JP2005327865A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a pin hole from being left on a surface of a crystalline silicon film. <P>SOLUTION: An amorphous semiconductor film 3 containing silicon is formed on a substrate 1; and a metal containing layer 4 is formed by adding, to the amorphous semiconductor film 3, a metal element which promotes crystallization of the amorphous semiconductor film 3. By performing first heat treatment upon the metal containing layer 4, the amorphous semiconductor film is crystallized and by irradiating a crystallized semiconductor film 5a to be formed with first laser light, the crystallized semiconductor film 5a is further crystallized. A gettering layer 7 comprised of a semiconductor containing a rate gas element is formed above the crystallized semiconductor film 5a, and the metal element is gettered to the gettering layer 7, thereby removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film 5a. After the gettering layer 7 is removed, the crystallized semiconductor film 5a is irradiated with second laser light or strong light of energy density lower than that of the first laser light, so that a pin hole on the surface of the crystallized semiconductor film 5a is buried. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は薄膜トランジスタ(以下TFTと記載)で構成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。尚本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、また本発明により作製される半導体装置は、TFTを用いて構成される半導体集積回路(マイクロプロセッサ、信号処理回路又は高周波回路等)を有する液晶表示装置、発光表示装置及び電子機器を範疇に含んでいる。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a circuit including thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs). Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that function by utilizing semiconductor characteristics, and a semiconductor device manufactured according to the present invention includes a semiconductor integrated circuit (microprocessor, signal processing) configured using TFTs. A liquid crystal display device having a circuit or a high-frequency circuit), a light-emitting display device, and an electronic device.

液晶表示装置及び発光表示装置(例えば有機EL表示装置)等の駆動回路及び画素部にはTFTが用いられる場合が多い。TFTの活性層に結晶質珪素膜を用いると、高い電界効果移動度を実現することができる。電界効果移動度はTFTの応答特性に直接影響するため、TFTを駆動回路として有する液晶表示装置の表示能力に直接影響する。従って品質のよい結晶質半導体膜を形成する必要がある。   TFTs are often used for driving circuits and pixel portions of liquid crystal display devices and light-emitting display devices (for example, organic EL display devices). When a crystalline silicon film is used for the active layer of the TFT, high field effect mobility can be realized. Since the field effect mobility directly affects the response characteristics of the TFT, it directly affects the display capability of a liquid crystal display device having the TFT as a drive circuit. Therefore, it is necessary to form a crystalline semiconductor film with good quality.

ニッケルなどの金属元素を添加して非晶質珪素膜を結晶化させると、金属元素が触媒となって結晶化が促進され、また結晶化に必要な温度が低下することが知られている。またこのように形成された結晶質珪素膜にレーザーを照射すると結晶化がさらに進むことが分かっている。しかし金属元素がTFTの活性層である結晶質珪素膜に残存していると、TFTの電気的特性がばらつくことがある。従って結晶化後に金属元素を結晶性珪素膜から除去する必要がある。そこで本出願人は、結晶質珪素膜上にバリア層及び希ガス元素を含んだ半導体膜をこの順に形成し、半導体膜を金属元素のゲッタリング層として作用させることにより、結晶質珪素膜に含まれる金属元素を除去又は低減させる方法を開発した(例えば特許文献1参照)。
特開2002−324808号公報
It is known that when a metal element such as nickel is added to crystallize an amorphous silicon film, the metal element serves as a catalyst to promote crystallization, and the temperature required for crystallization decreases. It has also been found that crystallization further proceeds when the crystalline silicon film thus formed is irradiated with a laser. However, if the metal element remains in the crystalline silicon film that is the active layer of the TFT, the electrical characteristics of the TFT may vary. Therefore, it is necessary to remove the metal element from the crystalline silicon film after crystallization. Therefore, the present applicant forms a semiconductor film containing a barrier layer and a rare gas element on the crystalline silicon film in this order, and includes the semiconductor film as a metal element gettering layer, thereby including the semiconductor film in the crystalline silicon film. A method for removing or reducing the metal element is developed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-324808 A

上記した結晶質珪素膜に含まれる金属元素を除去又は低減させる方法において、ゲッタリング後にゲッタリング層及びバリア層をエッチングにより除去すると、結晶質珪素膜の表面にピンホールが形成されることがある。この理由は以下に示す第1または第2のいずれかと推定される。   In the method for removing or reducing the metal element contained in the crystalline silicon film, pinholes may be formed on the surface of the crystalline silicon film when the gettering layer and the barrier layer are removed by etching after gettering. . This reason is presumed to be either the first or the second shown below.

