JP2004319913A - Process for forming semiconductor film, process for manufacturing semiconductor device, integrated circuit, electro-optical device, and electronic apparatus - Google Patents

Process for forming semiconductor film, process for manufacturing semiconductor device, integrated circuit, electro-optical device, and electronic apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for depositing an amorphous silicon film surely in a micropore regardless of its size and for forming an amorphous silicon film having a desired thickness. <P>SOLUTION: The process for forming a semiconductor film comprises a step for forming a micropore (14) in an insulating film (12) formed on a substrate (10), a first film deposition step for depositing a first non-single crystal semiconductor film (16) in the micropore (14) and on the insulating film (12), a step for removing the first non-single crystal semiconductor film (16) while leaving it in the micropore (14), a second film deposition step for depositing a second non-single crystal semiconductor film (18) above the micropore (14) and on the insulating film (12), and a step for forming a crystalline semiconductor film (20) through melt crystallization of the first and second non-single crystal semiconductor films. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体薄膜及び半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置やEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置に用いられる薄膜トランジスタの電気的特性を向上させるために、略単結晶状態の珪素膜を用いて半導体薄膜を形成する技術が提案されている(非特許文献1)。この技術は、基板上の絶縁膜に微細孔を開けて、この絶縁膜上及び微細孔内に非晶質珪素膜を形成した後、この非晶質珪素膜にレーザを照射して、上記微細孔の底部内の非晶質珪素を非溶融状態に保持しながら、その他の部分の非晶質珪素膜を溶融状態にすることにより、非溶融状態に保持された非晶質珪素を結晶核とした結晶成長を生じさせて、略単結晶状態の珪素膜を形成させるものである。
【0003】
【非特許文献1】
「Single Crystal Thin Film Transistors」, IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257−258
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法では、微細孔を形成した基板上に非晶質珪素膜を形成する際に、当該微細孔の内部に非晶質珪素膜を隙間なく堆積させることが重要であり、かかる要望を達成するために従来は、非晶質珪素膜を比較的に厚く形成していた。特に、微細孔の径が大きい場合には、非晶質珪素膜をより厚く堆積させる必要がある。しかしながら、半導体素子(特に薄膜トランジスタ)の特性向上の観点からは、珪素膜はより薄膜化することが望まれる。
【0004】
そこで本発明は、微細孔内に半導体膜を確実に堆積させ、かつ半導体膜をより薄く形成することができる技術を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体膜の製造方法は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、微細孔内及び絶縁膜上に第1の非単結晶半導体膜を形成する第1の成膜工程と、微細孔内の第1の非単結晶半導体膜を残し、それ以外の部分に形成された第1の非単結晶半導体膜を除去する除去工程と、微細孔上部及び絶縁膜上に第2の非単結晶半導体膜を形成する第2の成膜工程と、第1及び第2の非単結晶半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、を含む。
【0006】
上記方法によれば、第1の成膜工程で絶縁膜上に形成される非単結晶半導体膜は、例え膜厚が厚くなったとしてもその後の除去工程で微細孔内の非単結晶半導体膜を残して除去されるので、微細孔が隙間なく埋められるように非単結晶半導体膜を十分に堆積させることができる。また、第2の成膜工程では、微細孔は既に隙間なく埋められているので、成膜時には何らの制約がなく非単結晶半導体膜を所望の厚さに形成することができる。すなわち、本発明によれば、微細孔内に半導体膜を確実に堆積させ、かつ半導体膜をより薄く形成するという相反する要望を達成することが可能となる。そして、本発明にかかる半導体膜を用いることにより、薄膜化による半導体素子(特に薄膜トランジスタ)の特性向上を図ることが可能となる。
【0007】
上述した第1の成膜工程は、第1の非単結晶半導体膜の膜厚が微細孔の孔径の二分の一以上となるように成膜を行うことが好ましい。ここで、微細孔の孔径とは、例えば微細孔の水平断面が円形の場合はその直径を意味する。第1の成膜工程において、例えばプラズマ化学気相堆積法(PECVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)などを用いた場合、絶縁膜上と微細孔内壁にはほぼ同じとみなせる速度で非単結晶半導体膜が堆積する。従って、非単結晶半導体膜の膜厚が微細孔の孔径の二分の一以上となるように成膜を行えば、微細孔内を非単結晶半導体膜によって必要十分に埋めることが可能となる。
【0008】
また、上述した第2の成膜工程は、第2の非単結晶半導体膜の膜厚が600Å以下となるように成膜を行うことが好ましい。かかる膜厚の結晶性半導体膜を用いることにより、電気的特性の良好な半導体素子を得ることが可能となる。
【0009】
上述した除去工程における非単結晶半導体膜の除去は、エッチバックによって行うことが好ましい。これにより、非単結晶半導体膜を広い領域にわたって一様な厚さで除去することが可能となる。エッチバックは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれによって行うこともできる。ドライエッチングとしては、Clガス、HBrガス、SFガスなどシリコンエッチングに適したエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法などが挙げられる。ドライエッチングによれば高精度な膜の除去が可能となる。ウェットエッチングとしては、ディップ方式、スピン方式のいずれを用いることもできる。ウェットエッチングによればコストを低く抑えることができ、生産性を向上させることも可能である。
【0010】
また、除去工程における非単結晶半導体膜の除去は、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によって行うことも好ましい。この方法によれば、非常に平坦性の高い表面を得ることが可能となる。
【0011】
本発明の半導体膜の製造方法は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、微細孔内及び絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、非単結晶半導体膜を膜厚方向に一部除去して薄膜化する除去工程と、薄膜化された非単結晶半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、を含む。
【0012】
上記方法によれば、成膜工程で絶縁膜上に形成された非単結晶半導体膜は、その後の薄膜化工程で膜厚方向に一部除去されるので、成膜工程においては微細孔内が隙間なく埋められるように非単結晶半導体膜を十分に堆積させることができる。また、絶縁膜上の非単結晶半導体膜は除去工程において所望の厚さに形成することができるので、薄膜化による半導体素子(特に薄膜トランジスタ)の特性向上を図ることもできる。
【0013】
また、上記成膜工程は、非単結晶半導体膜の膜厚が上記微細孔の孔径の二分の一以上となるように成膜を行うことが好ましい。これにより、微細孔内を非単結晶半導体膜によって必要十分に埋めることが可能となる。
【0014】
また、上記薄膜化工程は、上記非単結晶半導体膜の膜厚が600Å以下となるように非単結晶半導体膜の除去を行うことが好ましい。かかる膜厚の結晶性半導体膜を用いることにより、電気的特性の良好な半導体素子を得ることが可能となる。なお、薄膜化工程は、エッチバック又は化学機械研磨(CMP)によって行うことが好適である。かかる方法を採用することによる利点は上述した通りである。
【0015】
