配線の断面図を、図24(A)に示す。また、実施の形態1〜実施の形態5の作製方法における、第2の露光によって形成されるレジストマスクを用いゲートメタルをエッチングすることによって作製される配線の断面図を、図24(B)に示す。図24(A)において示した配線441a、441bはそれぞれ、配線幅L1のテーパー状の端部を有する形状である。配線441a、441bは、配線間隔S1で配置されている。また、図24(B)において示した配線442a、442bはそれぞれ、配線幅L2のほぼ垂直な端部を有する形状である。配線間隔S1で配置されている。なおここでは比較のため、配線442a、442bそれぞれの断面積は、配線441a、441bそれぞれの断面積と等しいとする。
【0178】
配線442a、442bの配線幅L2と配線間隔S1の比L2/S1は、配線441a、441bの配線幅L1と配線間隔S1の比L1/S1より小さくすることができる。つまり、配線442a、442bは、集積化に適した形状である。
【0179】
こうして、半導体装置において、ゲートメタルによって形成される配線の形状を適宜選択することができる。本実施の形態は、実施の形態1〜実施の形態5と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0180】
【実施例】
(実施例1)
本実施例では、本発明の半導体装置の作製方法を用いて、表示装置と同一基板上に形成された、演算処理回路(CPU)や記憶回路等を有する半導体装置を作製する例を示す。
【0181】
図5に、本発明の半導体装置の作製方法を用いて作製する半導体装置の上面図を示す。図5において半導体装置は、絶縁表面を有する基板500上に形成されたTFTを用いて構成される、表示装置551とCPU部552とを有する。表示装置551は、画素部501と、走査線駆動回路502、信号線駆動回路503を有する。また、CPU部552は、CPU507、SRAM(記憶回路)504を有する。表示装置551において、画素部501は画像の表示を行う。また、走査線駆動回路502及び信号線駆動回路503によって、画素部の各画素への映像信号の入力が制御される。SRAM(記憶回路)504は、複数のマトリクス状に配置された記憶セル(図示せず)によって構成される。各記憶セルは、CPU507において入出力される信号を記憶する等の機能を有する。また、CPU507は、走査線駆動回路502、信号線駆動回路503への制御信号を出力する等の機能を有する。
【0182】
なお、CPU部552は、GPU(映像信号処理回路)557を有していてもよい。この構成を図27に示す。なお、図5と同じ部分は同じ符号を用いて示し説明は省略する。GPU(映像信号処理回路)557によって、基板500外部より入力された信号は表示装置551に入力するための信号に変換される。
【0183】
図5、図27において、表示装置551として、液晶表示装置を用いる場合を例に示す。液状表示装置551の画素部501としては、発明が解決しようとする課題において、図12で示した構成を用いることができる。
【0184】
図12において画素を構成するTFT3002は、オフ電流が少ないことが要求される。これは、漏れ電流によって、各画素に配置された液晶素子3003の電極間に印加される電圧が変化し、透過率が変化して画像が乱れるのを防ぐためである。また、画素TFT3002を介して画像を視認するタイプ(透過型)の液晶表示装置では、開口率を上げるため、画素TFT3002を微細化することが要求される。さらに、液晶素子3003の電極間には、通常16V程度の電圧が印加されている。そのため、画素TFT3002等は、16V程度の耐圧性が要求される。よって、Lov領域やLoff領域を有する構造のTFTとする必要がある。
【0185】
一方、図5や図27において画素駆動回路部(走査線駆動回路502及び信号線駆動回路503)を構成するTFT(画素駆動回路用TFT)は、画素TFTほどに、オフ電流の低減や微細化が要求されない。ただし、16V程度の電源電圧によって動作するため耐圧性が要求される。
【0186】
演算処理回路(CPU部)552では、高い駆動周波数が要求される。そのため、CPU部552を構成するTFT(以下、演算回路用TFTと表記する)には、キャリアの移動度の向上及び微細化が求められる。一方、微細化したTFTによって作製した演算処理回路(CPU部)552は、3〜5V程度の電源電圧で動作するため、TFTの耐圧性は、画素TFTや画素駆動回路用TFTほどには要求されない。
【0187】
そこで、図5や図27に示した回路を構成するTFTを作り分けるため、実施の形態3において、図4で示した作製方法を用いる。図4で示したNチャネル型TFT361を画素TFTとして用いる。Nチャネル型TFT361は、オフ電流を抑制する効果が高い、Loff領域を有する構造である。また、図4で示したNチャネル型TFT362及びPチャネル型TFT363を、画素駆動回路用TFTとして用いる。Nチャネル型TFT362及びPチャネル型TFT363はそれぞれ、ホットキャリアによる劣化の抑制効果の高いLov領域を有する耐圧性の高い構造である。また、図4で示したNチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365を、演算回路用TFTとして用いる。Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365はそれぞれ、微細化可能な形状である。つまり、図4における第1の露光後に続くゲート電極作製の工程によって、16V程度の電源電圧で動作する液晶表示装置551の部分を作製し、図4における第2の露光後に続くゲート電極作製の工程によって、3〜5V程度の電源電圧で動作するCPU部552を作製する。
【0188】
こうして、各回路に適したTFTを用いて、表示装置と同一基板上に形成された、演算処理回路(CPU)や記憶回路等を有する、半導体装置を作製することができる。
【0189】
なお、本発明は、実施の形態1〜実施の形態6と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0190】
(実施例2)
本実施例では、本発明の半導体装置の作製方法を用いて、表示装置と同一基板上に形成された、CPU部(演算処理回路(CPU)や記憶回路等)を有する、半導体装置を作製する例を示す。なお、表示装置及びCPU部の構成、及び、それらの回路に用いるTFTは、実施例1と同じとすることができる。
【0191】
図6に、本発明を用いて作製する半導体装置の断面図を示す。画素部を構成する画素TFTとして、Nチャネル型TFT361を代表で示す。また、画素駆動回路部を構成する素子として、Nチャネル型TFT362とPチャネル型TFT363を代表で示す。CPU部を構成する素子として、Nチャネル型TFT364とPチャネル型TFT365を代表で示す。Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365の作製方法は、実施の形態3において、図4で示した作製方法と同様であるので、ここでは説明は省略する。なお、図4と同じ部分は、同じ符号を用いて説明する。
【0192】
図6(A)に示すように、第1の層間絶縁膜6036を形成する。第1の層間絶縁膜6036としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、第1の層間絶縁膜6036は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0193】
次いで、加熱処理(熱処理)を行なって、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃で行えばよく、本実施例では410℃、1時間の熱処理で活性化処理を行う。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。また、第1の層間絶縁膜6036を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365のゲート電極が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため第1の層間絶縁膜6036(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で熱処理を行なうことが好ましい。
【0194】
上記の様に、第1の層間絶縁膜6036(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後に熱処理することにより、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行なうことができる。水素化の工程では、第1の層間絶縁膜6036に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドが終端される。なお、活性化処理のための加熱処理とは別に、水素化のための加熱処理を行っても良い。ここで、第1の層間絶縁膜6036の存在に関係なく、半導体層を水素化することもできる。水素化の他の手段として、プラズマにより励起された水素を用いる手段(プラズマ水素化)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中において、300〜450℃で1〜12時間の加熱処理を行う手段でも良い。
【0195】
次いで図6(B)に示すように、第1の層間絶縁膜6036上に、第2の層間絶縁膜6037を形成する。第2の層間絶縁膜6037としては、無機絶縁膜を用いることができる。例えば、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG(Spin On Glass)法によって塗布された酸化珪素膜等を用いることができる。また、第2の層間絶縁膜6037として、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリル等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化珪素膜の積層構造を用いても良い。また、アクリル膜と、スパッタ法で形成した窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との積層構造を用いても良い。本実施例では、膜厚1.6μmのアクリル膜を形成する。第2の層間絶縁膜6037によって、TFT(Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365)による凹凸を緩和し、平坦化することができる。特に、第2の層間絶縁膜6037は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【0196】
次いで、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、第2の層間絶縁膜6037、第1の層間絶縁膜6036及びゲート絶縁膜203をエッチングし、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365それぞれのソース領域及びドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。次いで、各TFTのソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続される配線6040〜6046及び画素電極6039を形成する。なお本実施例では、配線6040〜6046及び画素電極6039は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmのAlとTiの合金膜との積層膜をスパッタ法で連続形成し、所望の形状にパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、AlとTiに限らず、他の導電膜を用いても良い。例えば、TaN膜上にAl膜やCu膜を形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。ただし、反射性に優れた材料を用いることが好ましい。
【0197】
続いて図6(C)に示すように、画素電極6039を少なくとも含む部分上に配向膜6047を形成し、ラビング処理を行う。なお、本実施例では、配向膜6047を形成する前にアクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって、基板間隔を保持するための柱状のスペーサ6048を所望の位置に形成する。また、柱状のスペーサに限らず、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0198】
次いで、対向基板7000を用意する。対向基板7000上に着色層(カラーフィルタ)7001〜7003、平坦化膜7004を形成する。このとき、第1の着色層7001と第2の着色層7002とを重ねて遮光部を形成し、第2の着色層7002と第3の着色層7003の一部を重ねて遮光部を形成する。また、第1の着色層7001と第3の着色層7003の一部を重ねて、遮光部を形成してもよい。このように、新たに遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって、工程数の低減を可能とする。
【0199】
次いで、平坦化膜7004上に、透明導電膜からなる対向電極7005を少なくとも画素部に対応する部分に形成する。その後、対向基板7005の全面に配向膜7006を形成し、ラビング処理を施す。
【0200】
そして、画素部と駆動回路部及びCPU部が形成された基板201と対向基板7000とを、シール材7007で張り合わせる。シール材7007には、フィラー(図示せず)が混入されていて、フィラーと柱状スペーサ6048によって、基板201と対向基板7000とは均一な間隔で張り合わされる。その後、両基板(201と7000)間に液晶材料7008を注入し、封止材(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料7008は、公知の材料を用いればよい。このようにして、液晶表示装置が完成する。
【0201】
そして、偏光板及びFPC(図示せず)を貼り付ける。FPCによって、基板201上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とが接続される。こうして製品として完成する。
【0202】
なお、本実施例では、画素電極6039を反射性に優れた金属膜で形成し、対向電極7005を透光性を有する材料で形成する、反射型の液晶表示装置を例に示したがこれに限定されない。例えば、画素電極6039を透光性を有する材料で形成し、対向電極7005を反射性を有する材料で形成する、透過型の液晶表示装置にも、本発明を適用することができる。また、半透過型の液晶表示装置にも、本発明を適用することが可能である。
【0203】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0204】
(実施例3)
本実施例は、本発明の半導体装置の作製方法を用いて、表示装置と同一基板上に形成された、CPU部(演算処理回路(CPU)や記憶回路等)を有する半導体装置を作製する例を示す。なお、表示装置及びCPU部の構成、及び、それらの回路に用いるTFTは、実施例1と同様とすることができる。
【0205】
ただし本実施例では、表示装置は、各画素にOLED素子を配置するOLED表示装置であるとする。OLED素子は、陽極と、陰極と、陽極と陰極に間に挟まれた有機化合物層とを有する構成である。陽極と陰極間に電圧を印加することによって、OLED素子は発光する。有機化合物層は、積層構造とすることができる。代表的には、コダック・イーストマン・カンパニーのTangらが提案した「正孔輸送層/発光層/電子輸送層」という積層構造が挙げられる。また他にも、陽極上に正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層、または正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層の順に積層する構造でも良い。発光層に対して蛍光性色素等をドーピングしても良い。OLED素子の陰極と陽極の間に設けられる全ての層を総称して有機化合物層と呼ぶ。よって上述した正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等は、全て有機化合物層に含まれる。上記構造でなる有機化合物層に、一対の電極(陽極及び陰極)から所定の電圧をかけると、発光層においてキャリアの再結合が起こって発光する。なお、OLED素子は、一重項励起子からの発光(蛍光)を利用するものでも、三重項励起子からの発光(燐光)を利用するものでも、どちらでも良い。OLED表示装置は、応答性に優れ、低電圧で動作し、また視野角が広い等の利点を有するため、次世代のフラットパネルディスプレイとして注目されている。
【0206】
図7に、本発明を用いて作製する半導体装置の断面図を示す。画素部を構成するTFTとして、OLED素子と直列に接続されたTFTをNチャネル型TFT361として、代表で示す。また、画素駆動回路部を構成する素子として、Nチャネル型TFT362とPチャネル型TFT363を代表で示す。CPU部を構成する素子として、Nチャネル型TFT364とPチャネル型TFT365を代表で示す。Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365の作製方法は、実施の形態3において図4で示した作製方法と同様であるので、ここでは説明は省略する。なお、図4と同じ部分は同じ符号を用いて説明する。
【0207】
実施の形態3に従って、図7(A)の状態まで作製する。図7(B)において、第1の層間絶縁膜5036を形成する。この第1の層間絶縁膜5036としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、第1の層間絶縁膜5036は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。次いで、加熱処理(熱処理)を行なって、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃で行えばよく、本実施例では410℃、1時間の熱処理で活性化処理を行う。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。また、第1の層間絶縁膜5036を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365のゲート電極が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため第1の層間絶縁膜5036(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で熱処理を行なうことが好ましい。
【0208】
上記の様に、第1の層間絶縁膜5036(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後に熱処理することにより、活性化処理と同時に、半導体層の水素化も行なうことができる。水素化の工程では、第1の層間絶縁膜5036に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドが終端される。なお、活性化処理のための加熱処理とは別に、水素化のための加熱処理を行っても良い。ここで、第1の層間絶縁膜5036の存在に関係なく、半導体層を水素化することもできる。水素化の他の手段として、プラズマにより励起された水素を用いる手段(プラズマ水素化)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中において、300〜450℃で1〜12時間の加熱処理を行う手段でも良い。
【0209】
次いで、第1の層間絶縁膜5036上に、第2の層間絶縁膜5037を形成する。第2の層間絶縁膜5037としては、無機絶縁膜を用いることができる。例えば、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG(Spin On Glass)法によって塗布された酸化珪素膜等を用いることができる。また、第2の層間絶縁膜5037として有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリル等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化珪素膜の積層構造を用いても良い。また、アクリル膜とスパッタ法で形成した窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との積層構造を用いても良い。本実施例では、膜厚1.6μmのアクリル膜を形成する。第2の層間絶縁膜5037によって、基板上201に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化することができる。特に、第2の層間絶縁膜5037は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【0210】
次いで、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、第2の層間絶縁膜5037、第1の層間絶縁膜5036及びゲート絶縁膜203をエッチングし、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365それぞれのソース領域及びドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。
【0211】
次いで、透明導電膜からなる画素電極5038を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズの化合物(ITO)、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム等を用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いてもよい。画素電極5038がOLED素子の陽極に相当する。本実施例では、ITOを110nm厚さで成膜し、パターニングし、画素電極5038を形成する。
【0212】
次いで、各TFT(Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365)それぞれのソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続される配線5039〜5046を形成する。なお本実施例では、配線5039〜5046は、膜厚100nmのTi膜と、膜厚350nmのAl膜と、膜厚100nmのTi膜との積層膜をスパッタ法で連続形成し、所望の形状にパターニングして形成する。もちろん、三層構造に限らず、単層構造でもよいし、二層構造でもよいし、四層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、AlとTiに限らず、他の導電膜を用いても良い。例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。こうして、画素部のNチャネル型TFT361のソース領域またはドレイン領域の一方は、配線5039によって画素電極5038と電気的に接続されている。ここで、画素電極5038上の一部と、配線5039の一部を重ねて形成することによって、配線5039と画素電極5038の電気的接続をとっている。
【0213】
次いで図7(D)に示すように、第3の層間絶縁膜5047を形成する。第3の層間絶縁膜5047としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG(Spin On Glass)法によって塗布された酸化珪素膜、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜等を用いることができる。また、有機絶縁膜としては、アクリル樹脂膜等を用いることができる。
【0214】
第2の層間絶縁膜5037と第3の層間絶縁膜5047の組み合わせの例を以下に挙げる。第2の層間絶縁膜5037として、アクリルと、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜の積層膜を用い、第3の層間絶縁膜5047として、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。第2の層間絶縁膜5037として、プラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用い、第3の層間絶縁膜5047としてもプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第2の層間絶縁膜5037として、SOG法によって形成した酸化珪素膜を用い、第3の層間絶縁膜5047としてもSOG法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第2の層間絶縁膜5037として、SOG法によって形成した酸化珪素膜とプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜の積層膜を用い、第3の層間絶縁膜5047としてプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第2の層間絶縁膜5037として、アクリルを用い、第3の層間絶縁膜5047としてもアクリルを用いる組み合わせがある。また、第2の層間絶縁膜5037として、アクリルとプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜の積層膜を用い、第3の層間絶縁膜5047としてプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第2の層間絶縁膜5037として、プラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用い、第3の層間絶縁膜5047としてアクリルを用いる組み合わせがある。
【0215】
第3の層間絶縁膜5047の画素電極5038に対応する位置に開口部を形成する。第3の層間絶縁膜5047はバンクとして機能する。開口部を形成する際、ウエットエッチング法を用いることで容易にテーパー形状の側壁とすることが出来る。開口部の側壁が十分になだらかでないと段差に起因する有機化合物層の劣化が顕著な問題となってしまうため、注意が必要である。第3の層間絶縁膜5047中に、カーボン粒子や金属粒子を添加し、抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制してもよい。この際、抵抗率は、1×106〜1×1012Ωm(好ましくは、1×108〜1×1010Ωm)となるように、カーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すればよい。
【0216】
次いで、第3の層間絶縁膜5047の開口部において露出している画素電極5038上に、有機化合物層5048を形成する。有機化合物層5048としては、公知の有機発光材料を用いることができる。なお、有機発光材料と無機発光材料の両方を用いてもよいし、有機発光材料の代わりに無機発光材料を用いてもよい。
【0217】
有機発光材料としては、低分子系有機発光材料、高分子系有機発光材料、中分子系有機材料を自由に用いることができる。なお、中分子系有機発光材料とは、昇華性を有さず、かつ、重合度が20程度以下の有機発光材料を示すものとする。
【0218】
本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を用いて有機化合物層5048を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0219】
