JP2004281577A

JP2004281577A - Method for manufacturing semiconductor element, electro-optical device and electronic apparatus

Info

Publication number: JP2004281577A
Application number: JP2003068788A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Jiroku; 寛明次六
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin film semiconductor element having the proper crystallinity of a semiconductor film, proper electrical characteristics of the thin film semiconductor element, the high reliability of a gate insulating film and high productivity in the method for manufacturing the thin film semiconductor element formed on a substrate. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor element includes steps of forming a substrate protective film 212 on a quartz substrate 211, forming the semiconductor film 213, forming a first insulating film 214 by thermally oxidizing the semiconductor film 213, melting for crystallizing the semiconductor film 213 by irradiating with light 215, and thereafter depositing a second insulating film by a CVD method. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、例えば薄膜半導体装置（ＴＦＴ）等の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英等の絶縁表面を有する基板上に薄膜半導体素子を形成する構成を利用したものとして、これらの薄膜半導体素子を画素の駆動に用いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー、ビデオプロジェクターに用いられるライトバルブ等が知られている。
【０００３】
一般に、ライトバルブに用いられる薄膜半導体素子は高温プロセスを用いて製造された多結晶薄膜半導体素子である。高温プロセスとは、ＬＳＩ技術を踏襲して熱酸化ゲート絶縁膜を採用するプロセスであり、１０００℃以上のプロセス温度に耐え得る高価な石英基板を使用するという難点はあるものの、再現性、安定性、量産性等に優れた特徴を有する技術である。一般的な高温プロセスでは、固相成長法（ＳＰＣ法）により結晶化された多結晶珪素半導体膜が用いられている。
【０００４】
しかし、固相成長法によって結晶化された多結晶珪素膜には多くの欠陥が含まれている。この欠陥はキャリアを捕獲し、薄膜半導体素子の電気特性を低下させる原因となる。そこで、多結晶珪素膜中の欠陥を低減する手法の一つとして、エキシマレーザーアニール法による珪素膜の溶融結晶化が挙げられる。エキシマレーザーアニール法とは、一般的に低温プロセスによる多結晶薄膜半導体素子の製造に用いられるものであり、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）等を珪素膜に照射して、珪素膜を一度溶融させた後に冷却固化過程を経て結晶化させる方法である。エキシマレーザーアニール法によって得られる多結晶珪素膜は溶融・固化過程を経ている為、欠陥が少なく、結晶性が良い。このエキシマレーザーアニール法を高温プロセスによる多結晶薄膜半導体素子の製造方法に適用すれば、多結晶珪素膜の膜質が向上し、薄膜半導体素子の電気特性も向上する。
【０００５】
図１〜３は高温プロセスにエキシマレーザーアニールを適用した従来の薄膜半導体素子の製造方法を示す工程図である。以下、これらの図を参照しつつ従来の薄膜半導体素子の製造方法を説明する。
【０００６】
基板上に形成された半導体膜を半導体素子の活性領域（半導体素子活性領域）として用いている薄膜半導体素子の製造方法において、基板として厚さ１．２ｍｍの石英基板１１１を用い、該石英基板１１１上に下地保護膜として化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により酸化珪素膜１１２を膜厚８００ｎｍ程度堆積する。該下地保護膜としての酸化珪素膜１１２上に低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）により非晶質珪素膜１１３を膜厚５５ｎｍ程度堆積する（図１（ａ））。次にキセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光１１４を該非晶質珪素膜１１３に照射して、多結晶珪素膜１１３’を形成する。ここで、該多結晶珪素膜１１３’の結晶粒界部表面１１５は隆起している（図１（ｂ））。次にフォト・リソグラフィー法により該多結晶珪素膜１１３’をパターニングする（図２（ｃ））。該多結晶珪素膜１１３’を熱酸化し、第１ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜１１６を膜厚３０ｎｍ程度形成する。この時、該多結晶珪素膜１１３’は４０ｎｍ程度になっている。更に、該第１ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜１１６上に化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によって第２ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜１１７を膜厚５０ｎｍ程度堆積する（図２（ｄ））。次に該第２ゲート絶縁膜１１７上にゲート電極１１８を形成し、該多結晶珪素膜１１３’に不純物イオンの注入を行ってソース領域１１３ａ、ドレイン領域１１３ｃ及びチャネル形成領域１１３ｂを作成する（図３（ｅ））。次に層間絶縁膜１１９を形成し、コンタクト・ホールを開口し、ソース・ドレイン取り出し電極１２０・１２１と配線を形成する（図３（ｆ））。こうして多結晶薄膜半導体素子は完成する（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２６１０７８号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来の製造方法で製造された薄膜半導体素子においては、ゲート絶縁膜の信頼性や薄膜半導体素子の電気特性が良くないという課題があった。レーザーアニール後の半導体膜表面は結晶粒界部で大きく隆起している。この隆起はゲート絶縁膜の局所的な薄膜化や、半導体膜における電界集中などをもたらし、ゲート絶縁膜の信頼性や薄膜半導体素子の電気特性を大きく悪化させる原因となる。
【０００９】
本明細書で開示する発明は、上記の問題を解決する手段を提供するものである。具体的には基板上に形成された薄膜半導体素子の製造方法において、半導体膜の結晶性が良く、薄膜半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い薄膜半導体素子の製造方法を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体素子の製造方法は、半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の表面を酸化させて第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜形成後、前記半導体膜を溶融させて半導体膜質を向上させる溶融結晶化工程と、前記溶融結晶化工程後に前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を堆積させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成の発明は、まず基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜の表面を酸化させて第１絶縁膜を形成する。具体例としては、半導体膜の表面を１０００℃程度の高温で熱酸化させて第１絶縁膜を形成する。これにより、半導体膜と第１絶縁膜の界面は欠陥密度の低い良好な界面とすることが出来る。また、半導体膜の表面は酸化されるので、半導体膜厚は薄くなる。