また、本発明は、上述した半導体膜の製造方法によって製造される結晶性半導体膜を使用して半導体素子を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法でもある。ここで、本発明において「半導体装置」とは、本発明にかかる結晶性半導体膜を備える装置をいい、トランジスタ、ダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他能動素子・受動素子を問わない単体の素子を含む。上述した本発明に係る結晶性半導体膜を使用することにより、特性の優れた半導体装置を得ることが可能となる。
【0016】
また、上述した半導体装置の製造方法においては、結晶性半導体膜の微細孔を含まない部分を使用して半導体装置の形成を行うと更に好適である。微細孔近傍では結晶性が若干劣る部分が形成される場合があるため、この部分を含まないようにして半導体装置を形成すると、半導体装置の特性を更に向上させることが可能となる。また、上述した半導体装置の製造方法において、半導体装置として薄膜トランジスタを形成する場合には、微細孔を当該薄膜トランジスタを形成する位置に対応させて設けることが好ましい。これにより、薄膜トランジスタの形成対象となる領域を的確に選択して当該領域に結晶性半導体膜を形成することが可能となる。
【0017】
また、本発明は、上述した製造方法を適用して製造される半導体装置を備える集積回路であり、電気光学装置であり、また電子機器でもある。
【0018】
ここで「集積回路」とは、一定の機能を奏するように半導体装置及び関連する配線等が集積され配線された回路(チップ)をいう。なお、本発明においては、この回路(チップ)が基板上の所定の一箇所あるいは複数箇所に配置された回路基板をも提供することができる。
【0019】
本発明は、電気光学装置において、複数の画素領域と、画素領域毎に設けられた半導体装置と、半導体装置により制御される電気光学素子と、を備え、半導体装置は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造されるものでもある。
【0020】
ここで「電気光学装置」とは、本発明に係る半導体装置を備えた、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、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、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を備えたアクティブマトリクス型の表示装置等をいう。
【0021】
ここで「電子機器」とは、本発明に係る半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ICカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに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、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等が含まれる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0023】
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態における半導体膜の製造方法を説明する図である。
【0024】
(微細孔形成工程)
先ず、図1(a)に示すように、基板10上に絶縁膜としての酸化珪素膜12を形成する。基板10上への酸化珪素膜12の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、あるいはスパッタリング法等の物理気相堆積法が挙げられる。例えば、PECVD法により厚さ数100nmの酸化珪素膜12を形成できる。
【0025】
次に、図1(a)に示すように、酸化珪素膜12の所定位置に微細孔14を形成する。例えば、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行うことにより、酸化珪素膜12の面内の所定位置に、断面が円形である微細孔14を開口できる。エッチング方法としては、例えばCHFガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングなどがあげられる。
【0026】
当該微細孔14は、後述する溶融結晶化工程において、1つの結晶核を種とした結晶成長を優先的に進行させる役割を担うためのものであり「グレインフィルタ」と称される場合もある。この微細孔14は例えば円筒状に形成することが好適であるが、円筒状以外の形状(例えば、円錐状、角柱状、角錐状など)としてもよい。また、比較的に径の大きい孔(例えば500nm程度)を形成した後に基板全面に新たな絶縁膜(本例では酸化硅素膜)を堆積して上記孔の径を狭めることによって微細孔14を形成するようにしてもよい。
【0027】
(第1の成膜工程)
次に、図1(b)に示すように、微細孔14内及び酸化珪素膜12上に第1の非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜16を形成する。非晶質珪素膜16は、PECVD法、LPCVD法、常圧化学気相堆積法(APCVD法)、スパッタリング法などによって形成することができる。
【0028】
図2は、第1の成膜工程について更に詳細に説明する図である。図2(a)に示すように微細孔14を形成した後、非晶質珪素膜16を堆積させる。このとき、酸化珪素膜12上および微細孔14の内壁にほぼ同じとみなせる速度で膜が堆積する成膜方法(例えばLPCVD法等)を用いた場合は、図2(b)に示すように、酸化珪素膜12上と微細孔14内とでほぼ同じ膜厚に非晶質珪素膜16が形成されていく。この非晶質珪素膜16の膜厚をt、微細孔14の孔径(直径)をLとすると、tがLの二分の一以上となるように成膜を行えば、図2(c)に示すように、微細孔14内を非晶質珪素膜16によって必要十分に埋めることができる。
【0029】
なお、本工程においては、非晶質珪素膜に代えて、多晶質珪素膜を形成してもよい。
【0030】
(除去工程)
次に、図1(c)に示すように、非晶質珪素膜16のうち、微細孔14内以外に形成された部分をエッチバックにより除去する。エッチバックは、例えばドライエッチングによって行うことができ、特に珪素膜のエッチングにおいては、Cl、HBr、SFなどをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングが好適である。また、ウェットエッチングや、化学機械研磨により、非晶質珪素膜の除去を行うこともできる。
【0031】
また、第1の成膜工程においてLPCVD法等を用いて非晶質硅素膜16を堆積させると、図2(c)に示すように、微細孔14上部において半導体膜にへこみ(凹部)22が生じることがあり、溶融結晶化のための熱処理の効果が不均一となって良好な結晶性が得られない場合がある。しかし、上記方法によれば、除去工程により非晶質硅素膜16が取り除かれるので、次の第2の成膜工程で第2の非晶質珪素膜18をほぼ一様な厚みに堆積させることができる。従って、溶融結晶化工程における熱処理の効果も均一となり、溶融結晶化を好適に行うことが可能となるという利点もある。
【0032】
(第2の成膜工程)
続いて、図1(d)に示すように、非晶質硅素膜16が埋められた微細孔14上及び酸化珪素膜12上に、第2の非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜18を形成する。この非晶質珪素膜18は、例えばPECVD法やLPCVD法によって形成することが好ましい。微細孔14内に隙間なく堆積させることを考慮する必要がないので、非晶質珪素膜18は所望の厚さに形成できる。後述する素子形成工程で形成される半導体素子の電気的特性の向上を図るために、非晶質珪素膜18の膜厚は600Å以下とすることが好適である。
【0033】
なお、非単結晶半導体膜として、非晶質珪素膜に代えて多晶質珪素膜を用いてもよい。
【0034】
(溶融結晶化工程)
次に、図1(e)に示すようにレーザを照射して、非晶質珪素膜18及び微細孔14内の非晶質珪素膜16の溶融結晶化を行う。例えば、XeClパルスエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅30nsec)を用い、エネルギー密度:0.4〜1.5J/cmでレーザ照射を行うことにより、部分的溶融が達成できる。尚、エキシマレーザに代えて、固体レーザ、ガスレーザなどを用いてもよい。
【0035】
ここで、照射されたXeClパルスエキシマレーザは非晶質珪素膜18の表面近傍でほとんどが吸収される。これはXeClパルスエキシマレーザの波長(308nm)における非晶質珪素および結晶性珪素の吸収係数が其々0.139nm−1と0.149nm−1と大きいためである。また、酸化珪素膜12は、上記レーザに対して略透明であって、このレーザのエネルギーを吸収しないため、レーザ照射によって溶融しない。これにより、微細孔14以外の領域にある非晶質珪素膜18は、膜厚方向全域に渡ってほぼ完全に溶融した状態となる。また、微細孔14内にある非晶質珪素膜16は表面が溶融し微細孔14の底部では溶融しない状態(部分溶融状態)となる。
【0036】
レーザ照射後の珪素の凝固は、微細孔14の内部で先に始まり、その後非晶質珪素膜18の略完全溶融状態となっている部分(表面側の部分)に至る。このとき、微細孔14の底部近傍ではいくつかの結晶粒が発生するが、微細孔14の断面寸法(本実施形態では、円の直径)を1個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔14の上部(開口部)には1個の結晶粒のみが到達するようになる。これにより、非晶質珪素膜18の略完全溶融状態の部分では微細孔14の上部に到達した1個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになり、図1(f)に示すように、微細孔14を略中心とした領域に略単結晶状態の珪素膜(結晶性珪素膜)20が形成される。尚、本実施形態において「略単結晶」とは、結晶粒が単一である場合のみならずこれに近い状態、すなわち、複数の結晶が組み合わせられていてもその数が少なく、半導体薄膜の性質の観点からほぼ単結晶により形成された半導体薄膜と同等の性質を備えている場合も含む。
【0037】