また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として20nmのポリチオフェン(PEDOT)膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として100nm程度のパラフェニレンビニレン(PPV)膜を設けた積層構造によって有機化合物層5048を構成しても良い。なお、PPVのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電子輸送層や電子注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。
【0220】
なお、有機化合物層5048は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等が、明確に区別された積層構造を有するものに限定されない。つまり、有機化合物層5048は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を構成する材料が、混合した層を有する構造であってもよい。例えば、電子輸送層を構成する材料(以下、電子輸送材料と表記する)と、発光層を構成する材料(以下、発光材料と表記する)とによって構成される混合層を、電子輸送層と発光層との間に有する構造の有機化合物層5048であってもよい。
【0221】
次に、有機化合物層5048の上には導電膜からなる対向電極5049が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。なお、MgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。本実施例では、対向電極5049がOLED素子の陰極に相当する。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を自由に用いることができる。
【0222】
対向電極5049まで形成された時点でOLED素子が完成する。なお、OLED素子とは、画素電極(陽極)5038、有機化合物層5048及び対向電極(陰極)5049で形成されたダイオードを指す。
【0223】
OLED素子を完全に覆うようにしてパッシベーション膜5050を設けることは有効である。パッシベーション膜5050としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いることができる。カバレッジの良い膜をパッシベーション膜5050として用いることが好ましく、炭素膜、特にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を用いることは有効である。DLC膜は室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い有機化合物層5048の上方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、有機化合物層5048の酸化を抑制することが可能である。
【0224】
なお、第3の層間絶縁膜5047を形成した後、パッシベーション膜5050を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。
【0225】
なお、実際には図7(D)の状態まで完成したら、さらに外気に曝されないように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)や透光性のシーリング材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、シーリング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりするとOLED素子の信頼性が向上する。
【0226】
また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板201上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクタ(フレキシブルプリントサーキット:FPC)を取り付けて製品として完成する。
【0227】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び、実施例1と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0228】
(実施例4)
本実施例は、本発明の半導体装置の作製方法を用いて、表示装置と同一基板上に形成された、CPU部(演算処理回路(CPU)や記憶回路等)を有する半導体装置を作製する例を示す。なお、表示装置及びCPU部の構成、及び、それらの回路に用いるTFTは、実施例1と同様とすることができる。ただし本実施例では、表示装置は、各画素にOLED素子を配置したOLED表示装置であるとする。
【0229】
図8に、本発明を用いて作製する半導体装置の断面図を示す。画素部を構成するTFTとして、OLED素子と直列に接続されたTFTをNチャネル型TFT361として、代表で示す。また、画素駆動回路部を構成する素子として、Nチャネル型TFT362とPチャネル型TFT363を代表で示す。CPU部を構成する素子として、Nチャネル型TFT364とPチャネル型TFT365を代表で示す。
【0230】
Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364、Pチャネル型TFT365の作製方法は、実施の形態3において図4で示した作製方法と同様であるので、ここでは説明は省略する。なお、図4と同じ部分は、同じ符号を用いて説明する。
【0231】
実施の形態3に従って、図8(A)の状態まで作製する。図8(B)に示すように、第1の層間絶縁膜5101を形成する。この第1の層間絶縁膜5101としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜5101は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0232】
次いで、加熱処理(熱処理)を行なって、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃で行えばよく、本実施例では410℃、1時間の熱処理で活性化処理を行う。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。また、第1の層間絶縁膜5101を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365のゲート電極が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため第1の層間絶縁膜5101(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で熱処理を行なうことが好ましい。
【0233】
上記の様に、第1の層間絶縁膜5101(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後に熱処理することにより、活性化処理と同時に、半導体層の水素化も行なうことができる。水素化の工程では、第1の層間絶縁膜5101に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドが終端される。なお、活性化処理のための加熱処理とは別に、水素化のための加熱処理を行っても良い。ここで、第1の層間絶縁膜5101の存在に関係なく、半導体層を水素化することもできる。水素化の他の手段として、プラズマにより励起された水素を用いる手段(プラズマ水素化)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中において、300〜450℃で1〜12時間の加熱処理を行う手段でも良い。
【0234】
次いで、第1の層間絶縁膜5101上に、第2の層間絶縁膜5102を形成する。第2の層間絶縁膜5102としては、無機絶縁膜を用いることができる。例えば、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG(Spin On Glass)法によって塗布された酸化珪素膜等を用いることができる。また、第2の層間絶縁膜5102として、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリル等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化珪素膜の積層構造を用いても良い。また、アクリル膜と、スパッタ法で形成した窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との積層構造を用いても良い。
【0235】
次いで、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、第1の層間絶縁膜5101、第2の層間絶縁膜5102及びゲート絶縁膜203をエッチングし、各TFT(Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365)のソース領域及びドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。
【0236】
次いで、各TFT(Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365)のソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続される配線5103〜5110を形成する。なお本実施例では、配線5103〜5110は、膜厚100nmのTi膜と、膜厚350nmのAl膜と、膜厚100nmのTi膜との積層膜をスパッタ法で連続形成し、所望の形状にパターニングして形成する。もちろん、三層構造に限らず、単層構造でもよいし、二層構造でもよいし、四層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、AlとTiに限らず、他の導電膜を用いても良い。例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。
【0237】
次いで図8(D)に示すように、第3の層間絶縁膜5111を形成する。第3の層間絶縁膜5111としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG(Spin On Glass)法によって塗布された酸化珪素膜等を用いることができる。また、有機絶縁膜としては、アクリル樹脂膜等を用いることができる。また、アクリル膜と、スパッタ法で形成した窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜との積層構造を用いても良い。第3の層間絶縁膜5111によって、TFT(Nチャネル型TFT361、Nチャネル型TFT362、Pチャネル型TFT363、Nチャネル型TFT364及びPチャネル型TFT365)による凹凸を緩和し、平坦化することができる。特に、第3の層間絶縁膜5111は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【0238】
次いで、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、第3の層間絶縁膜5111に、配線5103に達するコンタクトホールを形成する。
【0239】
次いで、導電膜をパターニングして画素電極5112を形成する。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。なお、MgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。画素電極5112がOLED素子の陰極に相当する。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を自由に用いることができる。
【0240】
画素電極5112は、第3の層間絶縁膜5111に形成されたコンタクトホールによって、配線5103と電気的な接続がとられる。こうして、画素電極5112は、Nチャネル型TFT361のソース領域またはドレイン領域の一方と、電気的に接続される。
【0241】
次いで、各画素間の有機化合物層を塗り分けるために、土手5113を形成する。土手5113としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いて形成する。無機絶縁膜としては、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜、CVD法によって形成された酸化珪素膜や、SOG法によって塗布された酸化珪素膜等を用いることができる。また、有機絶縁膜としては、アクリル樹脂膜等を用いることができる。ここで、土手5113を形成する際、ウエットエッチング法を用いることで容易にテーパー形状の側壁とすることが出来る。土手5113の側壁が十分になだらかでないと段差に起因する有機化合物層の劣化が顕著な問題となってしまうため、注意が必要である。なお、画素電極5112と配線5103を電気的に接続する際に、第3の層間絶縁膜5111に形成したコンタクトホールの部分にも、土手5113を形成する。こうして、コンタクトホール部分の凹凸による、画素電極の凹凸を土手5113によって埋めることにより、段差に起因する有機化合物層の劣化を防いでいる。
【0242】
第3の層間絶縁膜5111と土手5113の組み合わせの例を以下に挙げる。第3の層間絶縁膜5111として、アクリルと、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜の積層膜を用い、土手5113として、スパッタ法によって形成された窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。第3の層間絶縁膜5111として、プラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用い、土手5113としてもプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第3の層間絶縁膜5111として、SOG法によって形成した酸化珪素膜を用い、土手5113としてもSOG法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また第3の層間絶縁膜5111として、SOG法によって形成した酸化珪素膜とプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜の積層膜を用い、土手5113としてプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第3の層間絶縁膜5111として、アクリルを用い、土手5113としてもアクリルを用いる組み合わせがある。また、第3の層間絶縁膜5111として、アクリルとプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜の積層膜を用い、土手5113としてプラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用いる組み合わせがある。また、第3の層間絶縁膜5111として、プラズマCVD法によって形成した酸化珪素膜を用い、土手5113としてアクリルを用いる組み合わせがある。なお、土手5113中に、カーボン粒子や金属粒子を添加し、抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制してもよい。この際、抵抗率は、1×106〜1×1012Ωm(好ましくは、1×108〜1×1010Ωm)となるように、カーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すればよい。
【0243】
次いで、土手5113に囲まれた、露出している画素電極5112上に、有機化合物層5114を形成する。有機化合物層5114としては、公知の有機発光材料を用いることができる。なお、有機発光材料と無機発光材料の両方を用いてもよいし、有機発光材料の代わりに無機発光材料を用いてもよい。有機発光材料としては、低分子系有機発光材料、高分子系有機発光材料、中分子系有機材料を自由に用いることができる。なお、中分子系有機発光材料とは、昇華性を有さず、かつ、重合度が20程度以下の有機発光材料を示すものとする。
【0244】
本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を用いて有機化合物層5114を形成している。具体的には、発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設け、その上に、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0245】
また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として20nmのポリチオフェン(PEDOT)膜をスピン塗布法により設け、その上に、発光層として100nm程度のパラフェニレンビニレン(PPV)膜を設けた積層構造によって有機化合物層5114を構成しても良い。なお、PPVのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電子輸送層や電子注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。
【0246】
なお、有機化合物層5114は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等が、明確に区別された積層構造を有するものに限定されない。つまり、有機化合物層5114は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を構成する材料が、混合した層を有する構造であってもよい。例えば、電子輸送層を構成する材料(以下、電子輸送材料と表記する)と、発光層を構成する材料(以下、発光材料と表記する)とによって構成される混合層を、電子輸送層と発光層との間に有する構造の有機化合物層5114であってもよい。
【0247】
次に、有機化合物層5114上には、透明導電膜からなる対向電極5115を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズの化合物(ITO)、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム等を用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いてもよい。対向電極5115がOLED素子の陽極に相当する。
【0248】
対向電極5115まで形成された時点でOLED素子が完成する。なお、OLED素子とは、画素電極(陰極)5112、有機化合物層5114及び対向電極(陽極)5115で形成されたダイオードを指す。
【0249】
本実施例では、対向電極5115が透明導電膜によって形成されているため、OLED素子が発した光は、基板201とは逆側に向かって放射される。また、第3の層間絶縁膜5111によって、配線5103〜5110が形成された層とは別の層に、画素電極5112を形成している。そのため、実施例3に示した構成と比較して、開口率を上げることができる。
【0250】
OLED素子を完全に覆うようにして保護膜(パッシベーション膜)5116を設けることは有効である。保護膜5116としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いることができる。なお本実施例のように、OLED素子が発した光が対向電極5115側から放射される場合、保護膜5116としては、光を透過する膜を用いる必要がある。
【0251】
なお、土手5113を形成した後、保護膜5116を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。
【0252】
なお、実際には図8(D)の状態まで完成したら、さらに外気に曝されないように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)等のシーリング材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、シーリング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりするとOLED素子の信頼性が向上する。
【0253】
また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板201上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクタ(フレキシブルプリントサーキット:FPC)を取り付けて製品として完成する。
【0254】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び、実施例1と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0255】
(実施例5)
本実施例では、本発明の半導体装置が有するTFTの半導体活性層を作製する上で、半導体膜を結晶化する手法の例を示す。
【0256】
ガラス基板上に下地膜として、プラズマCVD法により酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)400nmを形成した。続いて、前記下地膜上に半導体膜として、プラズマCVD法により非晶質珪素膜150nmを形成する。そして、500℃で3時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させた後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行う。
【0257】
レーザアニ−ル法に用いるレーザとしては、連続発振のYVO4レーザを用いる。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてYVO4レーザの第2高調波(波長532nm)を用いた。レーザ光を光学系により所定の形状のビームとして、基板表面上に形成した半導体膜の照射した。
【0258】
なお、基板上に照射されるビームの形状は、レーザの種類や、光学系によって変化させることができる。こうして、基板上に照射されるビームのアスペクト比やエネルギー密度の分布を変えることができる。例えば、基板上に照射されるビームの形状は、線状、矩形状、楕円状など、様々な形状とすることができる。本実施例では、YVO4レーザの第2高調波を、光学系によって200μm×50μmの楕円状にし、半導体膜に照射する。
【0259】
ここで、レーザ光を基板表面上に形成した半導体膜に照射する際に用いる、光学系の模式図を図14に示す。レーザ1101から射出されたレーザ光(YVO4レーザの第2高調波)は、ミラー1102を経由して、凸レンズ1103に入射する。レーザ光は凸レンズ1103に対して斜めに入射させる。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において楕円状ビーム1106を形成することができる。そして、このようにして形成される楕円状ビーム1106を照射しながら、例えば1107で示す方向または1108で示す方向にガラス基板1105を移動させる。こうして、ガラス基板1105上に形成された半導体膜1104において、楕円状ビーム1106を相対的に移動させながら照射する。なお、楕円状ビーム1106の相対的な走査方向は、楕円状ビーム1106の長軸に垂直な方向とする。本実施例では、凸レンズ1103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビームを形成し、ガラス基板1105を50cm/sの速度で移動させながら照射して、半導体膜の結晶化を行う。
【0260】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、SEMにより1万倍にて表面を観察した結果を図15に示す。なお、セコエッチングにおけるセコ液はHF:H2O=2:1に添加剤としてK2Cr2O7を用いて作製されるものである。図15は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものである。レーザ光の走査方向に平行に大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。つまり、レーザ光の走査方向に対して延在するように結晶成長がなされる。
【0261】
このように、本実施例の手法を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されている。そのため、前記半導体膜を半導体活性層として用いてTFTを作製すると、前記TFTのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒の内部は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等の高いモビリティ(電界効果移動度)を得ることも可能である。
【0262】
さらに、TFTを、そのキャリアの移動方向が、形成された結晶粒の延在する方向と揃うように配置すれば、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値(TFTがオン状態にある時に流れるドレイン電流値)、オフ電流値(TFTがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値)、しきい値電圧、S値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【0263】
なお、半導体膜の広い範囲に楕円状ビーム1106を照射するため、楕円状ビーム1106をその長軸に垂直な方向に走査して半導体膜に照射する動作(以下、スキャンと表記する)を、複数回行っている。ここで、1回のスキャン毎に、楕円状ビーム1106の位置は、その長軸に平行な方向にずらされる。また、連続するスキャン間では、その走査方向を逆にする。ここで、連続する2回のスキャンにおいて、一方を往路のスキャン、もう一方を復路のスキャンと呼ぶことにする。
【0264】
楕円状ビーム1106の位置を、1回のスキャン毎にその長軸に平行な方向にずらす大きさをピッチdと表現する。また、往路のスキャンにおいて、図15に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム1106の走査方向に垂直な方向の長さを、D1と表記する。復路のスキャンにおいて、図15に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム1106の走査方向に垂直な方向の長さを、D2と表記する。また、D1とD2の平均値を、Dとする。このとき、オーバーラップ率RO.L[%]を式1で定義する。
【0265】
【式1】RO.L=(1−d/D)×100
【0266】
本実施例では、オーバーラップ率RO.Lを0%とする。
【0267】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1〜実施例4と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0268】
(実施例6)
本実施例では、本発明の半導体装置が有するTFTの半導体活性層を作製する上で、半導体膜を結晶化する手法において、実施例5とは異なる例を示す。