【００１２】
次に、前記第１絶縁膜形成後、前記半導体膜を溶融させて半導体膜質を向上させる溶融結晶化工程を行う。具体例としては、第１絶縁膜側からレーザー光などの光を照射し、半導体膜に光を吸収させて半導体膜を溶融結晶化させる。ここで従来技術のように、第１絶縁膜が無く、半導体膜表面に直接光を照射して溶融結晶化を行うと、半導体膜表面は結晶粒界部で隆起してしまう。しかし、本発明においては、半導体膜表面には第１絶縁膜が存在するので、半導体膜表面の隆起を抑えることができる。その結果、ゲート絶縁膜の局所的な薄膜化や半導体膜における電界集中などを防ぐことができ、ゲート絶縁膜の信頼性や薄膜半導体素子の電気特性を大きく向上させることができるのである。更に、半導体膜は酸化されて膜厚が薄くなっているので、照射する光のエネルギー密度を低くしても、半導体膜は十分に溶融結晶化する。よって、光照射装置への負担を軽減することができる。
【００１３】
更に本発明は、前記溶融結晶化工程後に前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を堆積させる工程を含む。この様に、絶縁膜を２層構造にすることにより、第１絶縁膜は半導体膜との界面を形成することを目的として膜厚を薄くし、残りの必要な膜厚は第２絶縁膜で補うということができる。第１絶縁膜側から光を照射して半導体膜を溶融結晶化させる場合、第１絶縁膜の膜厚が厚いと光の反射、干渉等の影響で、半導体膜の溶融結晶化が難しくなってくる。本発明では、第２絶縁膜の存在によって、第１絶縁膜を薄くすることができるので、半導体膜の溶融結晶化を良好に行うことができる。
【００１４】
以上のように、本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い半導体素子を製造できる。
【００１５】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、温度９００℃以上１０００℃以下でアニールする工程を更に具備し、前記アニール工程は前記第２絶縁膜堆積工程の後に行われることを特徴とする。
【００１６】
第２絶縁膜は薄い第１絶縁膜の膜厚を補うために堆積される。一般的に堆積により形成された第２絶縁膜の膜質は半導体膜表面を酸化させて形成した第１半導体膜ほど良くない。しかし、本発明では、第２絶縁膜堆積工程後に高温のアニールを行っているので、第２絶縁膜の膜質は飛躍的に向上する。この様に、本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高い半導体素子の製造方法を提供できる。
【００１７】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体膜を形成する工程で形成される半導体膜は非晶質珪素膜であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、半導体膜の形成が容易で、製造コストが低くなるという効果を有する。また、第１絶縁膜が酸化珪素膜となるので、良質なゲート絶縁膜を形成することができる。更には、広い波長範囲の光を吸収しやすいので、溶融結晶化しやすいという利点もある。
【００１９】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体膜を形成する工程が、非晶質珪素膜を形成する工程と、前記非晶質珪素膜を温度５５０℃以上６５０℃以下でアニールする工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、半導体膜は固相成長により大きい粒径を持つ多結晶珪素膜となる。よって、半導体素子の電気特性を良くすることができる。
【００２１】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第１絶縁膜の膜厚が４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、第１絶縁膜の膜厚が十分に薄いので、半導体膜の溶融結晶化が容易になる。よって、半導体膜の結晶性が良く、生産性の高い半導体素子を製造できる。第１絶縁膜をこの様に薄く形成しても、半導体膜と第１絶縁膜の界面は欠陥の少ない良好なものにすることができる。更に後に第２絶縁膜を形成するので、絶縁膜は所望の膜厚に形成することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第１絶縁膜を９００℃以上１０００℃以下で形成することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、第１絶縁膜の膜質が良くなり、半導体膜と第１絶縁膜との界面が良好になるという効果を有する。温度が９００℃よりも低くなると、膜質と界面は悪くなる。また、温度が１０００℃よりも高くなると、膜質と界面は良好になるが、高温による基板のそりが問題となってくるため、大きい基板を使用することができなくなり、生産性が悪くなってしまう。
【００２５】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記溶融結晶化工程が前記半導体膜にレーザー光を照射することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、半導体膜の溶融結晶化を効率的に行うことができる。
【００２７】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記レーザー光の波長が２４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、半導体膜が珪素膜の場合、レーザー光は効率的に珪素膜に吸収されるので、半導体膜の溶融結晶化を効率的に行うことができるという効果を有する。照射する光としては、クリプトン・フッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光の第二高調波（波長５３２ｎｍ）等が、高エネルギーで、且つ安定しているので好ましい。
【００２９】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第２絶縁膜が酸化珪素膜であることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、半導体膜を珪素膜とし、第１絶縁膜を酸化珪素膜とした場合には、第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面が良好になり、半導体素子の電気特性や、ゲート絶縁膜の信頼性が向上するという効果を有する。
【００３１】
また、本発明は、上記の方法により製造された半導体素子を画素の駆動素子として備える電気光学装置に関する。ここで、「電気光学装置」とは、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子などが挙げられる。上記の方法により製造された薄膜トランジスタ等の半導体素子を備えることにより、動作信頼性の高い液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ等の電気光学装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明は、上記の電気光学装置を備える電子機器に関する。上記の電気光学装置を備えることにより、動作信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
（実施例１）
図４〜６は、本発明の実施例による薄膜半導体素子の製造方法を示す工程図である。以下、これらの図を参照しつつ本発明の第１の実施例の薄膜半導体素子の製造方法を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に説明する。