この結晶性珪素膜(結晶性半導体膜)20は、内部に欠陥が少なく、半導体膜の電気特性の点で、エネルギーバンドにおける禁制帯中央部付近の捕獲準位密度が少なくなる効果が得られる。また、結晶粒界がほぼ無いと見なせるために、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。この結晶性珪素膜20を薄膜トランジスタの能動層(ソース/ドレイン領域やチャネル形成領域)に用いると、オフ電流値が小さく移動度の大きな優良な薄膜トランジスタが得られる。
【0038】
(素子形成工程)
次に、薄膜トランジスタを例にして、上述した製造方法により製造される結晶性半導体膜20を用いて半導体素子を形成する工程を説明する。
【0039】
図3は、素子形成工程について説明する図である。まず図3(a)に示すように、結晶性半導体膜20をパターニングし、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去して整形する。
【0040】
次に、図3(b)に示すように、酸化珪素膜12および結晶性珪素膜20の上に酸化珪素膜24を形成する。例えば、酸化珪素膜24は、電子サイクロトロン共鳴PECVD法(ECR−CVD法)またはPECVD法にて形成できる。この酸化珪素膜24は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。
【0041】
次に、図3(c)に示すように、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート電極26を形成する。次に、このゲート電極26をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース/ドレイン領域28とチャネル形成領域30をゲート電極26に対して自己整合的に作製する。NMOSトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン(P)を1×1016cm−2の濃度でソース/ドレイン領域に打ち込む。その後、XeClエキシマレーザを照射エネルギー密度400mJ/cm程度で照射するか、250℃〜450℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。
【0042】
次に、図3(d)に示すように、酸化珪素膜24およびゲート電極26の上面に、酸化珪素膜32を形成する。例えば、PECVD法で約500nmの酸化珪素膜32を形成する。次に、ソース/ドレイン領域28に至るコンタクトホールを酸化珪素膜24、32に開けて、コンタクトホール内および酸化珪素膜32上のコンタクトホールの周縁部にソース/ドレイン電極34を形成する。ソース/ドレイン電極34は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極26に至るコンタクトホールを酸化珪素膜32に開けて、ゲート電極26用の端子電極を形成する。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタTが作製できる。
【0043】
なお、図3に示す例では説明の便宜上、微細孔14が薄膜トランジスタの真下に位置するように図示されているが、微細孔14の形成位置を薄膜トランジスタTの真下から外すようにすることも好適である。この場合には、上記図3(a)において説明したパターニング工程において、薄膜トランジスタTの活性領域30等となるべき部分をパターニングする際に微細孔14の形成位置を外すようにすればよい。
【0044】
このように、第1の実施形態では、第1の成膜工程において形成された非晶質珪素膜16を、微細孔内の非晶質珪素膜16を残して除去工程で除去し、第2の成膜工程で新たな非晶質珪素膜18を形成する。これにより、微細孔14内に非晶質珪素膜16を確実に堆積させ、かつ非晶質珪素膜18の薄膜化を図ることができ、非晶質珪素膜18を用いて製造される半導体素子の電気的特性の向上を図ることが可能となる。また、非晶質珪素膜18は微細孔14の有無に関わらず、均一とみなせる厚さに形成することができる。これにより、溶融結晶化の際の熱処理の効果も均一となり、溶融結晶化を好適に行うことができるという利点もある。
【0045】
<第2の実施形態>
図4は、第2の実施形態における半導体膜の製造方法を説明する図である。なお、以下の説明では、上述した第1の実施形態の製造方法と重複する内容については適宜省略して説明を行う。
【0046】
(微細孔形成工程)
先ず、図4(a)に示すように、基板10上に絶縁膜としての酸化珪素膜12を形成し、当該酸化珪素膜12の所定位置に微細孔14を形成する。酸化珪素膜12及び微細孔14を形成する際の諸条件は上述した第1の実施形態の場合と同様である。
【0047】
(成膜工程)
続いて、図4(b)に示すように、酸化珪素膜12上及び微細孔14内に、非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜16を形成する。本工程の諸条件は第1の実施形態の場合と同様である。非晶質珪素膜16の膜厚を、微細孔14の直径の二分の一以上とすることで、微細孔14内を非晶質珪素膜16によって隙間なく埋めることができる。
【0048】
(除去工程)
次に図4(c)に示すように、非晶質珪素膜16を一部除去して、非晶質珪素膜16を薄膜化する。非晶質珪素膜の広い領域にわたって膜厚方向に一様な厚さで除去していくので、ウェットエッチングが好ましい。ウェットエッチングとしては、ディップ方式、スピン方式のいずれを用いることもでき、薬液としてはフッ酸、硝酸(HNO)及びヨード入り氷酢酸(CHCOOH+I)の混合液等が好適である。また、ドライエッチングや化学機械研磨によって非晶質珪素膜16の一部除去を行ってもよい。
【0049】
これにより非晶質珪素膜16を、微細孔の大きさにかかわらず所望の厚さに形成できる。素子形成工程で形成される半導体素子の電気的特性の向上を図るためには、非晶質珪素膜16の膜厚を600Å以下とすることが好適である。
【0050】
また、成膜工程において微細孔14上部に凹部22(図2(c)参照)が形成されることがあるが、そのような場合には、本工程において凹部22がなくなるように非晶質珪素膜16を除去することにより、非晶質珪素膜16をほぼ均一な厚さとすることができる。これにより、均質な溶融結晶化を行うことができるという利点もある。
【0051】
なお、非単結晶半導体膜として、非晶質珪素膜に代えて多晶質珪素膜を用いてもよい。
【0052】
(溶融結晶化工程)
次に図4(d)に示すように、非晶質珪素膜16にレーザ照射を行うことにより溶融結晶化させる。レーザ照射の好適な諸条件についても上述したとおりである。これにより、図4(e)に示すように、微細孔14を略中心とした領域に略単結晶状態の珪素膜(結晶性珪素膜)20が形成される。
【0053】
(素子形成工程)
次に、結晶性珪素膜20を用いて薄膜トランジスタを形成する。具体的な内容については上述した第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0054】
以上のように、第2の実施形態では、成膜工程において形成された非晶質珪素膜16を一部除去することにより、微細孔14の大きさに関わらず、非晶質珪素膜を薄くして半導体膜の電気的特性の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態では、非晶質珪素膜16を均一とみなせる厚さに形成することができるので、溶融結晶化の際、レーザ光の照射量も均一となって、均質な結晶性珪素膜20を得ることができるという利点もある。また、成膜工程が一回で済むため、材料消費の点で低コスト化を図れる利点もある。
【0055】
<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態は、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電気光学装置に関する。
【0056】
図5に、第3の実施形態における電気光学(表示)装置100の接続図を示す。本実施の形態の表示装置100は、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層OELD、それを駆動するための電流を記憶する保持容量を備え、さらに本発明の製造方法によって製造される半導体装置、ここでは薄膜トランジスタT1〜T4を備えて構成されている。ドライバ領域101からは、走査線Vsel及び発光制御線Vgpが各画素領域に供給されている。ドライバ領域102からは、データ線Idataおよび電源線Vddが各画素領域に供給されている。走査線Vselとデータ線Idataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部OELDによる発光が制御可能になっている。
【0057】
なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり他の回路構成も可能である。また、ドライバ領域101、102のそれぞれを構成する集積回路を本発明に係る半導体装置によって形成することも好適である。
【0058】
<第4の実施形態>
第4の実施形態は、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電子機器に関する。
【0059】
図6に、本第4の実施形態における電子機器の例を挙げる。図6(a)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯電話の例であり、当該携帯電話230は、電気光学装置(表示パネル)100、アンテナ部231、音声出力部232、音声入力部233及び操作部234を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図6(b)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたビデオカメラの例であり、当該ビデオカメラ240は、電気光学装置(表示パネル)100、受像部241、操作部242及び音声入力部243を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【0060】