【0269】
半導体膜として非晶質珪素膜を形成するまでの工程は、実施例5と同様である。その後、特開平7−183540号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積10ml)を塗布し、500℃の窒素雰囲気で1時間、550℃の窒素雰囲気で12時間の熱処理を行う。続いて、レーザアニール法により半導体膜の結晶性の向上を行う。
【0270】
レーザアニール法に用いるレーザとしては、連続発振のYVO4レーザを用いる。レーザアニール法の条件は、レーザ光としてYVO4レーザの第2高調波(波長532nm)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ1103に対するレーザ光の入射角φを約20°として、200μm×50μmの楕円状ビームを形成する。ガラス基板1105を50cm/sの速度で移動させながら、前記楕円状ビームを照射して、半導体膜の結晶性の向上を行う。なお、楕円状ビーム1106の相対的な走査方向は、楕円状ビーム1106の長軸に垂直な方向とする。
【0271】
このようにして得られた結晶性半導体膜にセコエッチングを行って、SEMにより1万倍にて表面を観察した。その結果を図16に示す。図16は、図中の矢印で示す方向にレーザ光を相対的に走査させて得られたものであり、走査方向に対して延在して大粒径の結晶粒が形成されている様子がわかる。
【0272】
このように、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等の高いモビリティ(電界効果移動度)を得ることも可能である。
【0273】
さらに、形成された結晶粒が一方向に揃っている。そのため、TFTを、そのキャリアの移動方向が、形成された結晶粒の延在する方向と揃うように配置すれば、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、オン電流値、オフ電流値、しきい値電圧、S値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となり、電気的特性は著しく向上する。
【0274】
なお、半導体膜の広い範囲に楕円状ビーム1106を照射するため、楕円状ビーム1106をその長軸に垂直な方向に走査して半導体膜に照射する動作(スキャン)を、複数回行っている。ここで、1回のスキャン毎に、楕円状ビーム1106の位置は、その長軸に平行な方向にずらされる。また、連続するスキャン間では、その走査方向を逆にする。ここで、連続する2回のスキャンにおいて、一方を往路のスキャン、もう一方を復路のスキャンと呼ぶことにする。
【0275】
楕円状ビーム1106の位置を、1回のスキャン毎にその長軸に平行な方向にずらす大きさを、ピッチdと表現する。また、往路のスキャンにおいて、図16に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム1106の走査方向に垂直な方向の長さを、D1と表記する。復路のスキャンにおいて、図16に示したような大粒径の結晶粒が形成された領域の、楕円状ビーム1106の走査方向に垂直な方向の長さを、D2と表記する。また、D1とD2の平均値を、Dとする。
【0276】
このとき、式1と同様に、オーバーラップ率RO.L[%]を定義する。本実施例では、オーバーラップ率RO.Lを0%とする。
【0277】
また、上記結晶化の手法によって得られた半導体膜(図中、Improved CG−Siliconと表記)のラマン散乱分光の結果を図17に太線で示す。ここで、比較のため、単結晶シリコン(図中、ref.(100)Si Waferと表記)のラマン散乱分光の結果を細線で示した。また、非晶質珪素膜を形成後、熱処理を行って半導体膜が含有する水素を放出させた後、パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜(図中、excimer laser annealingと表記)のラマン散乱分光の結果を図17に点線で示した。本実施例の手法によって得られた半導体膜のラマンシフトは、517.3cm−1のピークを有する。また、半値幅は、4.96cm−1である。一方、単結晶シリコンのラマンシフトは、520.7cm−1のピークを有する。また、半値幅は、4.44cm−1である。パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜のラマンシフトは、516.3cm−1である。また、半値幅は、6.16cm−1である。図17の結果により、本実施例に示した結晶化の手法によって得られた半導体膜の結晶性が、パルス発振のエキシマレーザを用い結晶化を行った半導体膜の結晶性と比べて、単結晶シリコンに近いことがわかる。
【0278】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1〜実施例4と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0279】
(実施例7)
本実施例では、実施例5に示した手法によって結晶化した半導体膜を用いてTFTを作製した例について、図14、図18および図19を用いて説明する。
【0280】
なお本実施例では、同一のエッチング処理によって作製されるゲート電極を有するTFTに注目し、その作製方法を説明する。この際実施の形態1〜実施の形態5に示したような、TFTに応じたゲート電極を作り分け及びドーピング処理についての記述は省略する。実際には、本実施例は、実施の形態1〜実施の形態5等に示した手法と、組み合わせて実施される。
【0281】
本実施例では基板20として、ガラス基板を用い、ガラス基板上に下地膜21として、プラズマCVD法により窒化酸化珪素膜(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)50nm、酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)100nmを積層する。次いで、下地膜21上に半導体膜22として、プラズマCVD法により非晶質珪素膜150nmを形成する。そして、500℃で3時間の熱処理を行って、半導体膜が含有する水素を放出させる。(図18(A))
【0282】
その後、レーザ光として連続発振のYVO4レーザの第2高調波(波長532nm、5.5W)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ1103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビーム1106を形成する。前記楕円状ビーム1106を、50cm/sの速度で相対的に走査して、半導体膜22に照射する。こうして、半導体膜23を形成する。(図18(B))
【0283】
そして、第1のドーピング処理を行う。これはしきい値を制御するためのチャネルドープである。材料ガスとしてB2H6を用い、ガス流量30sccm、電流密度0.05μA、加速電圧60kV、ドーズ量1×1014atoms/cm2として行う。こうして、半導体膜24を形成する。(図18(C))
【0284】
続いて、パターニングを行って、半導体膜24を所望の形状にエッチングする。その後、エッチングされた半導体膜25、26を覆うゲート絶縁膜27としてプラズマCVD法により膜厚115nmの酸化窒化珪素膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜27上に導電膜として膜厚30nmのTaN膜28と、膜厚370nmのW膜29を積層形成する。(図18(D))
【0285】
フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク(図示せず)を形成して、W膜、TaN膜、ゲート絶縁膜をエッチングする。こうして、導電層30(30a、30b)、31(31a、31b)、ゲート絶縁膜32(32a、32b)を形成する。
【0286】
そして、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスク33を形成して第2のドーピング処理を行い、半導体膜にN型を付与する不純物元素を導入する。この場合、導電層30a、31aがN型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域34が形成される。本実施例では第2のド−ピング処理は、半導体膜の膜厚が150nmと厚いため2条件に分けて行う。本実施例では、材料ガスとしてフォスフィン(PH3)を用い、ドーズ量を2×1013atoms/cm2とし、加速電圧を90kVとして行った後、ドーズ量を5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を10kVとして行う。(図18(E))
【0287】
次いで、レジストからなるマスク33を除去した後、新たにレジストからなるマスク35を形成して第3のドーピング処理を行う。第3のドーピング処理により、Pチャネル型TFTの活性層となる半導体膜にP型を付与する不純物元素が添加された不純物領域36を形成する。導電層30b、31bを不純物元素に対するマスクとして用い、P型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域36を形成する。本実施例では第3のド−ピング処理においても、半導体膜の膜厚が150nmと厚いため2条件に分けて行う。本実施例では、材料ガスとしてジボラン(B2H6)を用い、ドーズ量を2×1013atoms/cm2とし、加速電圧を90kVとして行った後、ドーズ量を1×1015atoms/cm2とし、加速電圧を10kVとして行う。(図18(F))
【0288】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域34、36が形成される。
【0289】
次いで、レジストからなるマスク35を除去して、プラズマCVD法により第1の層間絶縁膜37として膜厚50nmの酸化窒化珪素膜(組成比Si=32.8%、O=63.7%、N=3.5%)を形成する。
【0290】
次いで、熱処理により、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。本実施例ではファーネスアニール炉を用いた熱アニール法により、窒素雰囲気中にて550度、4時間の熱処理を行う。(図18(G))
【0291】
次いで、第1の層間絶縁膜37上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜38を形成する。本実施例では、CVD法により膜厚50nmの窒化珪素膜を形成した後、膜厚400nmの酸化珪素膜を形成する。そして、熱処理を行うと水素化処理を行うことができる。本実施例では、ファーネスアニール炉を用い、410度で1時間、窒素雰囲気中にて熱処理を行う。
【0292】
続いて、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線39を形成する。本実施例では、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmのAl―Si膜と、膜厚50nmのTi膜との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、AlとTiに限らない。例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。(図18(H))
【0293】
以上の様にして、チャネル長6μm、チャネル幅4μmのNチャネル型TFT51とPチャネル型TFT52が形成する。
【0294】
これらの電気的特性を測定した結果を図19に示す。Nチャネル型TFT51の電気的特性を図19(A)に、Pチャネル型TFT52の電気的特性を図19(B)に示す。電気的特性の測定条件は、測定点をそれぞれ2点とし、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=1V及び5Vとした。また、図19において、ドレイン電流(ID)、ゲート電流(IG)は実線で、移動度(μFE)は点線で示している。
【0295】
本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っているため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。そのため、図19に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、Nチャネル型TFTにおいて524cm2/Vs、Pチャネル型TFTにおいて205cm2/Vsとなることがわかる。このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0296】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1〜実施例4と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0297】
(実施例8)
本実施例では、実施例6に示した手法によって結晶化した半導体膜を用いてTFTを作製した例について、図14、図20〜図23を用いて説明する。なお本実施例では、同一のエッチング処理によって作製されるゲート電極を有するTFTに注目し、その作製方法を説明する。この際実施の形態1〜実施の形態5に示したような、TFTに応じたゲート電極を作り分け及びドーピング処理についての記述は省略する。実際には、本実施例は、実施の形態1〜実施の形態5等に示した手法と、組み合わせて実施される。
【0298】
半導体膜として非晶質珪素膜を形成するまでの工程は、実施例7と同様である。なお、非晶質珪素膜は、150nmの厚さで形成した。(図20(A))
【0299】
その後、特開平7−183540号公報に記載された方法を利用し、前記半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積10ml)を塗布して金属含有層41を形成する。そして、500℃の窒素雰囲気で1時間、550℃の窒素雰囲気で12時間の熱処理を行った。こうして半導体膜42を得た。(図20(B))
【0300】
続いて、レーザアニール法により、半導体膜42の結晶性の向上を行う。レーザアニール法の条件は、レーザ光として連続発振のYVO4レーザの第2高調波(波長532nm、5.5W)を用い、図14で示した光学系における凸レンズ1103に対するレーザ光の入射角φを約20°として200μm×50μmの楕円状ビーム1106を形成する。前記楕円状ビーム1106を、基板を20cm/sまたは50cm/sの速度で移動させながら照射して、半導体膜42の結晶性の向上を行う。こうして半導体膜43を得る。(図20(C))
【0301】
図20(C)の半導体膜の結晶化の後の工程は、実施例7において示した図18(C)〜図18(H)の工程と同様である。こうして、チャネル長6μm、チャネル幅4μmのNチャネル型TFT51とPチャネル型TFT52が形成される。これらの電気的特性を測定した。
【0302】
上記工程によって作製したTFTの電気的特性を、図21、図22、図23に示す。図21(A)及び図21(B)に、図20(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を20cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図21(A)に、Nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図21(B)に、Pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。また、図22(A)及び図22(B)に、図20(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を50cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図22(A)に、Nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図22(B)に、Pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。なお、電気的特性の測定条件は、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=1V及び5Vとした。また、図21、図22において、ドレイン電流(ID)、ゲート電流(IG)は実線で、移動度(μFE)は点線で示している。
【0303】
本発明を用いて結晶化を行った半導体膜には大粒径の結晶粒が形成されているため、前記半導体膜を用いてTFTを作製すると、そのチャネル形成領域に含まれる結晶粒界の本数を少なくすることができる。さらに、形成された結晶粒は一方向に揃っており、レーザ光の相対的な走査方向に対して交差する方向に形成される粒界が少ないため、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができる。
【0304】
そのため、図21及び図22に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、図21ではNチャネル型TFTにおいて510cm2/Vs、Pチャネル型TFTにおいて200cm2/Vs、また、図22ではNチャネル型TFTにおいて595cm2/Vs、Pチャネル型TFTにおいて199cm2/Vsと非常に優れていることがわかる。そして、このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0305】
また、図23に、図22(C)のレーザアニール工程において、基板の速度を50cm/sで移動させて作製したTFTの電気的特性を示す。図23(A)に、Nチャネル型TFT51の電気的特性を示す。また図23(B)に、Pチャネル型TFT52の電気的特性を示す。
【0306】
なお、電気的特性の測定条件は、ゲート電圧Vg=―16〜16Vの範囲で、ドレイン電圧Vd=0.1V及び5Vとした。
【0307】
図23に示したように電気的特性の良いTFTが得られる。特に移動度が、図23(A)に示したNチャネル型TFTにおいて657cm2/Vs、図23(B)に示したPチャネル型TFTにおいて219cm2/Vsと非常に優れていることがわかる。そして、このようなTFTを用いて半導体装置を作製すれば、その動作特性および信頼性をも向上することが可能となる。
【0308】
本実施例は、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1〜実施例4と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0309】
(実施例9)
本実施例では、本発明を用いて作製される表示システムの例について図28を用いて説明する。
【0310】
ここで、表示システムとは、表示装置やCPU部が形成された基板に、FPC等によって外付けされる回路も含めたものとする。表示装置及びCPUの作製方法は、実施の形態1〜実施の形態6、実施例1〜実施例8を用いる。表示システムの構成例を図28に示す。
【0311】
基板500上には、図5や図27で示したような構成の回路が形成されている。ここでは、図27に示した構成の回路を用いた例を示す。表示システム700では、FPC710によって基板500と、電源回路701、クロック発振回路702、VRAM703、ROM704、WRAM705とが電気的に接続されている。ここで電源回路701は、表示システム700に入力される電源を、基板500に形成された回路用の電源に変換する回路である。クロック発振回路702は、基板500に形成された回路にクロック信号等の制御信号を入力する回路である。VRAM703は、GPU507に入力される形式の映像信号を記憶するための回路である。ROM704は、CPU507を制御するための情報や表示システム700に入力された映像信号が記憶された回路である。WRAM705は、CPU507が処理を行うための作業領域である。
【0312】
なお、基板500上に設けられたSRAM504と、FPC710によって接続されたWRAM705とはどちらも、CPU507の作業領域として機能するため、どちらか一方を省略することも可能である。例えば、CPU507からのアクセスは多いが比較的少ない記憶容量でよい場合は、SRAM504を用いるのが好ましく、逆に、大きな記憶容量が求められるがCPU507からのアクセスは比較的少ない場合は、WRAM705を用いるのが好ましい。
【0313】
(実施例10)
本実施例では、本発明を用いて作製される電子機器の例について図13を用いて説明する。
【0314】
本発明を用いて作製した電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図13に示す。
【0315】
図13(A)は表示装置であり、筐体1401、支持台1402、表示部1403を含む。本発明は表示部1403を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、表示装置の小型・軽量化を実現できる。
【0316】
図13(B)はビデオカメラであり、本体1411、表示部1412、音声入力1413、操作スイッチ1414、バッテリー1415、受像部1416などによって構成されている。本発明は表示部1412を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、ビデオカメラの小型・軽量化を実現できる。
【0317】
図13(C)はノート型のパーソナルコンピュータであり、本体1421、筐体1422、表示部1423、キーボード1424などによって構成されている。本発明は表示部1423を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、パーソナルコンピュータの小型・軽量化を実現できる。
【0318】
図13(D)は携帯情報端末であり、本体1431、スタイラス1432、表示部1433、操作ボタン1434、外部インターフェイス1435などによって構成されている。本発明は表示部1433を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、携帯情報端末の小型・軽量化を実現できる。
【0319】
図13(E)は音響再生装置、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体1441、表示部1442、操作スイッチ1443、1444などによって構成されている。本発明は表示部1442を構成する表示装置に適用が可能である。また、今回は車載用オーディオ装置を例に上げたが、携帯型もしくは家庭用オーディオ装置に用いてもよい。本発明を用いることによって、音響再生装置の小型・軽量化を実現できる。
【0320】
図13(F)はデジタルカメラであり、本体1451、表示部(A)1452、接眼部1453、操作スイッチ1454、表示部(B)1455、バッテリー1456などによって構成されている。本発明は表示部(A)1452および表示部(B)1455を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、デジタルカメラの小型・軽量化を実現できる。
【0321】
図13(G)は携帯電話であり、本体1461、音声出力部1462、音声入力部1463、表示部1464、操作スイッチ1465、アンテナ1466などによって構成されている。本発明は表示部1464を構成する表示装置に適用が可能である。本発明を用いることによって、携帯電話の小型・軽量化を実現できる。
【0322】
これらの電子機器に使われる表示装置はガラス基板だけでなく耐熱性のプラスチック基板を用いることもできる。それによってよりいっそうの軽量化を図ることができる。
【0323】
本発明は、上記電子機器に限定されず、実施の形態1〜実施の形態6及び実施例1〜実施例8で示した作製方法によって作製される半導体装置を用いた、様々な電子機器とすることができる。
【0324】
【発明の効果】
要求される特性の異なるTFT毎に、ゲートメタルを部分的にエッチングし、ゲート電極を作製する。つまり、要求される特性の異なるTFT毎に、レジストを露光してレジストマスクを作製し、ゲートメタルのエッチングを行う。この際、各TFTのゲート電極作製工程は、要求される特性に合わせて最適化された条件で行う。こうして、同一基板上に、それぞれが異なる特性を有する、または、デザインルールが異なる、複数のTFTを作り分けることが可能な、半導体装置の作製方法を提供することができる。
【0325】
そのため、同一基板上に、様々な機能を有する回路を作製することが可能である。こうして、従来ICチップ等で外付けされていたような回路も同一基板上に作製し、装置を小型・軽量化することができる。また、より少ないマスク枚数で、異なる特性を有する、複数のTFTを作り分けることが可能であるため、工程数を増加を低減し、コストを低く抑えることができる。
【0326】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の作製方法を示すブロック図。
【図2】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図3】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図4】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図5】本発明の半導体装置の上面図。
【図6】本発明の液晶表示装置等を有する半導体装置の作製方法を示す図。
【図7】本発明のOLED表示装置等を有する半導体装置の作製方法を示す図。
【図8】本発明のOLED表示装置等を有する半導体装置の作製方法を示す図。
【図9】従来の半導体装置の作製方法を示す図。
【図10】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図11】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図12】液晶表示装置の画素部の構造を示す回路図。
【図13】本発明の電子機器を示す図。
【図14】レーザアニ−ルに用いる光学系の模式図。
【図15】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの半導体薄膜のSEM観察像。
【図16】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの半導体薄膜のSEM観察像。
【図17】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの半導体活性層の特性を示すグラフ。
【図18】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図19】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの電気的特性を示す図。
【図20】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図21】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの電気的特性を示す図。
【図22】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの電気的特性を示す図。
【図23】本発明の半導体装置の作製方法によって形成されたTFTの電気的特性を示す図。
【図24】本発明の半導体装置の作製方法によって形成された配線の形状を示す図。
【図25】図4(C)に続く本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図26】図4(C)に続く本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図27】本発明の半導体装置の上面図。