【００３５】
（ａ）図４（ａ）の工程
基板上に形成された半導体膜を半導体素子の活性領域（半導体素子活性領域）として用いている薄膜半導体素子の製造方法において、基板として厚さ１．２ｍｍの石英基板２１１を用い、該石英基板２１１上に下地保護膜として化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により酸化珪素膜２１２を膜厚８００ｎｍ程度堆積する。
【００３６】
該下地保護膜としての酸化珪素膜２１２上に、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）により、後に半導体素子活性領域と化す非晶質珪素膜である半導体膜２１３を膜厚５５ｎｍ程度堆積する。原料ガスにはモノシラン（ＳｉＨ_４）を用い、堆積温度は５３０℃から５７０℃程度、圧力は２０Ｐａから５０Ｐａ程度とする。このような条件で堆積することによって、均一性の良い非晶質珪素膜を堆積することができる。
【００３７】
次に半導体膜２１３の熱酸化を行って、第１絶縁膜２１４を形成する。基板を温度８００℃の熱処理炉内に挿入した後、熱処理炉内に窒素と僅かの酸素を流して熱処理炉内の雰囲気を窒素中の酸素が１０ｐｐｍから１％程度である雰囲気とし、熱処理炉の温度を毎分４℃から２０℃程度のレートで上昇させ、熱処理炉内の温度を１０００℃とする。昇温レートが４℃程度と低ければ温度制御性が良くなるが、昇温に長時間を要する為、生産性が低下する。一方昇温レートが２０℃と高ければ温度制御性が良くなくなるが、昇温時間は短くなる為、生産性は向上する。上記の温度上昇工程を窒素１００％雰囲気で行うと半導体膜に穴が開いてしまうという問題がある。上記の様に窒素中の酸素が１０ｐｐｍ程度の雰囲気にすると、半導体膜上に極薄酸化膜が形成されるので半導体膜に穴が開くことを防ぐ事ができる。ここで酸素濃度を１％程度以上と高くしすぎると酸化膜厚が厚くなってしまう。この酸化膜は低温で形成されるので膜質が良くなく、ゲート絶縁膜となった場合に薄膜半導体素子の特性や信頼性の低下の原因となる。よって、上記の温度上昇工程においては酸素濃度を１０ｐｐｍから１％程度と充分低くしておいて、半導体膜に穴が開くことを防ぎ、且つ膜質の良くないゲート絶縁膜を必要以上に成長させないようにする必要がある。温度が上昇した後、熱処理炉内の雰囲気を窒素中の酸素が２％以上または酸素１００％とし、半導体膜２１３を酸化することによって第１絶縁膜としての酸化珪素膜２１４を膜厚３０ｎｍ程度形成する。この時、該半導体膜２１３の膜厚は４０ｎｍ程度となる。
【００３８】
（ｂ）図４（ｂ）の工程
後に半導体素子活性領域と化す半導体膜２１３に光としてパルスレーザー光２１５を照射することにより溶融結晶化して半導体膜２１３を欠陥の少ない結晶性の良い多結晶半導体膜とする。パルスレーザー光２１５としては、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）を用いる。ＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射領域は長さ２００ｍｍで幅０．４ｍｍの長方形状で、ほぼ一定の強度分布を示す。ＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射エネルギー密度が高すぎると半導体膜２１３は完全溶融してしまい、半導体膜は微結晶化してしまう。多結晶珪素膜の結晶粒径を大きくする為には、半導体膜が微結晶化する照射エネルギー密度よりも僅かに低い照射エネルギー密度でレーザー光を照射すれば良い。また、該半導体膜上の任意の一点は２０回から３０回のパルスレーザー照射を被る。ここではパルスレーザー光をキセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）としたが、パルスレーザー光としてクリプトン・フッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）等を用いても溶融結晶化を良好に行うことができる。光２１５を照射して半導体膜２１３の溶融結晶化を行っても、第１絶縁膜２１４の存在により、半導体膜２１３の表面隆起は抑えられる。
【００３９】
（ｃ）図５（ｃ）の工程
次にフォト・リソグラフィー法により該半導体膜２１３と該第１絶縁膜２１４をパターニングする。
【００４０】
（ｄ）図５（ｄ）の工程
該第１絶縁膜としての酸化珪素膜２１４上及び下地保護膜としての酸化珪素膜２１２上に化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によって第２絶縁膜としての酸化珪素膜２１６を膜厚５０ｎｍ程度堆積する。該第２絶縁膜の形成には低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）を用い、原料ガスはモノシラン（ＳｉＨ_４）と一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、堆積温度は８００℃から８５０℃程度、圧力は７０Ｐａから９０Ｐａ程度とする。更に、９００℃から１０００℃程度の温度で３０分から１時間程度のアニールを行い、第２絶縁膜の膜質を改善させる。
【００４１】
（ｅ）図６（ｅ）の工程
該第２絶縁膜２１６上にゲート電極２１７を形成する。ゲート電極は、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）とホスフィン（ＰＨ_３）を用い、温度５３０℃から５７０℃程度、圧力１００Ｐａから１４０Ｐａ程度で低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）によって堆積したリン（Ｐ）を含んだ導電性多結晶珪素半導体膜を用いる。ゲート電極２１７形成後、上記多結晶珪素膜となった半導体膜２１３に不純物イオンの注入を行ってソース領域２１３ａ、ドレイン領域２１３ｃ及びチャネル形成領域２１３ｂを作成する。不純物イオンとしては、Ｎ型薄膜半導体素子の場合はＢイオンまたはＢＦ_２イオンを注入し、Ｐ型薄膜半導体素子の場合はＰイオンを注入する。
【００４２】
（ｆ）図６（ｆ）の工程
次に層間絶縁膜２１８を形成し、コンタクト・ホールを開口し、ソース・ドレイン取り出し電極２１９・２２０と配線を形成する。こうして多結晶薄膜半導体素子は完成する。
【００４３】
以上説明したように、本第１の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、薄膜半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い薄膜半導体素子を製造することができる。
【００４４】
（実施例２）
実施例１の工程（ａ）において、上記非晶質珪素膜である半導体膜２１３の堆積条件として、堆積圧力を１００Ｐａ程度とする。このように堆積圧力を高くすることによって非晶質珪素膜中における結晶核発生を抑制することができる。該非晶質珪素膜である半導体膜２１３を堆積した後、固相成長法によって該半導体膜２１３の結晶化を行う。上記堆積された非晶質珪素膜には結晶核が少ないので、固相成長を行う事によって該非晶質珪素膜である半導体膜２１３が大粒径の多結晶珪素膜となり、薄膜半導体素子の電気特性は優れたものとなる。固相成長は、窒素雰囲気で温度が５５０℃から６５０℃程度、より好ましくは５７０℃から６００℃程度となっている熱処理炉内に基板を挿入し、６時間から２４時間の熱処理を行う。温度が低ければ多結晶珪素膜の結晶粒径は大きくなるが、処理時間が長くなるため、生産性が良くなくなる。一方、温度が高ければ多結晶珪素膜の結晶粒径は温度を低くした場合に比べて小さくなるが、処理時間が短くなるため、生産性は向上する。こうして該半導体膜２１３は非晶質珪素膜から大粒径の多結晶珪素膜となる。
【００４５】
上記以外は実施例１と同様として、半導体膜２１３の熱酸化による第１絶縁膜２１４の形成、更に半導体膜２１３の溶融結晶化等を行い、多結晶薄膜半導体素子は完成する。
【００４６】
以上説明したように、本第２の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体膜の結晶粒径が大きく、薄膜半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い薄膜半導体素子を製造することができる。
【００４７】
（実施例３）