図6(c)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯型パーソナルコンピュータの例であり、当該コンピュータ250は、電気光学装置(表示パネル)100、カメラ部251及び操作部252を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図6(d)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたヘッドマウントディスプレイの例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ260は、電気光学装置(表示パネル)100、バンド部261及び光学系収納部262を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【0061】
図6(e)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたリア型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター270は、電気光学装置(光変調器)100、光源272、合成光学系273、ミラー274、275を筐体271内に備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば光変調器100や内蔵される回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図6(f)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたフロント型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター280は、電気光学装置(画像表示源)100及び光学系281を筐体282内に備え、画像をスクリーン283に表示可能になっている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば画像表示源100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【0062】
上記例に限らず本発明に係る半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、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、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、ICカードなどにも適用することができる。
【0063】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例として珪素膜を採り上げて説明していたが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る結晶性半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明していたが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、他の素子(例えば、薄膜ダイオード等)を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における半導体膜の製造方法を説明する図である。
【図2】成膜工程を説明する図である。
【図3】半導体装置(薄膜トランジスタ)の製造方法を説明する図である。
【図4】第2の実施の形態における半導体膜の製造方法を説明する図である。
【図5】第3の実施の形態における電気光学装置の接続図である。
【図6】第4の実施の形態における電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
10…基板、 12、24、32…酸化珪素膜、 14…微細孔、 16…非晶質珪素膜、18…非晶質珪素膜、 20…結晶性珪素膜(略単結晶状態の珪素膜)、 22…凹部、 26…ゲート電極、 28…ソース/ドレイン領域、 30…チャネル形成領域、 34…ソース/ドレイン電極、 100…電気光学装置、 T…薄膜トランジスタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film and a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the electrical characteristics of a thin film transistor used for a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device, a technique of forming a semiconductor thin film using a substantially single-crystal silicon film has been proposed (Non-Patent Document). 1). According to this technique, a fine hole is formed in an insulating film on a substrate, an amorphous silicon film is formed on the insulating film and in the fine hole, and then the amorphous silicon film is irradiated with a laser. While maintaining the amorphous silicon in the bottom of the hole in a non-molten state, the amorphous silicon film in the other part is brought into a molten state, so that the amorphous silicon held in the non-molten state becomes a crystal nucleus. Thus, a substantially single crystal silicon film is formed by causing the crystal growth.
[0003]
[Non-patent document 1]
"Single Crystal Thin Film Transistors", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug. 1993 pp257-258
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described method, when forming an amorphous silicon film on a substrate in which fine holes are formed, it is important to deposit an amorphous silicon film in the fine holes without gaps, and this demand has been achieved. Conventionally, an amorphous silicon film has been formed relatively thick. In particular, when the diameter of the fine holes is large, it is necessary to deposit an amorphous silicon film thicker. However, from the viewpoint of improving the characteristics of a semiconductor element (especially a thin film transistor), it is desired that the silicon film be made thinner.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of reliably depositing a semiconductor film in a fine hole and forming a thinner semiconductor film.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor film according to the present invention comprises a micropore forming step of forming micropores in an insulating film formed on a substrate, and a first non-porous process in the micropores and on the insulating film. A first film forming step of forming a single crystal semiconductor film, and removing the first non-single-crystal semiconductor film formed in other portions while leaving the first non-single-crystal semiconductor film in the micropores A second film-forming step of forming a second non-single-crystal semiconductor film over the micropores and over the insulating film; and melting and crystallizing the first and second non-single-crystal semiconductor films to form a crystalline semiconductor. Melt crystallization for forming a film.