【図28】本発明の半導体装置を用いた表示システムを示す図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a plurality of circuits and driven by different power supply voltages. Further, the present invention relates to an electronic device using the semiconductor device.
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor device including a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT) using a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface and having a circuit formed by the TFT has been developed. As typical examples of a semiconductor device having a circuit formed by a TFT, an active matrix type liquid crystal display device, an active matrix type OLED (Organic Light Emitting Diode) display device, and the like are known.
[0002]
Here, an example of a method for manufacturing a TFT will be described. FIG. 9 is used for the description.
[0003]
As shown in FIG. 9A, a polycrystalline semiconductor film manufactured by a method such as crystallization of an amorphous semiconductor film is patterned on a
[0004]
After forming the
[0005]
Next, as shown in FIG. 9C, the
[0006]
Thus, an N-channel TFT and a P-channel TFT can be formed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, characteristics such as field-effect mobility of TFTs (hereinafter, referred to as polycrystalline TFTs) using a crystalline semiconductor film (typically, a polycrystalline film) as an active layer have been improved. Therefore, it is becoming possible to form circuits having various functions using the TFT. Therefore, it has been expected that a circuit conventionally formed on a single crystal substrate will be formed on a substrate having an insulating surface, such as a glass substrate, by using a TFT, and attempts have been made. For example, it is expected that an arithmetic processing circuit, a memory element, and the like are formed using TFTs on the same substrate as a substrate on which pixels and the like of a display device such as a liquid crystal display device are formed.
[0008]
Here, in the case where various circuits are formed using TFTs on the same substrate having an insulating surface, characteristics required for the TFTs forming the circuits differ depending on the functions of the respective circuits. Therefore, it is necessary to separately produce TFTs having different characteristics. Hereinafter, differences in characteristics required for the TFTs forming the circuit according to the function of the circuit will be described with reference to specific examples.
[0009]
For example, a case in which an active matrix liquid crystal display device and an arithmetic processing circuit are to be formed over the same substrate using TFTs is described as an example. An active matrix liquid crystal display device includes a pixel portion including a plurality of pixels arranged in a matrix and a driving circuit portion (hereinafter, referred to as a pixel driving circuit portion) for inputting a video signal to the pixel portion. Have.
[0010]
FIG. 12 illustrates an example of a structure of a pixel portion of an active matrix liquid crystal display device. In the pixel portion, a plurality of signal lines S1 to Sx and scanning lines G1 to Gy are arranged. Pixels are arranged at intersections of the signal lines S1 to Sx and the scanning lines G1 to Gy. Each pixel has a switching element. The switching element selects the input of the video signal input to the signal lines S1 to Sx to each pixel according to the signal input to the scanning lines G1 to Gy. In FIG. 12, a TFT (hereinafter, referred to as a pixel TFT) 3002 is shown as the switching element. Further, a
[0011]
In each pixel, the gate electrode of the
[0012]
The
[0013]
On the other hand, a TFT included in a pixel driving circuit portion (hereinafter, referred to as a pixel driving circuit TFT) does not require a reduction in off-current or a reduction in size as much as a pixel TFT. However, since it operates with a power supply voltage of about 16 V, a withstand voltage is required.
[0014]
The arithmetic processing circuit requires a high driving frequency. For this reason, TFTs included in an arithmetic circuit are required to have improved carrier mobility and smaller size. On the other hand, an arithmetic circuit manufactured using a miniaturized TFT can operate with a power supply voltage of about 3 to 5 V, and the withstand voltage of the TFT is not required as high as that of a pixel TFT or a TFT for a pixel driving circuit.
[0015]
It is necessary to make different TFTs according to the above-mentioned required characteristics.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a plurality of TFTs each having different characteristics or having different design rules can be separately formed on the same substrate.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention takes the following measures.
[0018]
A method for manufacturing a gate electrode by forming a gate metal and partially etching the gate metal for each TFT having different required characteristics. That is, the resist is exposed to each of the TFTs having different required characteristics to form a resist mask. Using the resist mask, the gate metal is etched for each TFT having different required characteristics. Here, the gate metal covering the semiconductor active layer of the TFT other than the TFT whose gate electrode is being patterned is covered with a resist mask. The step of manufacturing a gate electrode of each TFT may be performed under conditions optimized according to required characteristics.
[0019]
Here, the gate metal to be formed may have a single-layer structure, a stacked structure of two layers, or a multilayer structure of two or more layers.
[0020]
Note that steps up to gate metal film formation can be the same for TFTs formed on the same substrate. In addition, it is possible to use the same process after forming the gate electrode in all the TFTs formed on the same substrate. Note that it is not always necessary to use the same steps for all the TFTs formed on the same substrate except for the gate electrode formation. Some of the steps may be common. Thus, a plurality of TFTs having different characteristics can be separately formed with a smaller number of masks.
[0021]
It is possible to change the shape of the gate electrode to be manufactured by changing the method of etching the gate metal for each TFT having different required characteristics. For example, a TFT having a gate electrode having a tapered end and a TFT having a gate electrode having a substantially vertical end can be separately formed. In a TFT including a gate electrode having a tapered end, a low-concentration impurity region can be formed in a self-aligned manner by doping an impurity element through the tapered portion. Therefore, a TFT having a configuration excellent in pressure resistance can be obtained. Here, it is difficult to reduce the gate length and gate width of a TFT having a gate electrode having a tapered end. That is, it is not suitable for miniaturization. On the other hand, a TFT provided with a gate electrode having a substantially vertical end has a shape suitable for miniaturization. Thus, the shape of the TFT gate electrode can be changed according to the required characteristics.
[0022]
The wiring can be formed by etching the gate metal at the same time as forming the gate electrode having a tapered end. The shape of this wiring has a tapered end. In the case of a wiring having a tapered end portion, disconnection of a film formed over the wiring can be prevented, and defects can be reduced.
[0023]
The wiring can be formed by etching the gate metal at the same time as forming the gate electrode having a substantially vertical end. The shape of this wiring has a substantially vertical end. A wiring having a substantially vertical end can reduce the ratio L / S between the wiring width (L) and the wiring interval (S) as compared with a wiring having a tapered end having the same cross-sectional area. is there. Therefore, a wiring having a vertical end has a shape suitable for integration. Thus, the shape of the wiring can be changed according to the portion of the semiconductor device.
[0024]
In addition, the exposure means of the resist used when patterning the gate electrode is changed for each TFT having different required characteristics. Thus, the resolution of the patterning of the gate electrode can be changed. Note that the exposure means indicates exposure conditions and an exposure apparatus. The exposure apparatus has a radiant energy source (optical power source, electron beam source, or X-ray source) for exposing the resist, and exposes the pattern on the original (reticle or mask) to the resist using the radiant energy source. Device. Examples of the exposure apparatus that can be used include, but are not limited to, a reduction projection exposure apparatus (commonly called a stepper) and a mirror projection type exposure apparatus (hereinafter, referred to as MPA) that is a 1: 1 projection exposure apparatus. . A known exposure apparatus can be used freely. The exposure conditions include the wavelength of the radiant energy source used for the exposure, the magnification when exposing the original (reticle or mask) to the resist, the material of the resist, the exposure time, and the like.
[0025]
Further, in order to form a source region, a drain region, a Lov region, a Loff region, and the like of each TFT, doping with an impurity element is performed as necessary.
[0026]
An example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A illustrates a typical example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. In FIG. 1A, a process for manufacturing a first TFT and a second TFT, which have different required characteristics, on the same substrate will be described.
[0027]
On each semiconductor active layer of the first TFT and the second TFT, a gate insulating film, a gate metal, and a resist are sequentially formed in common (film formation of the gate metal and the resist). After that, a first exposure is performed to form a resist mask for manufacturing a gate electrode of the first TFT. After that, the gate metal is etched using the resist mask to form a gate electrode of the first TFT (preparing a gate electrode of the first TFT). After that, doping with an impurity element is performed. For the first TFT, during the steps of the first exposure, the preparation of the gate electrode, the doping, and the like, the gate metal on the semiconductor active layer corresponding to the second TFT is covered with a resist mask so as not to be etched. .
[0028]
Next, after removing the resist mask, a new resist film is formed so as to cover regions where the first TFT and the second TFT are to be formed (resist film formation). After that, a second exposure is performed to form a resist mask for manufacturing a gate electrode of the second TFT. After that, the gate metal is etched using the resist mask to form a gate electrode of the second TFT (preparing a gate electrode of the second TFT). After that, doping with an impurity element is performed. For the second TFT, while performing the second exposure, the production of the gate electrode, the doping, and the like, the gate metal on the semiconductor active layer corresponding to the first TFT is covered with a resist mask so as not to be etched. .
[0029]
Thus, the first TFT and the second TFT are separately formed.
[0030]
Note that in the step of forming the gate electrode of each of the TFTs (the first TFT and the second TFT), the etching of the gate metal may be performed stepwise, and a doping step of an impurity element may be performed during the step.
[0031]
FIG. 1D illustrates an example in which a gate metal of a first TFT or a second TFT is formed in a step of etching a gate metal in a step and a step of doping an impurity element during the step. Note that in FIG. 1D, only the manufacturing process of one of the first TFT and the second TFT is described.
[0032]
As shown in FIG. 1D, after the first gate metal etching (gate metal etching 1), doping with an impurity element is performed. Next, after the second gate metal etching (gate metal etching 2), doping with an impurity element is performed. Further, a gate electrode is formed by the third gate metal etching (gate metal etching 3).