実施例１の工程（ａ）において、非晶質珪素膜の原料ガスにジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用い、堆積温度を４２５℃程度と低温化する。このように堆積温度を低くすることによって非晶質珪素膜中における結晶核発生を抑制することができる。次に、実施例２と同様にして、半導体膜２１３の固相成長を行い、半導体膜２１３を大粒径の多結晶珪素膜とする。
【００４８】
上記以外は実施例１と同様として、半導体膜２１３の熱酸化による第１絶縁膜２１４の形成、更に半導体膜２１３の溶融結晶化等を行い、多結晶薄膜半導体素子は完成する。
【００４９】
以上説明したように、本第３の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体膜の結晶粒径が大きく、薄膜半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い薄膜半導体素子を製造することができる。
【００５０】
（応用例）
本発明の製造方法により得られた半導体素子は、液晶表示装置のスイッチング素子である薄膜トランジスタとして、或いはエレクトロルミネセンスディスプレイの駆動素子である薄膜トランジスタとして利用することができる。図７はアクティブマトリクス方式で駆動する電気光学装置１０の画素領域の回路構成図であり、各画素は、電界発光効果により発光可能な発光層ＯＬＥＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量Ｃ、本発明の製造方法で製造される半導体素子である薄膜トランジスタＴ１及びＴ２を備えて構成されている。走査線ドライバ２０からは、選択信号線Ｖｓｅｌが各画素に供給されている。データ線ドライバ３０からは、信号線Ｖｓｉｇ及び電源線Ｖｄｄが各画素に供給されている。選択信号線Ｖｓｅｌと信号線Ｖｓｉｇを制御することにより、各画素に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＬＥＤによる発光が制御される。
【００５１】
本発明の製造方法により得られた薄膜トランジスタ等の半導体素子は電気光学装置を備える各種の電子機器に適用可能である。図８に電気光学装置を適用可能な電子機器の例を挙げる。
【００５２】
同図（ａ）は携帯電話への適用例であり、携帯電話２３０は、アンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置１０を携帯電話２３０の表示部として利用可能である。
【００５３】
同図（ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、ビデオカメラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は、ファインダーや表示部として利用可能である。
【００５４】
同図（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータへの適用例であり、コンピュータ２５０は、カメラ部２５１、操作部２５２、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は、表示部として利用可能である。
【００５５】
同図（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、ヘッドマウントディスプレイ２６０は、バンド２６１、光学系収納部２６２及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００５６】
同図（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター２７０は、筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、ミラー２７５、スクリーン２７６、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００５７】
同図（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター２８０は、筐体２８２に光学系２８１及び本発明の電気光学装置１０を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００５８】
上記例に限らず本発明の電気光学装置１０は、アクティブマトリクス型の表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダー、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、半導体膜の結晶性が良く、薄膜半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。本発明の半導体素子の製造方法によると、高性能な半導体素子を容易に且つ安定的に製造する事ができる。従って本発明の半導体素子の製造方法をアクティブ・マトリックス液晶表示装置に適用した場合には、大型で高品質な液晶表示装置を容易に且つ安定的に製造することができる。更に他の電子回路の製造に適用した場合にも高品質な電子回路を容易に且つ安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施例による電気光学装置の画素領域の回路構成図である。
【図８】本発明の実施例による電子機器の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１１、２１１…石英基板
１１２、２１２…下地保護膜
１１３、２１３…半導体膜
１１３ａ、２１３ａ…ソース領域
１１３ｂ、２１３ｂ…チャネル形成領域
１１３ｃ、２１３ｃ…ドレイン領域
１１４、２１５…光（キセノン・塩素エキシマレーザー光）
１１５…珪素膜表面の隆起
１１６、２１４…第１絶縁膜
１１７、２１６…第２絶縁膜
１１８、２１７…ゲート電極
１１９、２１８…層間絶縁膜
１２０、２１９…ソース電極
１２１、２２０…ドレイン電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element, for example, a thin film semiconductor device (TFT).
[0002]
[Prior art]
Light valves used in active-type liquid crystal displays, image sensors, and video projectors that use thin-film semiconductor elements for driving pixels, utilizing a configuration in which thin-film semiconductor elements are formed on a substrate having an insulating surface such as quartz. Etc. are known.
[0003]
Generally, a thin film semiconductor device used for a light valve is a polycrystalline thin film semiconductor device manufactured using a high temperature process. The high-temperature process is a process that employs a thermally oxidized gate insulating film following the LSI technology, and has the disadvantage of using an expensive quartz substrate that can withstand a process temperature of 1000 ° C. or higher, but has reproducibility and stability. It is a technology having excellent characteristics such as mass productivity. In a general high-temperature process, a polycrystalline silicon semiconductor film crystallized by a solid phase growth method (SPC method) is used.