まず第1の理由を、図16の各断面図を参照して説明する。図16(A)に示すように下地膜1001上の結晶質珪素膜1002にレーザーを照射すると、表面に凹凸が形成され、突起が形成される。この突起の部分に金属元素が集中し、金属とSiの合金1009が形成される。次いで酸化膜からなるバリア層1004を形成するが、合金1009が形成されている部分にはバリア層1004が形成されない。次いでバリア層1004の上に半導体膜からなるゲッタリング層1006を形成し、熱処理を行う。これにより結晶質珪素膜1002に含まれる金属元素の大部分はゲッタリング層1006にゲッタリングされる。このときゲッタリング層1006の表層は酸化されて酸化膜1008を形成する。   First, the first reason will be described with reference to the cross-sectional views of FIG. As shown in FIG. 16A, when the crystalline silicon film 1002 over the base film 1001 is irradiated with a laser, irregularities are formed on the surface and protrusions are formed. Metal elements concentrate on the protrusions, and an alloy 1009 of metal and Si is formed. Next, a barrier layer 1004 made of an oxide film is formed, but the barrier layer 1004 is not formed in a portion where the alloy 1009 is formed. Next, a gettering layer 1006 made of a semiconductor film is formed over the barrier layer 1004, and heat treatment is performed. As a result, most of the metal element contained in the crystalline silicon film 1002 is gettered to the gettering layer 1006. At this time, the surface layer of the gettering layer 1006 is oxidized to form an oxide film 1008.

次いで図16(B)に示すようにゲッタリング層1006をエッチングストッパーとしてエッチングを行うことにより、酸化膜1008を除去する。次いで図16(C)に示すようにバリア層1004をエッチングストッパーとしてエッチングを行うことにより、ゲッタリング層1006を除去する。このとき結晶質珪素膜1002のうち合金1009が形成されている部分上にはバリア層1004が形成されていないため、ゲッタリング層1006と共に結晶質珪素膜1002もエッチングされ、ピンホール1010が形成される。   Next, as shown in FIG. 16B, the oxide film 1008 is removed by performing etching using the gettering layer 1006 as an etching stopper. Next, as shown in FIG. 16C, the gettering layer 1006 is removed by performing etching using the barrier layer 1004 as an etching stopper. At this time, since the barrier layer 1004 is not formed on the portion of the crystalline silicon film 1002 where the alloy 1009 is formed, the crystalline silicon film 1002 is also etched together with the gettering layer 1006 to form the pinhole 1010. The

次に第2の理由を、図17を参照して説明する。図17(A)に示すように下地膜1001上の結晶質珪素膜1002にレーザーを照射すると、部分的に突起が形成される。この突起の部分に金属元素が集中し、金属とSiの合金1009が形成される。次いでバリア層1004及び半導体膜からなるゲッタリング層1006をこの順に形成する。このときバリア層1004は突起上にも形成される。   Next, the second reason will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 17A, when the crystalline silicon film 1002 over the base film 1001 is irradiated with laser, protrusions are partially formed. Metal elements concentrate on the protrusions, and an alloy 1009 of metal and Si is formed. Next, a barrier layer 1004 and a gettering layer 1006 made of a semiconductor film are formed in this order. At this time, the barrier layer 1004 is also formed on the protrusion.

そして図17(B)に示すように熱処理を行う。これにより結晶質珪素膜1002に含まれる金属元素の大部分をゲッタリング層1006にゲッタリングさせる。このときゲッタリング層1006の表層は酸化されて酸化膜1008を形成する。また合金1009を形成していた金属元素はゲッタリング層1006に移り、ゲッタリング層1006中に半導体と金属の合金1011を形成する。   Then, heat treatment is performed as shown in FIG. As a result, most of the metal element contained in the crystalline silicon film 1002 is gettered to the gettering layer 1006. At this time, the surface layer of the gettering layer 1006 is oxidized to form an oxide film 1008. The metal element which has formed the alloy 1009 moves to the gettering layer 1006, and an alloy 1011 of a semiconductor and a metal is formed in the gettering layer 1006.