[0033]
Here, in the above two dopings, the shape of the gate metal serving as a mask in the doping of the impurity element is changed. Thus, it is possible to form, in the semiconductor active layer, a region to which the impurity element is added by both of the two dopings and a region to which the impurity element is added only by the doping step after the
[0034]
The step illustrated in FIG. 1D may be performed in the step of manufacturing the gate electrode in FIG. 1A (the step of manufacturing the gate electrode of the first TFT and the step of manufacturing the gate electrode of the second TFT). .
[0035]
In the case of a TFT in which a gate manufacturing process is performed as illustrated in FIG. 1D, a subsequent impurity element doping process is not necessarily required.
[0036]
FIG. 1B illustrates an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from FIG. 1A. In the step shown in FIG. 1A, after the gate electrodes of the respective TFTs (the first TFT and the second TFT) are formed, doping with an impurity element is performed. However, in the manufacturing method illustrated in FIG. 1B, after the gate electrode of the first TFT is manufactured, the gate electrode of the second TFT is manufactured without doping an impurity element. Finally, the first TFT and the second TFT are manufactured by performing the impurity element doping step commonly on the first TFT and the second TFT. In the step illustrated in FIG. 1B, the number of times of doping is smaller than that in FIG. 1A, and the number of manufacturing steps can be reduced.
[0037]
FIG. 1C is an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from FIGS. 1A and 1B. The manufacturing method illustrated in FIG. 1C is a combination of the manufacturing method illustrated in FIG. 1A and the manufacturing method illustrated in FIG. That is, this is a manufacturing method in which part of the doping step in manufacturing the first TFT and part of the doping step in manufacturing the second TFT are performed simultaneously. Since part of the doping steps of the first TFT manufacturing step and the second TFT manufacturing step is performed at the same time, the manufacturing steps can be simplified as compared with the manufacturing method in FIG. On the other hand, a doping step is also performed in each of the manufacturing steps of the first TFT and the second TFT, so that the conditions for doping an impurity element in the manufacturing method of FIG. And the second TFT.
[0038]
Note that in the step of forming the gate electrode of each of the TFTs (the first TFT and the second TFT), the etching of the gate metal may be performed stepwise, and a doping step of an impurity element may be performed during the step. For example, a step illustrated in FIG. 1D is performed in a step of manufacturing a gate electrode in FIG. 1C (a step of manufacturing a gate electrode of a first TFT and a step of forming a gate electrode of a second TFT). Is also good. In the case of a TFT in which a gate manufacturing process is performed as illustrated in FIG. 1D, a subsequent impurity element doping process is not necessarily required.
[0039]
Note that in each of the manufacturing methods illustrated in FIGS. 1A to 1C, the exposure unit used in the first exposure step and the exposure unit used in the second exposure step are the same. You can do it or you can make it different. An example in which the exposure unit used in the first exposure step and the exposure unit used in the second exposure step are different will be described below.
[0040]
For example, when the second TFT is required to be finer than the first TFT, the wavelength of light used in the second exposure process is compared with the wavelength of light used in the first exposure process. Be short. Further, for example, in the case where the second TFT is required to be finer than the first TFT, in the first exposure step, exposure is performed using MPA, and in the second exposure step, a stepper is used. Exposure is performed using.
[0041]
A method of changing exposure means in manufacturing a resist mask for forming gate electrodes of the first TFT and the second TFT will be described with reference to FIGS.
[0042]
As shown in FIG. 11A, a region (first region) having a TFT (first TFT) on which a gate electrode is patterned by a resist mask obtained in a first exposure step is provided over a substrate. A region (second region) having a TFT (second TFT) in which a gate electrode is patterned can be separately formed by the resist mask obtained in the second exposure process.
[0043]
Here, in the production of the gate electrode of the first TFT and the production of the gate electrode of the second TFT, it is desirable that the production of the gate electrode of the TFT for which miniaturization is required is performed later. Thus, a wiring formed by etching the gate metal in the step of forming the gate electrode of the first TFT, and a wiring formed by etching the gate metal in the step of forming the gate electrode of the second TFT And can be connected smoothly.
[0044]
Further, each of the first exposure step and the second exposure step may be performed using a plurality of exposure means. For example, as shown in FIG. 11B, a region (first region) where the gate electrode is patterned by the resist mask obtained in the first exposure step is formed by first exposure means and first exposure. It is possible to perform patterning using a resist mask formed using both the second exposure means different from the means. That is, after forming a resist that can be used in common by the first exposure unit and the second exposure unit, exposure is performed in the first region by the first exposure unit. Subsequently, exposure is performed by the second exposure means. Finally, development may be performed to form a resist mask.
[0045]
In each of the first TFT manufacturing process and the second TFT manufacturing process in FIG. 1, a resist mask is newly formed in addition to a resist mask necessary for etching a gate metal, and impurities are selectively formed in a specific region. Elements may be added. In this manner, an impurity region which is not formed in a self-aligned manner by the gate electrode can be formed.
[0046]
Further, a sidewall may be formed on a side surface of the gate electrode with an insulator. Further, an LDD region may be formed by adding an impurity element using the sidewall as a mask. In particular, when an LDD region or the like is formed in a TFT requiring miniaturization, the above-described method using the sidewall can more accurately align the mask than forming the LDD region using a resist mask. Therefore, it is preferable.
[0047]
Note that in the step of manufacturing the gate electrode of the first TFT in FIG. 1, gate electrodes corresponding to two TFTs having different polarities may be manufactured at the same time. Further, in the manufacturing process of the gate electrode of the second TFT in FIG. 1, gate electrodes corresponding to two TFTs having different polarities may be manufactured at the same time. At this time, in the manufacturing process of the first TFT and the manufacturing process of the second TFT, it is necessary to change the doping condition of the impurity element according to the TFT of each polarity. Therefore, a resist mask may be newly formed in addition to a resist mask necessary for etching the gate metal, and an impurity element may be selectively added to a specific region.
[0048]
The semiconductor films forming the semiconductor active layers of the first TFT and the second TFT may be crystallized by laser annealing using continuous wave laser light.
[0049]
Note that FIG. 1 shows the step of separately forming the gate electrode of the TFT by performing the two exposure steps (first exposure and second exposure); however, the present invention is not limited to this. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention includes a plurality of exposure steps, and can be applied to a step of separately forming a gate electrode of a TFT for each exposure step.
[0050]
Thus, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a plurality of TFTs each having different characteristics or having different design rules can be separately formed over the same substrate.
[0051]
According to the present invention, circuits having various functions can be manufactured over one substrate. In this way, a circuit that has been conventionally externally mounted with an IC chip or the like can be manufactured on the same substrate, and the device can be reduced in size and weight. In addition, since a plurality of TFTs having different characteristics can be separately formed with a smaller number of masks, the increase in the number of steps can be reduced, and the cost can be reduced.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the example of the manufacturing process described in
[0053]
In FIG. 2A, as a
[0054]
Next, a base film (not shown) made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed over the
[0055]
In this embodiment mode, the first layer of the base film is made of SiH using a plasma CVD method. 4 , NH 3 , And N 2 A silicon nitride oxide film formed with O as a reaction gas is formed to a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 100 nm). In this embodiment, the silicon nitride oxide film is formed to a thickness of 50 nm. Next, as the second layer of the base film, SiH 4 And N 2 A silicon oxynitride film is formed to a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm) using O as a reaction gas. In this embodiment, the silicon oxynitride film is formed to a thickness of 100 nm.
[0056]
Subsequently, a semiconductor film is formed over the base film. The semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known means (sputtering, LPCVD, plasma CVD, or the like). Next, the semiconductor film is crystallized using a known crystallization method (laser crystallization method, thermal crystallization method using RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or the like). Note that a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization and a laser crystallization method may be combined. For example, after performing a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, a laser crystallization method may be performed.
[0057]
Then, the obtained crystalline semiconductor film is patterned into a desired shape to form semiconductor layers (semiconductor active layers) 102a to 102d. Note that as the semiconductor layer, an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film, or the like can be used.
[0058]
In this embodiment mode, an amorphous silicon film with a thickness of 55 nm is formed by a plasma CVD method. Then, a solution containing nickel is held on the amorphous silicon film, and after the amorphous silicon film is dehydrogenated (500 ° C., 1 hour), thermal crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed. Line to form a crystalline silicon film. Thereafter, island-shaped
[0059]
Note that when a crystalline semiconductor film is formed by a laser crystallization method, a continuous wave or pulsed gas laser or a solid laser may be used. As the former gas laser, excimer laser, YAG laser, YVO 4 Laser, YLF laser, YAlO 3 Laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, or the like can be used. The latter solid-state laser includes YAG, YVO doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti or Tm. 4 , YLF, YAlO 3 A laser using a crystal such as the above can be used. The fundamental wave of the laser depends on the material to be doped, and a laser beam having a fundamental wave of about 1 μm can be obtained. Harmonics with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element. Note that in order to obtain a crystal with a large grain size during crystallization of the amorphous semiconductor film, it is preferable to use a solid-state laser capable of continuous oscillation and apply the second to fourth harmonics of a fundamental wave. . Typically, Nd: YVO 4 A second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of a laser (a fundamental wave of 1064 nm) is applied.
[0060]
In addition, a continuous oscillation YVO with an output of 10 W 4 Laser light emitted from the laser is converted into harmonics by a nonlinear optical element. Furthermore, YVO is placed in the resonator. 4 There is also a method of emitting a harmonic by putting a crystal and a nonlinear optical element. Then, the laser light is preferably shaped into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and the laser beam is irradiated on the object to be processed. The energy density at this time is 0.01 to 100 MW / cm 2 Degree (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2 )is necessary. Then, irradiation is performed by moving the semiconductor film relatively to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
[0061]
In the case of using the above laser, it is preferable that a laser beam emitted from a laser oscillator be linearly condensed by an optical system and irradiated on a semiconductor film. The crystallization conditions are set as appropriate. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is set to 300 Hz, and the laser energy density is set to 100 to 700 mJ / cm. 2 (Typically 200 to 300 mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used to set the pulse oscillation frequency to 1 to 300 Hz, and the laser energy density is set to 300 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 350-500 mJ / cm 2 ). Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm (preferably 400 μm) is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition rate (overlap rate) of the linear beam at this time is set to 50 to 98% Is also good.
[0062]
However, in the present embodiment, since the amorphous silicon film is crystallized using a metal element that promotes crystallization, the metal element remains in the crystalline silicon film. Therefore, an amorphous silicon film having a thickness of 50 to 100 nm is formed on the crystalline silicon film, and heat treatment (such as RTA method or thermal annealing using a furnace annealing furnace) is performed. After the metal element is diffused, the amorphous silicon film is removed by etching after the heat treatment. As a result, the content of the metal element in the crystalline silicon film can be reduced or removed.
[0063]
Note that after forming the island-shaped
[0064]
Next, a
[0065]
Here, a specific region of the
[0066]
Next, the first
[0067]
In this embodiment mode, the TaN film serving as the first
[0068]
Note that in this embodiment mode, the first
[0069]
Next, a resist 105 is formed. As a method for forming the resist 105, a coating method can be used. Note that a spin coater or a roll coater may be used for the coating method. The resist 105 can be either a positive type or a negative type, and can be selected according to a light source used at the time of exposure.
[0070]
Next, as shown in FIG. 2B, the resist 105 is exposed (first exposure) to form resist
[0071]
Note that the portions of the first
[0072]
Under the above etching conditions, the shape of the resist mask is made appropriate, so that the ends of the first
[0073]
Then, a first doping process (doping 1) is performed to add an impurity element imparting N-type. The doping may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are as follows: Thirteen ~ 5 × 10 14 atoms / cm 2 And an acceleration voltage of 60 to 100 kV. An element belonging to Group XV, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting the N-type. Here, phosphorus (P) is used. In this case, the first shape conductive layers 106 and 107 (the first
[0074]
Next, as shown in FIG. 2C, a second etching process (gate metal etching 2) is performed without removing the resist mask. CF for etching gas 4 And Cl 2 And O 2 Is used to selectively etch the W film. Thus, the second shape conductive layers 412 and 413 (the first
[0075]
CF of W film and Ta film 4 And Cl 2 The etching reaction by the mixed gas of (1) and (2) can be inferred from the generated radical or ionic species and the vapor pressure of the reaction product. Comparing the vapor pressures of fluorides of W and Ta and chlorides, WF, which is a fluoride of W, 6 Is extremely high and other WCl 5 , TaF 5 , TaCl 5 Are comparable. Therefore, CF 4 And Cl 2 With the mixed gas, both the W film and the Ta film are etched. However, an appropriate amount of O 2 To add CF 4 And O 2 Reacts to form CO and F, and a large amount of F radicals or F ions are generated. As a result, the etching rate of the W film having a high fluoride vapor pressure increases. On the other hand, in Ta, the increase in the etching rate is relatively small even when the F increases. Also, since Ta is more easily oxidized than W, O 2 Is added to oxidize the surface of Ta. Since the oxide of Ta does not react with fluorine or chlorine, the etching rate of the Ta film is further reduced. Therefore, it is possible to make a difference in the etching rate between the W film and the Ta film, and it is possible to make the etching rate of the W film higher than that of the Ta film.
[0076]
Then, a second doping process (doping 2) is performed. In this case, the dose is lower than that in the first doping process, and an impurity element imparting N-type is doped under a condition of a high acceleration voltage. For example, the acceleration voltage is set to 70 to 120 kV and 1 × 10 Thirteen atoms / cm 2 2B, a new impurity region is formed inside the
[0077]
Subsequently, a third etching process (gate metal etching 3) is performed as shown in FIG. CHF for etching gas 6 Using a reactive ion etching method (RIE method). By the third etching treatment, the tapered portions of the first
[0078]
Next, as shown in FIG. 2E, after removing the resist
[0079]
Next, the resist 186 is exposed (second exposure) to form resist
[0080]
After that, a third doping process (doping 3) is performed. In the third doping treatment, an impurity element imparting N-type is added. The doping may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are as follows: Thirteen ~ 5 × 10 14 atoms / cm 2 And an acceleration voltage of 60 to 100 kV. An element belonging to Group XV, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting the N-type. Here, phosphorus (P) is used. In this case, the
[0081]
Note that in this embodiment mode, the conditions of the doping of the impurity element into the
[0082]
Next, as shown in FIG. 2G, after removing the resist
[0083]
Note that phosphorus is added to the
[0084]
Through the above steps, impurity regions are formed in the
[0085]
Thus, as shown in FIG. 2H, an N-channel TFT 71, a P-channel TFT 72, an N-
[0086]
The N-channel TFT 71 includes high-
[0087]
The N-
[0088]
For example, a circuit requiring high withstand voltage can be manufactured using the N-channel TFT 71 and the P-channel TFT 72, and a circuit requiring miniaturization can be manufactured using the N-
[0089]
Note that the exposure unit used in the first exposure step and the exposure unit used in the second exposure step can be the same or different. Here, in general, the shorter the wavelength of the radiant energy source used for exposure, the higher the resolution at the time of exposure. Therefore, for example, when the N-
[0090]
Further, the exposure apparatus used for the first exposure step and the exposure apparatus used for the second exposure step can be the same or different.
[0091]
For example, in a case where the N-
[0092]
As another example, when the N-
[0093]
As described above, by changing the exposure means in the first exposure step and the second exposure step, it is possible to manufacture a semiconductor device having high productivity and a TFT having good characteristics. is there. Note that the exposure means (exposure conditions and exposure apparatus) used in the first exposure and the second exposure step are not limited to the above. Known exposure means can be used freely. In addition, each of the first exposure step and the second exposure step may be performed using a plurality of exposure units.