[0004]
However, the polycrystalline silicon film crystallized by the solid phase growth method contains many defects. This defect captures carriers and causes the electrical characteristics of the thin film semiconductor device to deteriorate. Then, as one of the techniques for reducing the defects in the polycrystalline silicon film, there is a melting crystallization of the silicon film by an excimer laser annealing method. The excimer laser annealing method is generally used for manufacturing a polycrystalline thin film semiconductor device by a low-temperature process, and irradiates a silicon film with xenon / chlorine (XeCl) excimer laser light (wavelength 308 nm) or the like to form a silicon film. In this method, the film is melted once and then crystallized through a cooling and solidification process. Since the polycrystalline silicon film obtained by the excimer laser annealing method has undergone a melting and solidifying process, it has few defects and good crystallinity. If this excimer laser annealing method is applied to a method of manufacturing a polycrystalline thin film semiconductor device by a high temperature process, the film quality of the polycrystalline silicon film is improved, and the electrical characteristics of the thin film semiconductor device are also improved.
[0005]
1 to 3 are process diagrams showing a conventional method for manufacturing a thin-film semiconductor device in which excimer laser annealing is applied to a high-temperature process. Hereinafter, a conventional method for manufacturing a thin film semiconductor device will be described with reference to these drawings.
[0006]
In a method of manufacturing a thin film semiconductor device using a semiconductor film formed on a substrate as an active region of a semiconductor device (semiconductor device active region), a quartz substrate 111 having a thickness of 1.2 mm is used as the substrate. A silicon oxide film 112 having a thickness of about 800 nm is deposited thereon as a base protective film by a chemical vapor deposition method (CVD method). An amorphous silicon film 113 having a thickness of about 55 nm is deposited on the silicon oxide film 112 serving as a base protective film by low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) (FIG. 1A). Next, the amorphous silicon film 113 is irradiated with a xenon / chlorine (XeCl) excimer laser beam 114 to form a polycrystalline silicon film 113 '. Here, the crystal grain boundary surface 115 of the polycrystalline silicon film 113 'is raised (FIG. 1B). Next, the polycrystalline silicon film 113 'is patterned by photolithography (FIG. 2C). The polycrystalline silicon film 113 'is thermally oxidized to form a silicon oxide film 116 as a first gate insulating film with a thickness of about 30 nm. At this time, the thickness of the polycrystalline silicon film 113 'is about 40 nm. Further, a silicon oxide film 117 as a second gate insulating film is deposited to a thickness of about 50 nm on the silicon oxide film 116 as the first gate insulating film by a chemical vapor deposition method (CVD method) (FIG. 2D). ). Next, a gate electrode 118 is formed on the second gate insulating film 117, and impurity ions are implanted into the polycrystalline silicon film 113 'to form a source region 113a, a drain region 113c, and a channel formation region 113b (FIG. 3 (e)). Next, an interlayer insulating film 119 is formed, contact holes are opened, and source / drain extraction electrodes 120 and 121 and wiring are formed (FIG. 3F). Thus, a polycrystalline thin-film semiconductor device is completed (for example, see Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-261078.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the thin film semiconductor device manufactured by such a conventional manufacturing method, there is a problem that the reliability of the gate insulating film and the electrical characteristics of the thin film semiconductor device are not good. The surface of the semiconductor film after laser annealing is greatly raised at the crystal grain boundary. The bulge causes local thinning of the gate insulating film, concentration of an electric field in the semiconductor film, and the like, which greatly deteriorates the reliability of the gate insulating film and the electrical characteristics of the thin film semiconductor element.
[0009]
The invention disclosed in this specification provides a means for solving the above-mentioned problem. Specifically, in a method of manufacturing a thin film semiconductor device formed on a substrate, a thin film having good crystallinity of a semiconductor film, good electric characteristics of a thin film semiconductor device, high reliability of a gate insulating film, and high productivity. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor film, a step of oxidizing a surface of the semiconductor film to form a first insulating film, and a step of forming the first insulating film. A melt crystallization step of melting the semiconductor film to improve the quality of the semiconductor film; and depositing a second insulating film on the first insulating film after the melt crystallization step. .
[0011]
In the invention having such a configuration, first, a semiconductor film is formed on a substrate, and the surface of the semiconductor film is oxidized to form a first insulating film. As a specific example, the surface of the semiconductor film is thermally oxidized at a high temperature of about 1000 ° C. to form a first insulating film. Thus, the interface between the semiconductor film and the first insulating film can be a favorable interface with a low defect density. Further, since the surface of the semiconductor film is oxidized, the thickness of the semiconductor film is reduced.
[0012]
Next, after the formation of the first insulating film, a melt crystallization step of melting the semiconductor film to improve the quality of the semiconductor film is performed. As a specific example, light such as laser light is emitted from the first insulating film side, and the semiconductor film absorbs light to melt-crystallize the semiconductor film. Here, if the first insulating film is not provided and the semiconductor film surface is directly irradiated with light and melt-crystallized as in the prior art, the semiconductor film surface rises at the crystal grain boundary. However, in the present invention, since the first insulating film exists on the surface of the semiconductor film, it is possible to suppress the protrusion on the surface of the semiconductor film. As a result, local thinning of the gate insulating film, electric field concentration in the semiconductor film, and the like can be prevented, and the reliability of the gate insulating film and the electrical characteristics of the thin film semiconductor element can be greatly improved. Further, since the semiconductor film is oxidized to have a small thickness, the semiconductor film is sufficiently melt-crystallized even when the energy density of irradiation light is reduced. Therefore, the burden on the light irradiation device can be reduced.
[0013]
Further, the present invention includes a step of depositing a second insulating film on the first insulating film after the melt crystallization step. Thus, by forming the insulating film into a two-layer structure, the first insulating film is reduced in thickness for the purpose of forming an interface with the semiconductor film, and the remaining necessary film thickness is formed by the second insulating film. Can be supplemented. In the case where the semiconductor film is melt-crystallized by irradiating light from the first insulating film side, if the thickness of the first insulating film is large, it becomes difficult to melt-crystallize the semiconductor film due to the influence of light reflection and interference. come. In the present invention, the thickness of the first insulating film can be reduced by the presence of the second insulating film, so that the melt crystallization of the semiconductor film can be favorably performed.
[0014]
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having good crystallinity of a semiconductor film, good electric characteristics of a semiconductor device, high reliability of a gate insulating film, and high productivity can be obtained. Can be manufactured.
[0015]
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention further includes a step of annealing at a temperature of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, wherein the annealing step is performed after the second insulating film deposition step.