[0006]
According to the above method, the non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating film in the first film-forming step has a non-single-crystal semiconductor film in the micropores in a subsequent removing step even if the film thickness is increased. Is removed, so that the non-single-crystal semiconductor film can be sufficiently deposited so that the fine holes are filled without gaps. Further, in the second film formation step, since the micropores are already filled without gaps, the non-single-crystal semiconductor film can be formed to have a desired thickness without any restrictions at the time of film formation. That is, according to the present invention, it is possible to achieve the conflicting demands of reliably depositing a semiconductor film in a fine hole and forming a thinner semiconductor film. By using the semiconductor film according to the present invention, it is possible to improve the characteristics of a semiconductor element (particularly, a thin film transistor) by thinning.
[0007]
In the above-described first film formation step, it is preferable to form the film so that the thickness of the first non-single-crystal semiconductor film is half or more of the diameter of the fine holes. Here, the pore diameter of the micropore means, for example, when the horizontal cross section of the micropore is circular, its diameter. In the first film forming step, for example, when a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method or a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method is used, the speed on the insulating film and the inner wall of the fine hole can be regarded as substantially the same. , A non-single-crystal semiconductor film is deposited. Therefore, if the film is formed so that the thickness of the non-single-crystal semiconductor film becomes half or more of the diameter of the fine hole, the inside of the fine hole can be sufficiently and sufficiently filled with the non-single-crystal semiconductor film.
[0008]
It is preferable that the second film formation step be performed so that the thickness of the second non-single-crystal semiconductor film is 600 ° or less. By using a crystalline semiconductor film having such a thickness, a semiconductor element with favorable electric characteristics can be obtained.
[0009]
The removal of the non-single-crystal semiconductor film in the above-described removal step is preferably performed by etch-back. Thus, the non-single-crystal semiconductor film can be removed with a uniform thickness over a wide area. Etchback can be performed by either dry etching or wet etching. As dry etching, Cl 2 Gas, HBr gas, SF 6 Reactive ion etching using an etching gas suitable for silicon etching such as a gas. According to the dry etching, it is possible to remove the film with high accuracy. As the wet etching, any of a dip method and a spin method can be used. According to the wet etching, the cost can be kept low, and the productivity can be improved.
[0010]
Further, the removal of the non-single-crystal semiconductor film in the removing step is also preferably performed by chemical mechanical polishing (CMP). According to this method, a very flat surface can be obtained.
[0011]
The method for manufacturing a semiconductor film of the present invention includes a micropore forming step of forming micropores in an insulating film formed on a substrate, and a film forming step of forming a non-single-crystal semiconductor film in the micropores and on the insulating film. A removing step of partially removing the non-single-crystal semiconductor film in the thickness direction to reduce the thickness, and a melt-crystallization step of melt-crystallizing the thinned non-single-crystal semiconductor film to form a crystalline semiconductor film. ,including.
[0012]
According to the above method, the non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating film in the film formation step is partially removed in the film thickness direction in the subsequent thinning step, so that the inside of the fine hole is reduced in the film formation step. The non-single-crystal semiconductor film can be sufficiently deposited so as to be filled without gaps. Further, since the non-single-crystal semiconductor film over the insulating film can be formed to have a desired thickness in the removal step, characteristics of a semiconductor element (particularly, a thin film transistor) can be improved by thinning.
[0013]
Further, in the film formation step, it is preferable to form the film so that the thickness of the non-single-crystal semiconductor film is half or more of the diameter of the micropore. Thus, the inside of the fine hole can be sufficiently and sufficiently filled with the non-single-crystal semiconductor film.
[0014]
In the thinning step, the non-single-crystal semiconductor film is preferably removed so that the thickness of the non-single-crystal semiconductor film is 600 ° or less. By using a crystalline semiconductor film having such a thickness, a semiconductor element with favorable electric characteristics can be obtained. Note that the thinning step is preferably performed by etch back or chemical mechanical polishing (CMP). The advantages of adopting such a method are as described above.
[0015]
The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor device including an element forming step of forming a semiconductor element using a crystalline semiconductor film manufactured by the above-described method of manufacturing a semiconductor film. Here, in the present invention, the “semiconductor device” refers to a device including the crystalline semiconductor film according to the present invention, and includes a transistor, a diode, a resistor, an inductor, a capacitor, and other single elements irrespective of active elements / passive elements. Including. By using the crystalline semiconductor film according to the present invention, a semiconductor device having excellent characteristics can be obtained.
[0016]
In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, it is more preferable to form the semiconductor device using a portion of the crystalline semiconductor film that does not include micropores. A portion having slightly poor crystallinity may be formed in the vicinity of the fine hole. Therefore, when the semiconductor device is formed without including this portion, the characteristics of the semiconductor device can be further improved. In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, in the case where a thin film transistor is formed as the semiconductor device, it is preferable to provide fine holes corresponding to positions where the thin film transistors are formed. This makes it possible to accurately select a region where a thin film transistor is to be formed and form a crystalline semiconductor film in the region.
[0017]
Further, the present invention is an integrated circuit including a semiconductor device manufactured by applying the above-described manufacturing method, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
[0018]
Here, the “integrated circuit” refers to a circuit (chip) in which a semiconductor device and related wirings are integrated and wired so as to perform a certain function. In the present invention, it is also possible to provide a circuit board in which this circuit (chip) is arranged at one or more predetermined locations on the board.
[0019]
The present invention relates to an electro-optical device, comprising: a plurality of pixel regions; a semiconductor device provided for each pixel region; and an electro-optical element controlled by the semiconductor device. It is also manufactured by the manufacturing method described above.
[0020]
Here, the “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 includes a semiconductor device according to the present invention. Includes both those that emit light and those that control the passage of external light. Examples of the electro-optical element include a liquid crystal element, an electrophoretic element having a dispersion medium in which electrophoretic particles are dispersed, 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. Active-matrix display device or the like.
[0021]
Here, “electronic equipment” refers to general equipment having a certain function provided with the semiconductor device according to the present invention, and includes, for example, an electro-optical device and a memory. Although the configuration is not particularly limited, for example, an IC card, a mobile phone, a video camera, a personal computer, a head-mounted display, a rear or front type projector, a facsimile apparatus with a display function, a finder of a digital camera, and a portable TV , A DSP device, a PDA, an electronic organizer, an electronic bulletin board, a display for advertising, and the like.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor film according to the first embodiment.
[0024]
(Micropore formation step)
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 12 as an insulating film is formed on a substrate 10. Examples of a method for forming the silicon oxide film 12 on the substrate 10 include a physical vapor deposition method such as a plasma chemical vapor deposition method (PECVD method), a low-pressure chemical vapor deposition method (LPCVD method), or a sputtering method. . For example, the silicon oxide film 12 having a thickness of several 100 nm can be formed by a PECVD method.