[0094]
Note that in this embodiment, a manufacturing process of a single-gate TFT is described; however, a double-gate structure or a multi-gate structure having more gates may be used.
[0095]
Note that in this embodiment mode, a top-gate TFT is described and a manufacturing process thereof is described. However, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a dual-gate TFT. Note that a dual-gate TFT is a TFT that has a gate electrode that overlaps over a channel region with an insulating film interposed therebetween and a gate electrode that overlaps under the channel region with an insulating film interposed therebetween.
[0096]
Further, with the use of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of shapes of electrodes, wirings, and the like of elements other than TFTs formed using a gate metal.
[0097]
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from that in
[0098]
In FIG. 3A, as a
[0099]
Subsequently, a semiconductor film is formed over the base film. The semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known means (sputtering, LPCVD, plasma CVD, or the like). Next, the semiconductor film is crystallized using a known crystallization method (laser crystallization method, thermal crystallization method using RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or the like). Note that a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization and a laser crystallization method may be combined. For example, after performing a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, a laser crystallization method may be performed.
[0100]
Then, the obtained crystalline semiconductor film is patterned into a desired shape to form semiconductor layers (semiconductor active layers) 202a to 202e. Note that as the semiconductor layer, an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film, or the like can be used. In this embodiment mode, an amorphous silicon film with a thickness of 55 nm is formed by a plasma CVD method. Then, a solution containing nickel is held on the amorphous silicon film, and after the amorphous silicon film is dehydrogenated (500 ° C., 1 hour), thermal crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed. Line to form a crystalline silicon film. Thereafter, island-shaped
[0101]
Note that when a crystalline semiconductor film is formed by a laser crystallization method, a continuous wave or pulsed gas laser or a solid laser may be used. As the former gas laser, excimer laser, YAG laser, YVO 4 Laser, YLF laser, YAlO 3 Laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, or the like can be used. The latter solid-state laser includes YAG, YVO doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti or Tm. 4 , YLF, YAlO 3 A laser using a crystal such as the above can be used. The fundamental wave of the laser depends on the material to be doped, and a laser beam having a fundamental wave of about 1 μm can be obtained. Harmonics with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element. Note that in order to obtain a crystal with a large grain size during crystallization of the amorphous semiconductor film, it is preferable to use a solid-state laser capable of continuous oscillation and apply the second to fourth harmonics of a fundamental wave. . Typically, Nd: YVO 4 A second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of a laser (a fundamental wave of 1064 nm) is applied.
[0102]
In addition, a continuous oscillation YVO with an output of 10 W 4 Laser light emitted from the laser is converted into harmonics by a nonlinear optical element. Furthermore, YVO is placed in the resonator. 4 There is also a method of emitting a harmonic by putting a crystal and a nonlinear optical element. Then, the laser light is preferably shaped into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and the laser beam is irradiated on the object to be processed. The energy density at this time is 0.01 to 100 MW / cm 2 Degree (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2 )is necessary. Then, irradiation is performed by moving the semiconductor film relatively to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
[0103]
In the case of using the above laser, it is preferable that a laser beam emitted from a laser oscillator be linearly condensed by an optical system and irradiated on a semiconductor film. The crystallization conditions are set as appropriate. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is set to 300 Hz, and the laser energy density is set to 100 to 700 mJ / cm. 2 (Typically 200 to 300 mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used to set the pulse oscillation frequency to 1 to 300 Hz, and the laser energy density is set to 300 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 350-500 mJ / cm 2 ). Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm (preferably 400 μm) is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition rate (overlap rate) of the linear beam at this time is set to 50 to 98% Is also good.
[0104]
However, in the present embodiment, since the amorphous silicon film is crystallized using a metal element that promotes crystallization, the metal element remains in the crystalline silicon film. Therefore, an amorphous silicon film having a thickness of 50 to 100 nm is formed on the crystalline silicon film, and heat treatment (such as RTA method or thermal annealing using a furnace annealing furnace) is performed. After the metal element is diffused, the amorphous silicon film is removed by etching after the heat treatment. As a result, the content of the metal element in the crystalline silicon film can be reduced or removed.
[0105]
After the island-shaped
[0106]
Next, a
[0107]
Here, a specific region of the
[0108]
Next, a first conductive film 204a is formed of TaN to a thickness of 20 to 100 nm, and a second conductive film 204b is formed of W to a thickness of 100 to 400 nm. In this embodiment mode, a first conductive film 204a made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film 204b made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. In this embodiment, the TaN film serving as the first conductive film 204a is formed by a sputtering method in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film serving as the second conductive film 204b is formed by a sputtering method using a W target. In addition, tungsten hexafluoride (WF 6 ) Can be formed by a thermal CVD method. In any case, in order to use it as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and it is desirable that the resistivity of the W film be 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by enlarging the crystal grains. However, when the W film contains a large amount of impurity elements such as oxygen, crystallization is inhibited and the resistance is increased. Therefore, in this embodiment mode, the W film is formed by a sputtering method using a high-purity W (purity: 99.9999%) target, and further taking care not to mix impurities from the gas phase during film formation. By forming, a resistivity of 9 to 20 μΩcm could be realized.
[0109]
Note that in this embodiment mode, the first conductive film 204a is a TaN film and the second conductive film 204b is a W film; however, the materials forming the first conductive film 204a and the second conductive film 204b are not particularly limited. Not done. The first conductive film 204a and the second conductive film 204b are made of an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, and Nd, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. It may be formed. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus or an AgPdCu alloy may be used.
[0110]
Next, a resist 205 is formed. As a method for forming the resist 205, a coating method can be used. Note that a spin coater or a roll coater may be used for the coating method. The resist 205 can be either a positive type or a negative type, and can be selected according to a light source used at the time of exposure.
[0111]
Next, the resist 205 is exposed (first exposure) to form resist
[0112]
Next, as shown in FIG. 3C, a second etching process (gate metal etching 2) is performed without removing the resist
[0113]
Then, a first doping process (doping 1) is performed without removing the resist
[0114]
Subsequently, as shown in FIG. 3D, after removing the resist
[0115]
As a result of performing the above-described second doping process, the second impurity regions (Lov regions) 225a and 225b overlapping with the first conductive layer 213a have 1 × 10 18 ~ 5 × 10 19 atoms / cm 3 Is added in the concentration range of. The
[0116]
Note that in this embodiment, the
[0117]
Next, as shown in FIG. 3E, after removing the resist
[0118]
Next, the resist 286 is exposed (second exposure) to form resist
[0119]
After that, a third doping process (doping 3) is performed. In the third doping treatment, an impurity element imparting N-type is added. The doping may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are as follows: Thirteen ~ 5 × 10 14 atoms / cm 2 And an acceleration voltage of 60 to 100 kV. An element belonging to Group XV, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting the N-type. Here, phosphorus (P) is used. In this case, the
[0120]
Next, as shown in FIG. 3G, a fourth doping process (doping 4) is performed. In the fourth doping process, an impurity element imparting P-type is added. The doping may be performed by an ion doping method or an ion implantation method.
[0121]
Through the above steps, impurity regions are formed in the
[0122]
Thus, as shown in FIG. 3H, an N-
[0123]
The N-
[0124]
The N-channel TFT 64 has a
[0125]
Note that the exposure means in manufacturing the gate electrodes of the N-
[0126]
For example, a circuit that requires a withstand voltage is manufactured by using an N-
[0127]
Note that in this embodiment, a manufacturing process of a single-gate TFT is described; however, a double-gate structure or a multi-gate structure having more gates may be used. In this embodiment mode, a top gate type TFT is described, and a manufacturing process thereof is described. However, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a dual-gate TFT.
[0128]
Further, with the use of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of shapes of electrodes, wirings, and the like of elements other than TFTs formed using a gate metal.
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from
[0129]
In accordance with the steps of
[0130]
After that, as shown in FIG. 4E, after removing the resist
[0131]
Subsequently, as shown in FIG. 4F, new resist
[0132]
As a result of performing the above-described second doping process, the
[0133]
In this embodiment mode, the
[0134]
Next, as shown in FIG. 4G, after removing the resist
[0135]
Through the above steps, impurity regions are formed in the
[0136]
Thus, as shown in FIG. 4H, an N-
[0137]
The N-
[0138]
Further, the N-
[0139]
In the third embodiment, in the step shown in FIG. 4F, a resist mask covering only the third shape
[0140]
Note that the exposure means in manufacturing the gate electrodes of the N-
[0141]
For example, a circuit requiring high withstand voltage is manufactured using the N-
[0142]
Note that in this embodiment, a manufacturing process of a single-gate TFT is described; however, a double-gate structure or a multi-gate structure having more gates may be used. In this embodiment mode, a top gate type TFT is described, and a manufacturing process thereof is described. However, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a dual-gate TFT.
[0143]
Further, with the use of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of shapes of electrodes, wirings, and the like of elements other than TFTs formed using a gate metal.
[0144]
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from
[0145]
According to the steps of Embodiment Mode 3, the structure up to FIG. Next, as shown in FIG. 25E, the resist
[0146]
Subsequently, as shown in FIG. 25F, after removing the resist mask 8000, new resist masks 9101 and 9102 are formed. A second doping process (doping 2) is performed, and a low-concentration impurity element imparting p-type is added to the semiconductor layer 202e. The second doping treatment may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. In this embodiment, diborane (B 2 H 6 ) Is used. In this manner, the
[0147]
Next, as shown in FIG. 25G, after removing the resist masks 9101 and 9102, resist
[0148]
Next, as shown in FIG. 25H, after removing the resist
[0149]
Note that although phosphorus is added to the
[0150]
Through the above steps, impurity regions are formed in the
[0151]
Thus, as shown in FIG. 25I, an N-
[0152]
The N-
[0153]
The N-
[0154]
Exposure means for manufacturing the gate electrodes of the N-
[0155]
Note that in this embodiment, a manufacturing process of a single-gate TFT is described; however, a double-gate structure or a multi-gate structure having more gates may be used. In this embodiment mode, a top gate type TFT is described, and a manufacturing process thereof is described. However, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a dual-gate TFT.
[0156]
Further, with the use of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of shapes of electrodes, wirings, and the like of elements other than TFTs formed using a gate metal.
[0157]
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention which is different from
[0158]
According to the steps of Embodiment Mode 4, the structure up to FIG. Next, as shown in FIG. 26E, the resist
[0159]
Next, as shown in FIG. 26F, the resist mask 8000 is removed, and new resist
[0160]
Next, as shown in FIG. 26G, the resist
[0161]
Next, as shown in FIG. 26H, the resist
[0162]
Next, as shown in FIG. 26I, the insulating film 8003 is anisotropically etched to form sidewalls 8006a, 8006b, 8007a, 8007b, 8008a, 8008b, 8009a, 8009b, 8010a, and 8010b.
[0163]
Next, as shown in FIG. 26J, resist masks 8011 and 8012 are formed. The entire surfaces of the
[0164]
Through the above steps, impurity regions are formed in the
[0165]
Thus, as shown in FIG. 26K, an N-
[0166]
The N-
[0167]
The N-
[0168]
Exposure means for manufacturing gate electrodes of the N-
[0169]
Note that in this embodiment, a manufacturing process of a single-gate TFT is described; however, a double-gate structure or a multi-gate structure having more gates may be used. In this embodiment mode, a top gate type TFT is described, and a manufacturing process thereof is described. However, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a dual-gate TFT.
[0170]
Further, with the use of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of shapes of electrodes, wirings, and the like of elements other than TFTs formed using a gate metal.
[0171]
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example of a wiring formed using a gate metal in the manufacturing method described in
[0172]
A step of etching the gate metal using the resist mask formed by the first exposure in the manufacturing method of
[0173]
FIG. 10A is a top view showing a resist mask 401 formed over the
[0174]
Next, the resist mask 401 is removed, and a resist
[0175]
Here, by increasing the resolution of the patterning of the second exposure higher than the resolution of the patterning of the first exposure, the wiring 402 and the
[0176]
Next, a cross-sectional view of a wiring formed using a gate metal in the manufacturing method described in
[0177]
FIG. 24A is a cross-sectional view of a wiring formed by etching a gate metal using a resist mask formed by the first exposure in the manufacturing methods of
[0178]
The ratio L2 / S1 of the wiring width L2 of the wirings 442a and 442b and the wiring distance S1 can be smaller than the ratio L1 / S1 of the wiring width L1 of the wirings 441a and 441b and the wiring distance S1. That is, the wirings 442a and 442b have a shape suitable for integration.
[0179]
Thus, in the semiconductor device, the shape of the wiring formed by the gate metal can be appropriately selected. This embodiment mode can be implemented by being freely combined with
[0180]
【Example】
(Example 1)
Example 1 In this example, an example of manufacturing a semiconductor device including an arithmetic processing circuit (CPU), a memory circuit, and the like formed over the same substrate as a display device by using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described.
[0181]
FIG. 5 is a top view of a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. In FIG. 5, the semiconductor device includes a display device 551 and a
[0182]
Note that the
[0183]
5 and 27 show an example in which a liquid crystal display device is used as the display device 551. As the pixel portion 501 of the liquid crystal display device 551, the structure shown in FIG. 12 can be used for a problem to be solved by the invention.
[0184]
In FIG. 12, a
[0185]
On the other hand, in FIGS. 5 and 27, the TFTs (TFTs for the pixel driving circuit) included in the pixel driving circuit portion (the scanning
[0186]
The arithmetic processing circuit (CPU unit) 552 requires a high driving frequency. Therefore, for the TFT included in the CPU portion 552 (hereinafter, referred to as an arithmetic circuit TFT), improvement in carrier mobility and miniaturization are required. On the other hand, since the arithmetic processing circuit (CPU unit) 552 manufactured using the miniaturized TFT operates with a power supply voltage of about 3 to 5 V, the withstand voltage of the TFT is not required to be as high as that of a pixel TFT or a TFT for a pixel driving circuit. .
[0187]
Therefore, in Embodiment 3, the manufacturing method illustrated in FIG. 4 is used in order to separately manufacture TFTs included in the circuits illustrated in FIGS. The N-
[0188]
Thus, a semiconductor device including an arithmetic processing circuit (CPU), a memory circuit, and the like formed over the same substrate as a display device can be manufactured using a TFT suitable for each circuit.
[0189]
Note that the present invention can be implemented by freely combining with
[0190]
(Example 2)
Example 1 In this example, a semiconductor device including a CPU portion (an arithmetic processing circuit (CPU), a memory circuit, and the like) formed over the same substrate as a display device is manufactured using a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Here is an example. Note that the configurations of the display device and the CPU portion, and the TFTs used for those circuits can be the same as those in the first embodiment.