[0016]
The second insulating film is deposited to supplement the thickness of the thin first insulating film. Generally, the film quality of the second insulating film formed by deposition is not as good as the first semiconductor film formed by oxidizing the surface of the semiconductor film. However, in the present invention, since the high-temperature annealing is performed after the second insulating film deposition step, the film quality of the second insulating film is significantly improved. As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device having good electrical characteristics of a semiconductor device and high reliability of a gate insulating film.
[0017]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is an amorphous silicon film.
[0018]
According to the present invention, there is an effect that the formation of the semiconductor film is easy and the manufacturing cost is reduced. Further, since the first insulating film is a silicon oxide film, a high-quality gate insulating film can be formed. Furthermore, since light in a wide wavelength range is easily absorbed, there is an advantage that it is easy to melt and crystallize.
[0019]
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the semiconductor film includes a step of forming an amorphous silicon film and a step of annealing the amorphous silicon film at a temperature of 550 ° C. or more and 650 ° C. or less. And characterized in that:
[0020]
According to the present invention, the semiconductor film becomes a polycrystalline silicon film having a larger grain size for solid phase growth. Therefore, the electrical characteristics of the semiconductor element can be improved.
[0021]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the thickness of the first insulating film is 40 nm or less.
[0022]
According to the present invention, since the thickness of the first insulating film is sufficiently small, the melt crystallization of the semiconductor film is facilitated. Therefore, a semiconductor element having high crystallinity of a semiconductor film and high productivity can be manufactured. Even when the first insulating film is formed to be thin as described above, the interface between the semiconductor film and the first insulating film can be made favorable with few defects. Further, since the second insulating film is formed later, the insulating film can be formed to have a desired thickness.
[0023]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first insulating film is formed at a temperature of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
[0024]
According to the present invention, there is an effect that the film quality of the first insulating film is improved, and the interface between the semiconductor film and the first insulating film is improved. When the temperature is lower than 900 ° C., the film quality and the interface deteriorate. On the other hand, when the temperature is higher than 1000 ° C., the film quality and the interface are good, but the warpage of the substrate due to the high temperature becomes a problem, so that a large substrate cannot be used and the productivity is deteriorated. .
[0025]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the melt crystallization step includes irradiating the semiconductor film with a laser beam.
[0026]
According to the present invention, the melt crystallization of the semiconductor film can be efficiently performed.
[0027]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the wavelength of the laser light is not less than 240 nm and not more than 550 nm.
[0028]
According to the present invention, when the semiconductor film is a silicon film, the laser light is efficiently absorbed by the silicon film, so that the semiconductor film can be efficiently melt-crystallized. As the light to be irradiated, krypton / fluorine (KrF) excimer laser light (wavelength: 248 nm), xenon / chlorine (XeCl) excimer laser light (wavelength: 308 nm), second harmonic of Nd: YAG laser light (wavelength: 532 nm), and the like are used. It is preferable because it is high energy and stable.
[0029]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the second insulating film is a silicon oxide film.
[0030]
According to the present invention, when the semiconductor film is a silicon film and the first insulating film is a silicon oxide film, the interface between the first insulating film and the second insulating film becomes good, and the electrical characteristics of the semiconductor element and This has the effect of improving the reliability of the gate insulating film.
[0031]
The present invention also relates to an electro-optical device including a semiconductor element manufactured by the above method as a pixel driving element. Here, the term "electro-optical device" generally refers to a device having an electro-optical element that emits light by an electric action or changes the state of external light, and that emits light by itself and the passage of external light. That control both. For example, examples of the electro-optical element include a liquid crystal element, an electrophoretic element, an EL (electroluminescence) element, and an electron emitting element that emits light by applying electrons generated by application of an electric field to a light emitting plate. By providing a semiconductor element such as a thin film transistor manufactured by the above method, it is possible to provide an electro-optical device such as a liquid crystal display device and an organic EL display with high operation reliability.
[0032]
Further, the present invention relates to an electronic apparatus including the above-described electro-optical device. With the above-described electro-optical device, an electronic device with high operation reliability can be provided.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
(Example 1)
4 to 6 are process diagrams illustrating a method for manufacturing a thin film semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to these drawings as (a), (b), (c), (d), (e), and (f). I do.
[0035]
(A) In the method of manufacturing a thin film semiconductor device using a semiconductor film formed on a process substrate of FIG. 4A as an active region (semiconductor device active region) of a semiconductor device, a substrate having a thickness of 1.2 mm is used. Using a quartz substrate 211, a silicon oxide film 212 having a thickness of about 800 nm is deposited as a base protective film on the quartz substrate 211 by a chemical vapor deposition method (CVD method).
[0036]
On the silicon oxide film 212 as the base protective film, a semiconductor film 213, which is an amorphous silicon film to be a semiconductor element active region later, is deposited to a thickness of about 55 nm by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Monosilane (SiH ₄ ) is used as a source gas, the deposition temperature is about 530 to 570 ° C., and the pressure is about 20 to 50 Pa. By depositing under such conditions, an amorphous silicon film with good uniformity can be deposited.
[0037]
Next, thermal oxidation of the semiconductor film 213 is performed to form a first insulating film 214. After inserting the substrate into the heat treatment furnace at a temperature of 800 ° C., nitrogen and a small amount of oxygen are flowed into the heat treatment furnace to change the atmosphere in the heat treatment furnace to an atmosphere in which oxygen in nitrogen is about 10 ppm to 1%. The temperature is increased at a rate of about 20 ° C. from 4 ° C. per minute, and the temperature in the heat treatment furnace is set to 1000 ° C. If the rate of temperature rise is as low as about 4 ° C., the temperature controllability will be improved, but the temperature rise will take a long time, and the productivity will be reduced. On the other hand, if the heating rate is as high as 20 ° C., the temperature controllability is not good, but the productivity is improved because the heating time is short. If the above temperature raising step is performed in a 100% nitrogen atmosphere, there is a problem that a hole is formed in the semiconductor film. When the atmosphere in which oxygen in nitrogen is about 10 ppm as described above, an ultrathin oxide film is formed on the semiconductor film, so that a hole in the semiconductor film can be prevented. Here, if the oxygen concentration is too high, about 1% or more, the oxide film thickness becomes too thick. Since this oxide film is formed at a low temperature, the film quality is not good, and when it becomes a gate insulating film, it causes a decrease in the characteristics and reliability of the thin film semiconductor element. Therefore, in the above-mentioned temperature raising step, the oxygen concentration is set sufficiently low, from about 10 ppm to about 1%, to prevent holes from being formed in the semiconductor film and to prevent the gate insulating film having poor film quality from growing more than necessary. Need to be After the temperature rises, the atmosphere in the heat treatment furnace is made to contain 2% or more of oxygen in nitrogen or 100% of oxygen, and the semiconductor film 213 is oxidized to form a silicon oxide film 214 as a first insulating film with a thickness of about 30 nm. I do. At this time, the thickness of the semiconductor film 213 is about 40 nm.