[0025]
Next, as shown in FIG. 1A, fine holes 14 are formed at predetermined positions of the silicon oxide film 12. For example, by performing a photolithography step and an etching step, a fine hole 14 having a circular cross section can be opened at a predetermined position in the plane of the silicon oxide film 12. As an etching method, for example, CHF 3 Reactive ion etching using gas plasma is exemplified.
[0026]
The micropores 14 serve to preferentially advance crystal growth using one crystal nucleus as a seed in a melt crystallization process described later, and may be referred to as a “grain filter”. The fine holes 14 are preferably formed in a cylindrical shape, for example, but may be formed in a shape other than the cylindrical shape (for example, a conical shape, a prism shape, a pyramid shape, etc.). Further, after forming a hole having a relatively large diameter (for example, about 500 nm), a new insulating film (silicon oxide film in this example) is deposited on the entire surface of the substrate and the diameter of the hole is reduced to form the fine hole 14. You may make it.
[0027]
(First film forming step)
Next, as shown in FIG. 1B, an amorphous silicon film 16 is formed in the fine holes 14 and on the silicon oxide film 12 as a first non-single-crystal semiconductor film. The amorphous silicon film 16 can be formed by PECVD, LPCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), sputtering, or the like.
[0028]
FIG. 2 is a diagram illustrating the first film forming step in more detail. After forming the fine holes 14 as shown in FIG. 2A, an amorphous silicon film 16 is deposited. At this time, as shown in FIG. 2B, when a film forming method (for example, an LPCVD method) in which a film is deposited on the silicon oxide film 12 and on the inner wall of the fine hole 14 at a speed that can be regarded as substantially the same, An amorphous silicon film 16 is formed to have substantially the same thickness on the silicon oxide film 12 and in the fine holes 14. Assuming that the thickness of the amorphous silicon film 16 is t and the hole diameter (diameter) of the fine holes 14 is L, if the film is formed so that t is equal to or more than 1/2 of L, FIG. As shown, the inside of the fine hole 14 can be filled with the amorphous silicon film 16 as necessary and sufficient.
[0029]
In this step, a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film.
[0030]
(Removal process)
Next, as shown in FIG. 1C, portions of the amorphous silicon film 16 other than those inside the micro holes 14 are removed by etch back. Etchback can be performed by, for example, dry etching. In particular, in etching a silicon film, Cl etching is performed. 2 , HBr, SF 6 Reactive ion etching using such as an etching gas is preferable. Further, the amorphous silicon film can be removed by wet etching or chemical mechanical polishing.
[0031]
In addition, when the amorphous silicon film 16 is deposited using the LPCVD method or the like in the first film forming step, a dent (recess) 22 is formed in the semiconductor film above the fine hole 14 as shown in FIG. In some cases, the effect of the heat treatment for melt crystallization is not uniform, and good crystallinity may not be obtained. However, according to the above method, since the amorphous silicon film 16 is removed by the removing step, the second amorphous silicon film 18 is deposited to a substantially uniform thickness in the next second film forming step. Can be. Therefore, there is an advantage that the effect of the heat treatment in the melt crystallization step is also uniform, and the melt crystallization can be suitably performed.
[0032]
(Second film formation step)
Subsequently, as shown in FIG. 1D, an amorphous silicon film 18 as a second non-single-crystal semiconductor film is formed on the fine holes 14 filled with the amorphous silicon film 16 and on the silicon oxide film 12. To form This amorphous silicon film 18 is preferably formed by, for example, PECVD or LPCVD. Since it is not necessary to consider that the amorphous silicon film 18 is deposited without any gaps in the fine holes 14, the amorphous silicon film 18 can be formed to a desired thickness. In order to improve the electrical characteristics of a semiconductor element formed in an element forming step described later, it is preferable that the thickness of the amorphous silicon film 18 be 600 ° or less.
[0033]
Note that a polycrystalline silicon film may be used instead of the amorphous silicon film as the non-single-crystal semiconductor film.
[0034]
(Melting crystallization process)
Next, as shown in FIG. 1E, laser irradiation is performed to melt-crystallize the amorphous silicon film 18 and the amorphous silicon film 16 in the fine holes 14. For example, using an XeCl pulse excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 nsec), energy density: 0.4 to 1.5 J / cm 2 By performing the laser irradiation, partial melting can be achieved. Note that a solid laser, a gas laser, or the like may be used instead of the excimer laser.
[0035]
Here, most of the irradiated XeCl pulse excimer laser is absorbed in the vicinity of the surface of the amorphous silicon film 18. This is because the absorption coefficients of amorphous silicon and crystalline silicon at the wavelength (308 nm) of the XeCl pulse excimer laser are 0.139 nm, respectively. -1 And 0.149 nm -1 Because it is big. Further, the silicon oxide film 12 is substantially transparent to the laser and does not absorb the energy of the laser, so that the silicon oxide film 12 is not melted by the laser irradiation. Thus, the amorphous silicon film 18 in the region other than the fine holes 14 is almost completely melted over the entire region in the thickness direction. Further, the surface of the amorphous silicon film 16 in the fine hole 14 is melted, and is not melted at the bottom of the fine hole 14 (partially melted state).
[0036]
The solidification of silicon after the laser irradiation starts first inside the micropores 14 and thereafter reaches a portion (surface portion) of the amorphous silicon film 18 in a substantially completely molten state. At this time, some crystal grains are generated in the vicinity of the bottom of the fine hole 14. However, the cross-sectional dimension (the diameter of a circle in the present embodiment) of the fine hole 14 is set to be about the same as or slightly smaller than one crystal grain. By doing so, only one crystal grain reaches the upper part (opening) of the fine hole 14. Thus, in the substantially completely melted portion of the amorphous silicon film 18, crystal growth proceeds with one crystal grain reaching the upper part of the fine hole 14 as a nucleus, as shown in FIG. Then, a silicon film (crystalline silicon film) 20 in a substantially single crystal state is formed in a region having the fine hole 14 substantially at the center. In this embodiment, “substantially single crystal” means not only a single crystal grain but also a state close to the single crystal grain, that is, a small number of crystals even when a plurality of crystals are combined. From the viewpoint of the above, the case where the semiconductor thin film has substantially the same properties as a semiconductor thin film formed of a single crystal is also included.
[0037]
The crystalline silicon film (crystalline semiconductor film) 20 has an effect that the number of defects is small inside and the trap level density near the center of the forbidden band in the energy band is reduced in terms of the electrical characteristics of the semiconductor film. In addition, since it can be considered that there is almost no crystal grain boundary, an effect of greatly reducing a barrier when carriers such as electrons and holes flow can be obtained. When this crystalline silicon film 20 is used as an active layer (source / drain region or channel formation region) of a thin film transistor, an excellent thin film transistor having a small off-current value and a large mobility can be obtained.