[0191]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured using the present invention. As a pixel TFT constituting the pixel portion, an N-
[0192]
As shown in FIG. 6A, a first
[0193]
Next, heat treatment (heat treatment) is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layer and activate the impurity element added to the semiconductor layer. This heat treatment is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. The thermal annealing method may be performed at 400 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. In this embodiment, the activation treatment is performed at 410 ° C. for one hour. Note that, other than the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied. Further, heat treatment may be performed before forming the first
[0194]
As described above, by performing heat treatment after forming the first interlayer insulating film 6036 (an insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film), hydrogenation of the semiconductor layer can be performed simultaneously with the activation process. it can. In the hydrogenation step, dangling bonds in the semiconductor layer are terminated by hydrogen contained in the first
[0195]
Next, as shown in FIG. 6B, a second
[0196]
Next, the second
[0197]
Subsequently, as shown in FIG. 6C, an
[0198]
Next, a
[0199]
Next, a
[0200]
Then, the
[0201]
Then, a polarizing plate and an FPC (not shown) are attached. By the FPC, a terminal led from an element or a circuit formed over the
[0202]
In this embodiment, a reflective liquid crystal display device in which the
[0203]
This embodiment can be implemented by being freely combined with
[0204]
(Example 3)
In this embodiment, an example of manufacturing a semiconductor device including a CPU portion (an arithmetic processing circuit (CPU), a storage circuit, and the like) formed over the same substrate as a display device by using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Is shown. Note that the configurations of the display device and the CPU portion, and the TFTs used for those circuits can be the same as those in the first embodiment.
[0205]
However, in this embodiment, it is assumed that the display device is an OLED display device in which an OLED element is arranged in each pixel. The OLED element has a configuration including an anode, a cathode, and an organic compound layer interposed between the anode and the cathode. The OLED element emits light by applying a voltage between the anode and the cathode. The organic compound layer can have a laminated structure. A typical example is a laminated structure of “hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer” proposed by Tang et al. Of Kodak Eastman Company. In addition, a hole injection layer / a hole transport layer / a light emitting layer / an electron transport layer, or a hole injection layer / a hole transport layer / a light emitting layer / an electron transport layer / an electron injection layer are stacked in this order on the anode. The structure may be sufficient. The light emitting layer may be doped with a fluorescent dye or the like. All the layers provided between the cathode and the anode of the OLED element are collectively called an organic compound layer. Therefore, the above-described hole injection layer, hole transport layer, light emitting layer, electron transport layer, electron injection layer, and the like are all included in the organic compound layer. When a predetermined voltage is applied to the organic compound layer having the above structure from a pair of electrodes (anode and cathode), recombination of carriers occurs in the light-emitting layer to emit light. The OLED element may use either light emission (fluorescence) from a singlet exciton or light emission (phosphorescence) from a triplet exciton. An OLED display device has advantages such as excellent responsiveness, operation at a low voltage, and a wide viewing angle, and thus has attracted attention as a next-generation flat panel display.
[0206]
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured using the present invention. As a TFT constituting a pixel portion, a TFT connected in series with an OLED element is typically shown as an N-
[0207]
According to Embodiment 3, the structure is manufactured up to the state illustrated in FIG. In FIG. 7B, a first
[0208]
As described above, by performing heat treatment after forming the first interlayer insulating film 5036 (an insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film), hydrogenation of the semiconductor layer is performed simultaneously with the activation process. Can be. In the hydrogenation step, dangling bonds in the semiconductor layer are terminated by hydrogen contained in the first
[0209]
Next, a second
[0210]
Next, the second
[0211]
Next, a
[0212]
Next, wirings 5039 to 5046 electrically connected to the source region and the drain region of each of the TFTs (N-
[0213]
Next, as shown in FIG. 7D, a third
[0214]
An example of a combination of the second
[0215]
An opening is formed in the third
[0216]
Next, an
[0219]
As the organic light emitting material, a low molecular weight organic light emitting material, a high molecular weight organic light emitting material, and a medium molecular weight organic light emitting material can be freely used. Note that the medium molecular organic light-emitting material refers to an organic light-emitting material having no sublimability and having a degree of polymerization of about 20 or less.
[0218]
In this embodiment, the
[0219]
As an example of using a high molecular weight organic light emitting material, a 20 nm polythiophene (PEDOT) film is provided as a hole injection layer by spin coating, and a 100 nm paraphenylene vinylene (PPV) film is provided thereon as a light emitting layer. The
[0220]
Note that the
[0221]
Next, a
[0222]
The OLED element is completed when the
[0223]
It is effective to provide the
[0224]
Note that the steps from the formation of the third
[0225]
In fact, when the state shown in FIG. 7 (D) is completed, a protective film (laminate film, ultraviolet curable resin film, etc.) with high airtightness and low degassing, or a light-transmitting It is preferable to package (enclose) with a sealing material. At this time, the reliability of the OLED element is improved by setting the inside of the sealing material to an inert atmosphere or disposing a hygroscopic material (for example, barium oxide) inside.
[0226]
If the airtightness is improved by processing such as packaging, a connector (flexible printed circuit: FPC) for connecting a terminal routed from an element or a circuit formed on the
[0227]
This embodiment can be implemented by being freely combined with
[0228]
(Example 4)
In this embodiment, an example of manufacturing a semiconductor device including a CPU portion (an arithmetic processing circuit (CPU), a storage circuit, and the like) formed over the same substrate as a display device by using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Is shown. Note that the configurations of the display device and the CPU portion, and the TFTs used for those circuits can be the same as those in the first embodiment. However, in the present embodiment, it is assumed that the display device is an OLED display device in which an OLED element is arranged in each pixel.
[0229]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured using the present invention. As a TFT constituting a pixel portion, a TFT connected in series with an OLED element is typically shown as an N-
[0230]
The method for manufacturing the N-
[0231]
According to the third embodiment, the semiconductor device is manufactured up to the state shown in FIG. As shown in FIG. 8B, a first
[0232]
Next, heat treatment (heat treatment) is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layer and activate the impurity element added to the semiconductor layer. This heat treatment is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. The thermal annealing method may be performed at 400 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. In this embodiment, the activation treatment is performed at 410 ° C. for one hour. Note that, other than the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied. Further, heat treatment may be performed before the first
[0233]
As described above, by performing heat treatment after forming the first interlayer insulating film 5101 (an insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film), hydrogenation of the semiconductor layer is performed simultaneously with the activation process. Can be. In the hydrogenation step, dangling bonds in the semiconductor layer are terminated by hydrogen contained in the first
[0234]
Next, a second
[0235]
Next, the first
[0236]
Next, wirings 5103 to 5110 electrically connected to the source region and the drain region of each of the TFTs (N-
[0237]
Next, as shown in FIG. 8D, a third
[0238]
Next, a contact hole reaching the wiring 5103 is formed in the third
[0239]
Next, the
[0240]
The
[0241]
Next, a
[0242]
An example of a combination of the third
[0243]
Next, an organic compound layer 5114 is formed over the exposed
[0244]
In this embodiment, the organic compound layer 5114 is formed using a low molecular weight organic light emitting material by an evaporation method. Specifically, a 70 nm-thick tris-8-quinolinolato aluminum complex (Alq 3 ) A film is provided, and a 20 nm-thick copper phthalocyanine (CuPc) film is provided thereon as a hole injection layer. Alq 3 The emission color can be controlled by adding a fluorescent dye such as quinacridone, perylene, or DCM1 to the dye.
[0245]
As an example of using a high molecular weight organic light emitting material, a 20 nm polythiophene (PEDOT) film is provided as a hole injection layer by spin coating, and a 100 nm paraphenylene vinylene (PPV) film is formed thereon as a light emitting layer. The organic compound layer 5114 may be formed using the provided stacked structure. When a π-conjugated polymer of PPV is used, the emission wavelength can be selected from red to blue. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the electron transport layer and the electron injection layer.
[0246]
Note that the organic compound layer 5114 is not limited to a layer in which a hole-injecting layer, a hole-transporting layer, a light-emitting layer, an electron-transporting layer, an electron-injecting layer, and the like have a clearly distinguished stacked structure. That is, the organic compound layer 5114 may have a structure in which materials forming the hole injection layer, the hole transport layer, the light emitting layer, the electron transport layer, the electron injection layer, and the like are mixed. For example, a mixed layer composed of a material constituting the electron transport layer (hereinafter, referred to as an electron transport material) and a material constituting the light emitting layer (hereinafter, referred to as a light emitting material) is formed by combining the electron transport layer with the light emitting material. An organic compound layer 5114 having a structure provided between the layers may be used.
[0247]
Next, a counter electrode 5115 made of a transparent conductive film is formed over the organic compound layer 5114. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide (ITO), a compound of indium oxide and zinc oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, and the like can be used. Further, a material obtained by adding gallium to the transparent conductive film may be used. The counter electrode 5115 corresponds to the anode of the OLED element.
[0248]
The OLED element is completed when the counter electrode 5115 is formed. Note that an OLED element refers to a diode formed using a pixel electrode (cathode) 5112, an organic compound layer 5114, and a counter electrode (anode) 5115.
[0249]
In this embodiment, since the opposing electrode 5115 is formed of a transparent conductive film, light emitted from the OLED element is emitted toward the side opposite to the
[0250]
It is effective to provide a protective film (passivation film) 5116 so as to completely cover the OLED element. As the
[0251]
Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the
[0252]
In fact, when the structure shown in FIG. 8D is completed, a sealing material such as a protective film (laminate film, ultraviolet curable resin film, etc.) having high airtightness and low degassing is used so as not to be further exposed to the outside air. Packaging (encapsulation) is preferred. At this time, the reliability of the OLED element is improved by setting the inside of the sealing material to an inert atmosphere or disposing a hygroscopic material (for example, barium oxide) inside.
[0253]
If the airtightness is improved by processing such as packaging, a connector (flexible printed circuit: FPC) for connecting a terminal routed from an element or a circuit formed on the
[0254]
This embodiment can be implemented by being freely combined with
[0255]
(Example 5)
Example 1 In this example, an example of a method of crystallizing a semiconductor film in manufacturing a semiconductor active layer of a TFT included in a semiconductor device of the present invention will be described.
[0256]
A silicon oxynitride film (composition ratio: Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) 400 nm was formed as a base film on a glass substrate by a plasma CVD method. Subsequently, an amorphous silicon film of 150 nm is formed as a semiconductor film on the base film by a plasma CVD method. After performing heat treatment at 500 ° C. for 3 hours to release hydrogen contained in the semiconductor film, crystallization of the semiconductor film is performed by a laser annealing method.
[0257]
The laser used in the laser annealing method is a continuous wave YVO. 4 Use a laser. The conditions of the laser annealing method are as follows. 4 The second harmonic (wavelength 532 nm) of the laser was used. The semiconductor film formed on the substrate surface was irradiated with laser light as a beam having a predetermined shape by an optical system.
[0258]
Note that the shape of the beam applied to the substrate can be changed depending on the type of laser or the optical system. Thus, the distribution of the aspect ratio and the energy density of the beam irradiated on the substrate can be changed. For example, the shape of the beam irradiated on the substrate can be various shapes such as a linear shape, a rectangular shape, and an elliptical shape. In this embodiment, YVO 4 The second harmonic of the laser is made into an ellipse of 200 μm × 50 μm by an optical system, and is irradiated on the semiconductor film.
[0259]
Here, FIG. 14 is a schematic diagram of an optical system used when a semiconductor film formed over a substrate surface is irradiated with laser light. Laser light (YVO) emitted from
[0260]
FIG. 15 shows the result obtained by subjecting the crystalline semiconductor film thus obtained to secco etching and observing the surface at 10,000 times by SEM. The Seco liquid used in the Seco etching is HF: H 2 O = 2: 1 K as additive 2 Cr 2 O 7 It is manufactured using. FIG. 15 is obtained by relatively scanning a laser beam in a direction indicated by an arrow in the figure. It can be seen that large crystal grains are formed parallel to the scanning direction of the laser beam. That is, the crystal is grown so as to extend in the scanning direction of the laser light.
[0261]
As described above, large-sized crystal grains are formed in the semiconductor film crystallized using the method of this embodiment. Therefore, when a TFT is manufactured using the semiconductor film as a semiconductor active layer, the number of crystal grain boundaries included in a channel formation region of the TFT can be reduced. In addition, since the inside of each crystal grain has crystallinity substantially regarded as a single crystal, high mobility (field-effect mobility) equivalent to that of a transistor using a single crystal semiconductor can be obtained.
[0262]
Further, when the TFT is arranged such that the carrier movement direction is aligned with the direction in which the formed crystal grains extend, the number of times the carriers cross the crystal grain boundaries can be extremely reduced. Therefore, variations in the ON current value (the drain current value flowing when the TFT is in the ON state), the OFF current value (the drain current value flowing when the TFT is in the OFF state), the threshold voltage, the S value, and the field effect mobility. Can be reduced, and the electrical characteristics are significantly improved.
[0263]
Note that in order to irradiate the
[0264]
The size of shifting the position of the
[0265]
[Formula 1] R O. L = (1-d / D) × 100
[0266]
In this embodiment, the overlap rate R O. L Is set to 0%.
[0267]
This embodiment can be implemented by freely combining with
[0268]
(Example 6)
In this embodiment, an example different from that in
[0269]
Steps until an amorphous silicon film is formed as a semiconductor film are the same as those in the fifth embodiment. Thereafter, using a method described in JP-A-7-183540, an aqueous nickel acetate solution (concentration in terms of weight: 5 ppm, volume: 10 ml) is applied onto the semiconductor film by a spin coating method, and the solution is placed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. Heat treatment is performed for 1 hour in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 12 hours. Subsequently, the crystallinity of the semiconductor film is improved by a laser annealing method.
[0270]
The laser used in the laser annealing method is a continuous wave YVO. 4 Use a laser. The conditions of the laser annealing method are as follows. 4 An elliptical beam of 200 μm × 50 μm is formed using the second harmonic (wavelength 532 nm) of the laser and setting the incident angle φ of the laser beam to the
[0271]
Seco etching was performed on the crystalline semiconductor film thus obtained, and the surface was observed at 10,000 times by SEM. FIG. 16 shows the result. FIG. 16 is obtained by relatively scanning a laser beam in a direction indicated by an arrow in the figure, and shows a state in which large crystal grains are formed extending in the scanning direction. Understand.
[0272]
As described above, since a semiconductor film crystallized by using the present invention has large crystal grains, when a TFT is manufactured using the semiconductor film, a crystal included in a channel formation region thereof is formed. The number of grain boundaries can be reduced. In addition, since individual crystal grains have substantially crystallinity that can be regarded as a single crystal, high mobility (field-effect mobility) equivalent to that of a transistor using a single crystal semiconductor can be obtained.
[0273]
Further, the formed crystal grains are aligned in one direction. Therefore, if the TFT is arranged such that the moving direction of the carrier is aligned with the direction in which the formed crystal grains extend, the number of times the carriers cross the crystal grain boundaries can be extremely reduced. Therefore, it is possible to reduce variations in the on-current value, the off-current value, the threshold voltage, the S value, and the field-effect mobility, and the electrical characteristics are significantly improved.
[0274]
Note that in order to irradiate the
[0275]
The size of shifting the position of the
[0276]
At this time, the overlap rate R O. L Define [%]. In this embodiment, the overlap rate R O. L Is set to 0%.
[0277]
In addition, the result of Raman scattering spectroscopy of the semiconductor film (indicated as “Improved CG-Silicon” in the figure) obtained by the above-described crystallization method is shown in FIG. Here, for comparison, the results of Raman scattering spectroscopy of single crystal silicon (in the figure, denoted as ref. (100) Si Wafer) are shown by thin lines. In addition, after forming an amorphous silicon film, a heat treatment is performed to release hydrogen contained in the semiconductor film, and then the semiconductor film is crystallized using a pulse oscillation excimer laser (in the figure, expressed as excimer laser annealing). 17) is shown by the dotted line in FIG. The Raman shift of the semiconductor film obtained by the method of this embodiment is 517.3 cm. -1 Having a peak of The half width is 4.96 cm. -1 It is. On the other hand, the Raman shift of single crystal silicon is 520.7 cm -1 Having a peak of The half width is 4.44 cm. -1 It is. The Raman shift of a semiconductor film crystallized using a pulsed excimer laser is 516.3 cm. -1 It is. The half width is 6.16 cm. -1 It is. According to the results of FIG. 17, the crystallinity of the semiconductor film obtained by the crystallization method described in this embodiment is smaller than that of the semiconductor film crystallized using a pulsed excimer laser. It turns out that it is close to silicon.