[0038]
(B) The semiconductor film 213 which becomes a semiconductor element active region after the step of FIG. 4 (b) is melt-crystallized by irradiating a pulsed laser beam 215 as light so that the semiconductor film 213 has few defects and high crystallinity. A membrane. As the pulsed laser light 215, xenon / chlorine (XeCl) excimer laser light (wavelength 308 nm) is used. The irradiation area of the XeCl excimer laser light has a rectangular shape with a length of 200 mm and a width of 0.4 mm, and shows a substantially constant intensity distribution. If the irradiation energy density of the XeCl excimer laser light is too high, the semiconductor film 213 will be completely melted and the semiconductor film will be microcrystallized. In order to increase the crystal grain size of the polycrystalline silicon film, laser light may be irradiated at an irradiation energy density slightly lower than the irradiation energy density at which the semiconductor film is microcrystallized. In addition, any one point on the semiconductor film is subjected to pulsed laser irradiation 20 to 30 times. Here, the pulse laser light is xenon / chlorine (XeCl) excimer laser light (wavelength 308 nm), but the pulse laser light is krypton / fluorine (KrF) excimer laser light (wavelength 248 nm) and the second harmonic of Nd: YAG laser light. Even when a wave (wavelength: 532 nm) or the like is used, melt crystallization can be favorably performed. Even when the semiconductor film 213 is melt-crystallized by irradiation with the light 215, the surface of the semiconductor film 213 is prevented from rising due to the presence of the first insulating film 214.
[0039]
(C) Step of FIG. 5C Next, the semiconductor film 213 and the first insulating film 214 are patterned by photolithography.
[0040]
(D) Step of FIG. 5D A second insulating film is formed on the silicon oxide film 214 as the first insulating film and the silicon oxide film 212 as the base protective film by a chemical vapor deposition method (CVD method). A silicon oxide film 216 is deposited to a thickness of about 50 nm. The second insulating film is formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), using monosilane (SiH ₄ ) and dinitrogen monoxide (N ₂ O) as source gases and a deposition temperature of about 800 ° C. to 850 ° C. And the pressure is about 70 to 90 Pa. Further, annealing is performed at a temperature of about 900 ° C. to 1000 ° C. for about 30 minutes to about 1 hour to improve the film quality of the second insulating film.
[0041]
(E) Step of FIG. 6E A gate electrode 217 is formed on the second insulating film 216. The gate electrode is made of monosilane (SiH ₄ ) and phosphine (PH ₃ ) as source gases, and is deposited by low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) at a temperature of about 530 ° C. to 570 ° C. and a pressure of about 100 Pa to 140 Pa. A conductive polycrystalline silicon semiconductor film containing P) is used. After the gate electrode 217 is formed, impurity ions are implanted into the semiconductor film 213 which has become the polycrystalline silicon film to form a source region 213a, a drain region 213c, and a channel formation region 213b. As the impurity ions, B ions or BF ₂ ions are implanted in the case of an N-type thin film semiconductor device, and P ions are implanted in the case of a P-type thin film semiconductor device.
[0042]
(F) Step of FIG. 6 (f) Next, an interlayer insulating film 218 is formed, contact holes are opened, and source / drain extraction electrodes 219 and 220 and wiring are formed. Thus, the polycrystalline thin film semiconductor device is completed.
[0043]
As described above, according to the first embodiment, the thin film semiconductor device having good crystallinity of the semiconductor film, good electric characteristics of the thin film semiconductor device, high reliability of the gate insulating film, and high productivity Can be manufactured.
[0044]
(Example 2)
In the step (a) of the first embodiment, the deposition pressure of the semiconductor film 213, which is the amorphous silicon film, is about 100 Pa. By thus increasing the deposition pressure, generation of crystal nuclei in the amorphous silicon film can be suppressed. After depositing the semiconductor film 213 which is the amorphous silicon film, the semiconductor film 213 is crystallized by a solid phase growth method. Since the deposited amorphous silicon film has a small number of crystal nuclei, the semiconductor film 213, which is the amorphous silicon film, becomes a polycrystalline silicon film having a large grain size by performing solid phase growth. The properties are excellent. In the solid phase growth, the substrate is inserted into a heat treatment furnace in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. to 650 ° C., more preferably about 570 ° C. to 600 ° C., and heat treatment is performed for 6 hours to 24 hours. If the temperature is low, the crystal grain size of the polycrystalline silicon film becomes large, but the processing time becomes long, so that the productivity becomes poor. On the other hand, when the temperature is high, the crystal grain size of the polycrystalline silicon film is smaller than when the temperature is low, but the processing time is shortened, so that the productivity is improved. Thus, the semiconductor film 213 is changed from an amorphous silicon film to a polycrystalline silicon film having a large grain size.
[0045]
Except for the above, in the same manner as in the first embodiment, the first insulating film 214 is formed by thermal oxidation of the semiconductor film 213, and further the melt crystallization of the semiconductor film 213 is performed, thereby completing the polycrystalline thin film semiconductor element.
[0046]
As described above, according to the second embodiment, the crystallinity of the semiconductor film is good, the crystal grain size of the semiconductor film is large, the electric characteristics of the thin film semiconductor element are good, and the reliability of the gate insulating film is high. In addition, a thin-film semiconductor element with high productivity can be manufactured.