[0038]
(Element formation step)
Next, a process of forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film 20 manufactured by the above-described manufacturing method will be described using a thin film transistor as an example.
[0039]
FIG. 3 is a diagram illustrating an element forming step. First, as shown in FIG. 3A, the crystalline semiconductor film 20 is patterned, and portions unnecessary for forming a thin film transistor are removed and shaped.
[0040]
Next, as shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 24 is formed on the silicon oxide film 12 and the crystalline silicon film 20. For example, the silicon oxide film 24 can be formed by electron cyclotron resonance PECVD (ECR-CVD) or PECVD. This silicon oxide film 24 functions as a gate insulating film of the thin film transistor.
[0041]
Next, as shown in FIG. 3C, a gate electrode 26 is formed by forming a metal thin film of tantalum or aluminum by a sputtering method and then patterning. Next, using the gate electrode 26 as a mask, impurity ions serving as donors or acceptors are implanted, and a source / drain region 28 and a channel forming region 30 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 26. In the case of manufacturing an NMOS transistor, for example, phosphorus (P) is used as an impurity element at 1 × 10 16 cm -2 Is implanted into the source / drain regions at a concentration of Thereafter, a XeCl excimer laser is irradiated at an irradiation energy density of 400 mJ / cm. 2 The impurity element is activated by irradiating at a temperature of about 250 ° C. or performing heat treatment at a temperature of about 250 ° C. to 450 ° C.
[0042]
Next, as shown in FIG. 3D, a silicon oxide film 32 is formed on the upper surfaces of the silicon oxide film 24 and the gate electrode 26. For example, a silicon oxide film 32 of about 500 nm is formed by PECVD. Next, a contact hole reaching the source / drain region 28 is opened in the silicon oxide films 24 and 32, and a source / drain electrode 34 is formed in the contact hole and on the peripheral portion of the contact hole on the silicon oxide film 32. The source / drain electrodes 34 may be formed by depositing aluminum by, for example, a sputtering method. Further, a contact hole reaching the gate electrode 26 is opened in the silicon oxide film 32 to form a terminal electrode for the gate electrode 26. Thus, a thin film transistor T as a semiconductor device according to the present invention can be manufactured.
[0043]
In the example shown in FIG. 3, for convenience of explanation, the fine holes 14 are illustrated to be located directly below the thin film transistors. However, it is also preferable that the formation positions of the fine holes 14 be removed from immediately below the thin film transistors T. is there. In this case, in the patterning step described with reference to FIG. 3A, the formation position of the fine hole 14 may be removed when patterning a portion to be the active region 30 or the like of the thin film transistor T.
[0044]
As described above, in the first embodiment, the amorphous silicon film 16 formed in the first film forming step is removed in the removing step while leaving the amorphous silicon film 16 in the fine holes. A new amorphous silicon film 18 is formed in the film forming step. Thus, the amorphous silicon film 16 can be reliably deposited in the fine holes 14 and the thickness of the amorphous silicon film 18 can be reduced, and the semiconductor device manufactured using the amorphous silicon film 18 can be manufactured. Can be improved. In addition, the amorphous silicon film 18 can be formed to have a uniform thickness regardless of the presence or absence of the fine holes 14. Thereby, the effect of the heat treatment at the time of melt crystallization is also uniform, and there is an advantage that melt crystallization can be suitably performed.
[0045]
<Second embodiment>
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor film according to the second embodiment. In the following description, the description that overlaps with the manufacturing method of the above-described first embodiment will be omitted as appropriate.
[0046]
(Micropore formation step)
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 12 as an insulating film is formed on a substrate 10, and fine holes 14 are formed at predetermined positions in the silicon oxide film 12. Various conditions for forming the silicon oxide film 12 and the fine holes 14 are the same as those in the first embodiment described above.
[0047]
(Deposition process)
Subsequently, as shown in FIG. 4B, an amorphous silicon film 16 is formed as a non-single-crystal semiconductor film on the silicon oxide film 12 and in the fine holes 14. Various conditions in this step are the same as those in the first embodiment. By setting the thickness of the amorphous silicon film 16 to be at least half the diameter of the fine holes 14, the inside of the fine holes 14 can be filled with the amorphous silicon film 16 without gaps.
[0048]
(Removal process)
Next, as shown in FIG. 4C, the amorphous silicon film 16 is partially removed to make the amorphous silicon film 16 thinner. Since the amorphous silicon film is removed in a uniform thickness in the film thickness direction over a wide region of the amorphous silicon film, wet etching is preferable. As the wet etching, any of a dip method and a spin method can be used, and as a chemical solution, hydrofluoric acid, nitric acid (HNO 3 ) And glacial acetic acid with iodine (CH 3 COOH + I 2 And the like. Further, the amorphous silicon film 16 may be partially removed by dry etching or chemical mechanical polishing.
[0049]
Thereby, the amorphous silicon film 16 can be formed to a desired thickness regardless of the size of the fine holes. In order to improve the electrical characteristics of the semiconductor element formed in the element forming step, it is preferable that the thickness of the amorphous silicon film 16 be 600 ° or less.
[0050]
In addition, in the film forming step, a concave portion 22 (see FIG. 2C) may be formed on the fine hole 14. In such a case, the amorphous silicon is removed so that the concave portion 22 is eliminated in this step. By removing the film 16, the amorphous silicon film 16 can have a substantially uniform thickness. Thereby, there is also an advantage that homogeneous melt crystallization can be performed.
[0051]
Note that a polycrystalline silicon film may be used instead of the amorphous silicon film as the non-single-crystal semiconductor film.
[0052]
(Melting crystallization process)
Next, as shown in FIG. 4D, the amorphous silicon film 16 is melt-crystallized by performing laser irradiation. Suitable conditions for laser irradiation are also as described above. As a result, as shown in FIG. 4E, a silicon film (crystalline silicon film) 20 in a substantially single crystal state is formed in a region substantially centered on the fine hole 14.
[0053]
(Element formation step)
Next, a thin film transistor is formed using the crystalline silicon film 20. The specific contents are the same as in the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0054]
As described above, in the second embodiment, the amorphous silicon film 16 formed in the film forming step is partially removed, so that the amorphous silicon film is thin regardless of the size of the fine holes 14. As a result, the electrical characteristics of the semiconductor film can be improved. Further, in this embodiment, since the amorphous silicon film 16 can be formed to have a thickness that can be regarded as uniform, the irradiation amount of the laser beam becomes uniform during the melt crystallization, so that the uniform crystalline silicon film 16 is obtained. There is also an advantage that 20 can be obtained. Further, since only one film forming process is required, there is an advantage that cost can be reduced in terms of material consumption.