[0278]
This embodiment can be implemented by freely combining with
[0279]
(Example 7)
In this embodiment, an example in which a TFT is manufactured using a semiconductor film crystallized by the method described in
[0280]
In this embodiment, a manufacturing method will be described, focusing on a TFT having a gate electrode manufactured by the same etching process. In this case, as in
[0281]
In this embodiment, a glass substrate is used as the
[0282]
Then, the continuous oscillation YVO is used as laser light. 4 An
[0283]
Then, a first doping process is performed. This is channel doping for controlling the threshold. B as material gas 2 H 6 Using a gas flow rate of 30 sccm, a current density of 0.05 μA, an acceleration voltage of 60 kV, and a dose of 1 × 10 14 atoms / cm 2 Do as. Thus, the semiconductor film 24 is formed. (FIG. 18 (C))
[0284]
Subsequently, patterning is performed to etch the semiconductor film 24 into a desired shape. After that, a 115-nm-thick silicon oxynitride film is formed by a plasma CVD method as a gate insulating film 27 which covers the etched
[0285]
A mask (not shown) made of a resist is formed by photolithography, and the W film, the TaN film, and the gate insulating film are etched. Thus, the conductive layers 30 (30a, 30b), 31 (31a, 31b) and the gate insulating film 32 (32a, 32b) are formed.
[0286]
Then, the mask made of the resist is removed, a
[0287]
Next, after removing the resist
[0288]
Through the above steps, the
[0289]
Next, the
[0290]
Next, recovery of crystallinity of the semiconductor layer and activation of impurity elements added to the respective semiconductor layers are performed by heat treatment. In this embodiment, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. (FIG. 18 (G))
[0291]
Next, a second interlayer insulating film 38 made of an inorganic insulating material or an organic insulating material is formed on the first interlayer insulating film 37. In this embodiment, after a silicon nitride film with a thickness of 50 nm is formed by a CVD method, a silicon oxide film with a thickness of 400 nm is formed. When heat treatment is performed, hydrogenation treatment can be performed. In this embodiment, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 410 ° C. for one hour using a furnace annealing furnace.
[0292]
Subsequently, a
[0293]
As described above, an N-channel TFT 51 and a P-channel TFT 52 having a channel length of 6 μm and a channel width of 4 μm are formed.
[0294]
FIG. 19 shows the results of measuring these electrical characteristics. FIG. 19A shows the electrical characteristics of the N-channel TFT 51, and FIG. 19B shows the electrical characteristics of the P-channel TFT 52. The measurement conditions of the electric characteristics were two measurement points, and the drain voltage Vd was 1 V and 5 V in the range of the gate voltage Vg = −16 to 16 V. In FIG. 19, the drain current (ID) and the gate current (IG) are indicated by solid lines, and the mobility (μFE) is indicated by dotted lines.
[0295]
Since a crystal grain having a large grain size is formed in a semiconductor film crystallized using the present invention, when a TFT is manufactured using the semiconductor film, the number of crystal grain boundaries included in a channel formation region thereof is increased. Can be reduced. Further, since the formed crystal grains are aligned in one direction, the number of times carriers cross the crystal grain boundaries can be extremely reduced. Therefore, a TFT having good electrical characteristics can be obtained as shown in FIG. In particular, the mobility is 524 cm for an N-channel TFT. 2 / Vs, 205 cm for P-channel TFT 2 / Vs. If a semiconductor device is manufactured using such a TFT, the operation characteristics and reliability can be improved.
[0296]
This embodiment can be implemented by freely combining with
[0297]
(Example 8)
In this embodiment, an example in which a TFT is manufactured using a semiconductor film crystallized by the method described in Embodiment 6 will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a manufacturing method will be described, focusing on a TFT having a gate electrode manufactured by the same etching process. In this case, as in
[0298]
Steps until an amorphous silicon film is formed as a semiconductor film are the same as those in the seventh embodiment. Note that the amorphous silicon film was formed with a thickness of 150 nm. (FIG. 20A)
[0299]
Then, using a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-183540, an aqueous solution of nickel acetate (5 ppm by weight, volume: 10 ml) is applied on the semiconductor film by spin coating to form a metal-containing layer 41. I do. Then, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 1 hour and in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 12 hours. Thus, a
[0300]
Subsequently, the crystallinity of the
[0301]
Steps after crystallization of the semiconductor film in FIG. 20C are similar to the steps in FIGS. 18C to 18H shown in the seventh embodiment. Thus, an N-channel TFT 51 and a P-channel TFT 52 having a channel length of 6 μm and a channel width of 4 μm are formed. These electrical properties were measured.
[0302]
The electrical characteristics of the TFT manufactured by the above steps are shown in FIGS. FIGS. 21A and 21B show the electrical characteristics of a TFT manufactured by moving the substrate at a speed of 20 cm / s in the laser annealing step of FIG. 20C. FIG. 21A shows the electrical characteristics of the N-channel TFT 51. FIG. 21B shows the electrical characteristics of the P-channel TFT 52. FIGS. 22A and 22B show electrical characteristics of a TFT manufactured by moving the substrate at a speed of 50 cm / s in the laser annealing step of FIG. 20C. FIG. 22A shows the electrical characteristics of the N-channel TFT 51. FIG. 22B shows the electrical characteristics of the P-channel TFT 52. In addition, the measurement conditions of the electric characteristics were a drain voltage Vd = 1 V and 5 V within a range of the gate voltage Vg = −16 to 16 V. 21 and 22, the drain current (ID) and the gate current (IG) are indicated by solid lines, and the mobility (μFE) is indicated by dotted lines.
[0303]
Since a crystal grain having a large grain size is formed in a semiconductor film crystallized using the present invention, when a TFT is manufactured using the semiconductor film, the number of crystal grain boundaries included in a channel formation region thereof is increased. Can be reduced. Furthermore, the formed crystal grains are aligned in one direction, and the number of grain boundaries formed in a direction intersecting the relative scanning direction of the laser beam is small. Can be reduced.
[0304]
Therefore, a TFT having good electric characteristics can be obtained as shown in FIGS. In particular, the mobility is 510 cm in the N-channel TFT in FIG. 2 / Vs, 200 cm for P-channel TFT 2 / Vs, and 595 cm in the N-channel TFT in FIG. 2 / Vs, 199 cm for P-channel TFT 2 / Vs, which is very excellent. When a semiconductor device is manufactured using such a TFT, the operation characteristics and reliability can be improved.
[0305]
FIG. 23 shows the electrical characteristics of a TFT manufactured by moving the substrate at a speed of 50 cm / s in the laser annealing step of FIG. FIG. 23A shows the electrical characteristics of the N-channel TFT 51. FIG. 23B shows the electrical characteristics of the P-channel TFT 52.
[0306]
In addition, the measurement conditions of the electrical characteristics were as follows: the gate voltage Vg = −16 to 16 V, and the drain voltage Vd = 0.1 V and 5 V.
[0307]
As shown in FIG. 23, a TFT having good electric characteristics can be obtained. In particular, the mobility is 657 cm in the N-channel TFT shown in FIG. 2 / Vs, 219 cm in the P-channel TFT shown in FIG. 2 / Vs, which is very excellent. When a semiconductor device is manufactured using such a TFT, the operation characteristics and reliability can be improved.
[0308]
This embodiment can be implemented by freely combining with
[0309]
(Example 9)
In this embodiment, an example of a display system manufactured using the present invention will be described with reference to FIGS.
[0310]
Here, the display system includes a circuit on which a display device and a CPU portion are formed, including a circuit externally provided by an FPC or the like.
[0311]
A circuit having a configuration as shown in FIGS. 5 and 27 is formed on the
[0312]
Note that both the
[0313]
(Example 10)
Example 1 In this example, examples of electronic devices manufactured using the present invention will be described with reference to FIGS.
[0314]
Examples of electronic devices manufactured by using the present invention include a video camera, a digital camera, a goggle-type display (head-mounted display), a navigation system, a sound reproducing device (car audio, an audio component, and the like), a notebook personal computer, a game device, and a mobile phone. An information terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine, electronic book, or the like), an image reproducing apparatus provided with a recording medium (specifically, a recording medium such as a digital versatile disc (DVD) is reproduced, and the image is displayed. Device with a display that can be used). FIG. 13 shows specific examples of these electronic devices.
[0315]
FIG. 13A illustrates a display device, which includes a housing 1401, a support base 1402, and a display portion 1403. The present invention can be applied to a display device included in the display portion 1403. By using the present invention, a small and lightweight display device can be realized.
[0316]
FIG. 13B illustrates a video camera, which includes a main body 1411, a display portion 1412, an
[0317]
FIG. 13C illustrates a laptop personal computer, which includes a
[0318]
FIG. 13D illustrates a portable information terminal, which includes a
[0319]
FIG. 13E illustrates a sound reproducing device, specifically, an audio device for a vehicle, which includes a
[0320]
FIG. 13F illustrates a digital camera, which includes a
[0321]
FIG. 13G illustrates a mobile phone, which includes a
[0322]
Display devices used in these electronic devices can use not only glass substrates but also heat-resistant plastic substrates. Thereby, the weight can be further reduced.
[0323]
The present invention is not limited to the electronic devices described above, and includes various electronic devices using the semiconductor devices manufactured by the manufacturing methods described in
[0324]
【The invention's effect】
A gate metal is partially etched for each of TFTs having different required characteristics to form a gate electrode. That is, for each TFT having different required characteristics, the resist is exposed to form a resist mask, and the gate metal is etched. At this time, the gate electrode fabrication process of each TFT is performed under conditions optimized according to required characteristics. Thus, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a plurality of TFTs each having different characteristics or having different design rules can be separately formed over the same substrate.
[0325]
Therefore, circuits having various functions can be manufactured over one substrate. In this way, a circuit that has been conventionally externally mounted with an IC chip or the like can be manufactured on the same substrate, and the device can be reduced in size and weight. Further, since a plurality of TFTs having different characteristics can be separately formed with a smaller number of masks, the number of steps can be reduced, and the cost can be reduced.
[0326]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is a top view of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 6 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device including a liquid crystal display device or the like of the present invention.
FIG. 7 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device including an OLED display device or the like of the present invention.
FIG. 8 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device including an OLED display device or the like of the present invention.
FIG. 9 illustrates a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
FIG. 10 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 11 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a structure of a pixel portion of a liquid crystal display device.
FIG. 13 illustrates an electronic device of the invention.
FIG. 14 is a schematic view of an optical system used for laser annealing.
FIG. 15 is an SEM observation image of a semiconductor thin film of a TFT formed by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 16 is an SEM observation image of a semiconductor thin film of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing characteristics of a semiconductor active layer of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 18 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 19 illustrates electrical characteristics of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 20 illustrates a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing electric characteristics of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 22 illustrates electrical characteristics of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 23 illustrates electrical characteristics of a TFT formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 24 is a diagram illustrating a shape of a wiring formed by a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 25 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, following FIG. 4C;
FIG. 26 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, following FIG. 4C;
FIG. 27 is a top view of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 28 is a diagram illustrating a display system using the semiconductor device of the present invention.
Claims (8)
第1の露光手段によって第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて、前記導電層の第1の領域をエッチングし第1の配線を形成し、
前記第1の露光手段より解像度の高い第2の露光手段によって第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて、前記導電層の第2の領域及び前記第1の配線の一部をエッチングし、前記第1の配線と接続された第2の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer is formed and patterned on an insulating surface to form a wiring,
Forming a first resist mask by first exposure means;
Using the first resist mask, etching a first region of the conductive layer to form a first wiring;
Forming a second resist mask by a second exposure unit having a higher resolution than the first exposure unit;
The second resist mask is used to etch a second region of the conductive layer and a part of the first wiring to form a second wiring connected to the first wiring. Of manufacturing a semiconductor device.
等倍投影露光装置によって第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて、前記導電層の第1の領域をエッチングし第1の配線を形成し、
縮小投影露光装置によって第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて、前記導電層の第2の領域及び前記第1の配線の一部をエッチングし、前記第1の配線と接続された第2の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer is formed and patterned on an insulating surface to form a wiring,
Forming a first resist mask by a 1: 1 projection exposure apparatus;
Using the first resist mask, etching a first region of the conductive layer to form a first wiring;
Forming a second resist mask by a reduction projection exposure apparatus;
The second resist mask is used to etch a second region of the conductive layer and a part of the first wiring to form a second wiring connected to the first wiring. Of manufacturing a semiconductor device.
第1の露光手段によって第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて、前記導電層の第1の領域をエッチングし第1の配線を形成し、
前記第1の露光手段より用いる光の波長が短い第2の露光手段によって第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて、前記導電層の第2の領域及び前記第1の配線の一部をエッチングし、前記第1の配線と接続された第2の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer is formed and patterned on an insulating surface to form a wiring,
Forming a first resist mask by first exposure means;
Using the first resist mask, etching a first region of the conductive layer to form a first wiring;
Forming a second resist mask by a second exposure unit having a shorter wavelength of light used by the first exposure unit;
The second resist mask is used to etch a second region of the conductive layer and a part of the first wiring to form a second wiring connected to the first wiring. Of manufacturing a semiconductor device.
第1の露光手段によって第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて、前記導電層の第1の領域をエッチングし、端部がテーパー状となる第1の配線を形成し、
第2の露光手段によって第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて、前記導電層の第2の領域及び前記第1の配線の一部をエッチングし、端部が垂直となる、前記第1の配線と接続された第2の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer is formed over an insulating surface and patterned to form a wiring,
Forming a first resist mask by first exposure means;
Using the first resist mask, a first region of the conductive layer is etched to form a first wiring having a tapered end.
Forming a second resist mask by a second exposure means;
Using the second resist mask, a second region of the conductive layer and a part of the first wiring are etched, and a second end connected to the first wiring has a vertical end. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a wiring is formed.
第1の露光手段によって第1のレジストマスクを形成し、
前記第1のレジストマスクを用いて、前記導電層の第1の領域をエッチングし、端部がテーパー状となる第1の配線を形成し、
前記第1の露光手段より解像度の高い第2の露光手段によって第2のレジストマスクを形成し、
前記第2のレジストマスクを用いて、前記導電層の第2の領域及び前記第1の配線の一部をエッチングし、端部が垂直となる、前記第1の配線と接続された第2の配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer is formed over an insulating surface and patterned to form a wiring,
Forming a first resist mask by first exposure means;
Using the first resist mask, a first region of the conductive layer is etched to form a first wiring having a tapered end.
Forming a second resist mask by a second exposure unit having a higher resolution than the first exposure unit;
Using the second resist mask, a second region of the conductive layer and a part of the first wiring are etched, and a second end connected to the first wiring has a vertical end. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a wiring is formed.
前記第1の露光手段は等倍投影露光装置を用い、前記第2の露光手段は縮小投影露光装置を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。In claim 4 or claim 5,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first exposure means uses a 1: 1 projection exposure apparatus, and the second exposure means uses a reduction projection exposure apparatus.
前記第2の露光手段に用いる光の波長は、前記第1の露光手段に用いる光の波長より短いことを特徴とする半導体装置の作製方法。In claim 4 or claim 5,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a wavelength of light used for the second exposure means is shorter than a wavelength of light used for the first exposure means.
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