[0047]
(Example 3)
In step (a) of the first embodiment, disilane (Si ₂ H ₆ ) is used as a source gas for the amorphous silicon film, and the deposition temperature is lowered to about 425 ° C. By lowering the deposition temperature in this manner, generation of crystal nuclei in the amorphous silicon film can be suppressed. Next, solid-phase growth of the semiconductor film 213 is performed in the same manner as in the second embodiment, so that the semiconductor film 213 is a polycrystalline silicon film having a large grain size.
[0048]
Except for the above, in the same manner as in the first embodiment, the first insulating film 214 is formed by thermal oxidation of the semiconductor film 213, and further the melt crystallization of the semiconductor film 213 is performed, thereby completing the polycrystalline thin film semiconductor element.
[0049]
As described above, according to the third embodiment, the crystallinity of the semiconductor film is good, the crystal grain size of the semiconductor film is large, the electric characteristics of the thin film semiconductor element are good, and the reliability of the gate insulating film is high. In addition, a thin-film semiconductor element with high productivity can be manufactured.
[0050]
(Application example)
The semiconductor element obtained by the manufacturing method of the present invention can be used as a thin film transistor which is a switching element of a liquid crystal display device or a thin film transistor which is a driving element of an electroluminescence display. FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a pixel region of the electro-optical device 10 driven by the active matrix method. Each pixel has a light emitting layer OLED capable of emitting light by an electroluminescent effect, and a storage capacitor for storing a current for driving the light emitting layer OLED. C, comprising thin film transistors T1 and T2, which are semiconductor elements manufactured by the manufacturing method of the present invention. From the scanning line driver 20, a selection signal line Vsel is supplied to each pixel. From the data line driver 30, a signal line Vsig and a power supply line Vdd are supplied to each pixel. By controlling the selection signal line Vsel and the signal line Vsig, current programming is performed for each pixel, and light emission by the light emitting unit OLED is controlled.
[0051]
A semiconductor element such as a thin film transistor obtained by the manufacturing method of the present invention can be applied to various electronic apparatuses including an electro-optical device. FIG. 8 shows an example of electronic equipment to which the electro-optical device can be applied.
[0052]
FIG. 9A shows an example of application to a mobile phone. A mobile phone 230 includes an antenna unit 231, an audio output unit 232, an audio input unit 233, an operation unit 234, and the electro-optical device 10 of the present invention. . Thus, the electro-optical device 10 of the present invention can be used as a display unit of the mobile phone 230.
[0053]
FIG. 6B shows an example of application to a video camera. The video camera 240 includes an image receiving unit 241, an operation unit 242, an audio input unit 243, and the electro-optical device 10 of the present invention. As described above, the electro-optical device according to the invention can be used as a finder or a display unit.
[0054]
FIG. 3C shows an example of application to a portable personal computer. A computer 250 includes a camera unit 251, an operation unit 252, and the electro-optical device 10 of the present invention. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as a display unit.
[0055]
FIG. 9D shows an example of application to a head-mounted display. The head-mounted display 260 includes a band 261, an optical system storage unit 262, and the electro-optical device 10 of the present invention. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as an image display source.
[0056]
FIG. 9E shows an example of application to a rear-type projector. A projector 270 includes a housing 271, a light source 272, a combining optical system 273, a mirror 274, a mirror 275, a screen 276, and the electro-optical device 10 of the present invention. It has. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as an image display source.
[0057]
FIG. 17F shows an example of application to a front-type projector. The projector 280 includes an optical system 281 and an electro-optical device 10 of the present invention in a housing 282, and can display an image on a screen 283. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as an image display source.
[0058]
The electro-optical device 10 of the present invention is not limited to the above example, and can be applied to any electronic apparatus to which an active matrix display device can be applied. For example, the present invention can be applied to a facsimile apparatus having a display function, a viewfinder of a digital camera, a portable TV, a DSP apparatus, a PDA, an electronic organizer, an electronic bulletin board, and a display for publicity announcement.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a semiconductor element having good crystallinity of a semiconductor film, good electric characteristics of a thin film semiconductor element, high reliability of a gate insulating film, and high productivity is manufactured. be able to. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a high-performance semiconductor device can be manufactured easily and stably. Therefore, when the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to an active matrix liquid crystal display device, a large, high-quality liquid crystal display device can be easily and stably manufactured. Furthermore, when applied to the manufacture of other electronic circuits, a high-quality electronic circuit can be easily and stably manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 2 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 3 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 4 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a pixel region of an electro-optical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
111, 211: quartz substrates 112, 212: base protective films 113, 213: semiconductor films 113a, 213a: source regions 113b, 213b: channel forming regions 113c, 213c: drain regions 114, 215: light (xenon / chlorine excimer laser light) )
115 ... bumps 116 and 214 on the surface of the silicon film ... first insulating films 117 and 216 ... second insulating films 118 and 217 ... gate electrodes 119 and 218 ... interlayer insulating films 120 and 219 ... source electrodes 121 and 220 ... drain electrodes

Claims

In a method for manufacturing a semiconductor element,
Forming a semiconductor film;
Oxidizing the surface of the semiconductor film to form a first insulating film;
After the formation of the first insulating film, a melt crystallization step of melting the semiconductor film to improve the quality of the semiconductor film;
Depositing a second insulating film on the first insulating film after the melt crystallization step.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of annealing at a temperature of 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, wherein the annealing step is performed after the second insulating film deposition step.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is an amorphous silicon film.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming a semiconductor film includes a step of forming an amorphous silicon film and a step of annealing the amorphous silicon film at a temperature of 550 ° C. or more and 650 ° C. or less. Method.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the first insulating film is 40 nm or less.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film is formed at 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the melt crystallization step irradiates a laser beam to the semiconductor film.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a wavelength of the laser light is 240 nm or more and 550 nm or less.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film is a silicon oxide film.

An electro-optical device comprising a semiconductor element manufactured by the method according to claim 1 as a pixel driving element.

An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 10.