[0055]
<Third embodiment>
The third embodiment of the present invention relates to an electro-optical device including a semiconductor device manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
[0056]
FIG. 5 shows a connection diagram of the electro-optical (display) device 100 according to the third embodiment. The display device 100 of the present embodiment includes a light emitting layer OELD capable of emitting light by the electroluminescent effect in each pixel region, a storage capacitor for storing a current for driving the light emitting layer OELD, and further manufactured by the manufacturing method of the present invention. The semiconductor device, here, includes thin film transistors T1 to T4. From the driver area 101, a scanning line Vsel and a light emission control line Vgp are supplied to each pixel area. From the driver region 102, a data line Idata and a power supply line Vdd are supplied to each pixel region. By controlling the scanning line Vsel and the data line Idata, current programming is performed for each pixel region, and light emission by the light emitting unit OELD can be controlled.
[0057]
Note that the above driving circuit is an example of a circuit when an electroluminescent element is used as a light emitting element, and other circuit configurations are possible. It is also preferable that the integrated circuits forming each of the driver regions 101 and 102 be formed by the semiconductor device according to the present invention.
[0058]
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment relates to an electronic apparatus including a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
[0059]
FIG. 6 shows an example of an electronic device according to the fourth embodiment. FIG. 6A illustrates an example of a mobile phone on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The mobile phone 230 includes an electro-optical device (display panel) 100, an antenna unit 231, an audio output. A section 232, a voice input section 233 and an operation section 234 are provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein. FIG. 6B shows an example of a video camera on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The video camera 240 includes an electro-optical device (display panel) 100, an image receiving unit 241, and an operation unit. 242 and a voice input unit 243. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein.
[0060]
FIG. 6C illustrates an example of a portable personal computer on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The computer 250 includes an electro-optical device (display panel) 100, a camera unit 251 and an operation unit. A portion 252 is provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein. FIG. 6D shows an example of a head-mounted display on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The head-mounted display 260 includes an electro-optical device (display panel) 100, a band unit 261 and An optical system storage section 262 is provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein.
[0061]
FIG. 6E shows an example of a rear-type projector on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The projector 270 includes an electro-optical device (light modulator) 100, a light source 272, and synthetic optics. A system 273 and mirrors 274 and 275 are provided in the housing 271. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the optical modulator 100 or a built-in circuit. FIG. 6F shows an example of a front-type projector on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. An image can be displayed on the screen 283 provided in the body 282. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the image display source 100 or an integrated circuit incorporated therein.
[0062]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the above example, and can be applied to the manufacture of any electronic device. For example, in addition to the above, the present invention can be applied to a fax device with a display function, a finder of a digital camera, a portable TV, a DSP device, a PDA, an electronic organizer, an electronic bulletin board, a display for advertising, an IC card and the like.
[0063]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a silicon film has been described as an example of the semiconductor film, but the semiconductor film is not limited to this. Further, in the above-described embodiment, a thin film transistor has been described as an example of a semiconductor element formed using the crystalline semiconductor film according to the present invention. However, the semiconductor element is not limited to this. (For example, a thin film diode) may be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor film according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a film forming process.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device (thin film transistor).
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor film according to a second embodiment.
FIG. 5 is a connection diagram of an electro-optical device according to a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electronic device according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate, 12, 24, 32 ... Silicon oxide film, 14 ... Micropore, 16 ... Amorphous silicon film, 18 ... Amorphous silicon film, 20 ... Crystalline silicon film (substantially single crystal silicon film) Reference Signs List 22, concave portion, 26, gate electrode, 28, source / drain region, 30, channel forming region, 34, source / drain electrode, 100, electro-optical device, T, thin film transistor

Claims (10)

基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、
前記微細孔内及び前記絶縁膜上に第1の非単結晶半導体膜を形成する第1の成膜工程と、
前記微細孔内の前記第1の非単結晶半導体膜を残し、それ以外の部分に形成された前記第1の非単結晶半導体膜を除去する除去工程と、
前記微細孔上部及び前記絶縁膜上に第2の非単結晶半導体膜を形成する第2の成膜工程と、
前記第1及び第2の非単結晶半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、
を含む半導体膜の製造方法。
A micropore forming step of forming micropores in the insulating film formed on the substrate,
A first film forming step of forming a first non-single-crystal semiconductor film in the micropores and on the insulating film;
A removing step of leaving the first non-single-crystal semiconductor film in the micropores and removing the first non-single-crystal semiconductor film formed in other portions;
A second film forming step of forming a second non-single-crystal semiconductor film over the fine holes and over the insulating film;
A melt crystallization step of melt-crystallizing the first and second non-single-crystal semiconductor films to form a crystalline semiconductor film;
A method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
前記第1の成膜工程は、前記第1の非単結晶半導体膜の膜厚が前記微細孔の孔径の二分の一以上となるように成膜を行う、請求項1に記載の半導体膜の製造方法。2. The semiconductor film according to claim 1, wherein, in the first film forming step, the film is formed such that a film thickness of the first non-single-crystal semiconductor film is half or more of a diameter of the micropore. 3. Production method. 前記第2の成膜工程は、前記第2の非単結晶半導体膜の膜厚が600Å以下となるように成膜を行う、請求項1又は2に記載の半導体膜の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein in the second film forming step, the film is formed such that the film thickness of the second non-single-crystal semiconductor film is 600 ° or less. 4. 前記除去工程は、エッチバックによって行う、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein said removing step is performed by etch-back. 前記除去工程は、化学機械研磨によって行う、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the removing step is performed by chemical mechanical polishing. 5. 基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、
前記微細孔内及び前記絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、
前記非単結晶半導体膜を薄膜化する薄膜化工程と、
前記薄膜化された非単結晶半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、
を含む半導体膜の製造方法。
A micropore forming step of forming micropores in the insulating film formed on the substrate,
A film forming step of forming a non-single-crystal semiconductor film in the micropores and on the insulating film;
A thinning step of thinning the non-single-crystal semiconductor film,
A melt crystallization step of melt-crystallizing the thinned non-single-crystal semiconductor film to form a crystalline semiconductor film;
A method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体膜の製造方法によって製造される前記結晶性半導体膜を使用して半導体素子を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an element forming step of forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film manufactured by the method for manufacturing a semiconductor film according to claim 1. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える集積回路。An integrated circuit comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える電気光学装置。An electro-optical device comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える電子機器。An electronic apparatus comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
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