次いで図17(C)に示すようにゲッタリング層1006をエッチングストッパーとしてエッチングを行うことにより、酸化膜1008を除去する。このとき合金1011もエッチングされるため、バリア層1004のうち合金1011の下に位置する部分もエッチングされて除去される。
次いで図17(D)に示すようにバリア層1004をエッチングストッパーとしてエッチングを行うことにより、ゲッタリング層1006を除去する。このとき結晶質珪素膜1002のうち合金1009があった部分は、上にバリア層1004がないためゲッタリング層1006とともにエッチングされ、ピンホール1010が形成される。
Next, as shown in FIG. 17C, the oxide film 1008 is removed by performing etching using the gettering layer 1006 as an etching stopper. At this time, since the alloy 1011 is also etched, a portion of the barrier layer 1004 located under the alloy 1011 is also etched away.
Next, as shown in FIG. 17D, the gettering layer 1006 is removed by etching using the barrier layer 1004 as an etching stopper. At this time, the portion where the alloy 1009 is present in the crystalline silicon film 1002 is etched together with the gettering layer 1006 because the barrier layer 1004 is not formed thereon, and a pinhole 1010 is formed.

このようにして結晶質珪素膜等の結晶性半導体膜にピンホールが形成されるとTFT等の特性に影響が出る。このため結晶質半導体膜にピンホールが残らないようにするのが望ましい。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、結晶質半導体膜表面のピンホールの数を低減することができる半導体装置の作製方法を提供することにある。
When pinholes are formed in a crystalline semiconductor film such as a crystalline silicon film in this way, the characteristics of the TFT and the like are affected. For this reason, it is desirable to prevent pinholes from remaining in the crystalline semiconductor film.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the number of pinholes on the surface of a crystalline semiconductor film.

上記課題を解決するため、本発明にかかる第1の半導体装置の作製方法は、
絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
を具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a first semiconductor device according to the present invention includes:
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.

この半導体装置の作製方法によれば、結晶化半導体膜に第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射しているため、金属元素のゲッタリングシンクとして機能するゲッタリング層を除去する際に結晶化半導体膜にピンホールが形成されても、このピンホールを埋めることができる。従って作製された半導体装置において結晶化半導体膜に残存するピンホールの数を低減することができる。   According to this method for manufacturing a semiconductor device, since the crystallized semiconductor film is irradiated with the second laser light having an energy density lower than that of the first laser light, the gettering layer functioning as a gettering sink for the metal element is formed. Even if a pinhole is formed in the crystallized semiconductor film during removal, the pinhole can be filled. Therefore, the number of pinholes remaining in the crystallized semiconductor film in the manufactured semiconductor device can be reduced.

第1の半導体装置の作製方法において、バリア層を形成する工程は、オゾンを含む溶液で結晶化半導体膜の表面を酸化する工程であってもよい。   In the first method for manufacturing a semiconductor device, the step of forming the barrier layer may be a step of oxidizing the surface of the crystallized semiconductor film with a solution containing ozone.

本発明に係る第2の半導体装置の作製方法は、
絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜の表面に形成された酸化膜をエッチングにより除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層に移動させてゲッタリングする工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第3のレーザー光を照射する工程と
を具備することを特徴とする。
A method for manufacturing a second semiconductor device according to the present invention includes:
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Removing the oxide film formed on the surface of the crystallized semiconductor film by etching;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Moving the metal element to the gettering layer to gettering;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a third laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.

この第2の半導体装置の作製方法によれば、第1の半導体装置の作製方法と同一の効果を得ることができる。
また非晶質半導体膜を熱処理して結晶化半導体膜を形成する際に、結晶化半導体膜の表面に酸化膜が形成される場合がある。この酸化膜をエッチングにより除去すると、結晶化半導体膜の表面にピンホールが形成される場合がある。これに対して第2の半導体装置の作製方法では、結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射した後に第2のレーザー光を照射している。このため酸化膜をエッチングする際に結晶化半導体膜の表面にピンホールが形成された場合であっても、このピンホールを埋めることができる。
According to the method for manufacturing the second semiconductor device, the same effect as that of the method for manufacturing the first semiconductor device can be obtained.
In addition, when the amorphous semiconductor film is heat-treated to form a crystallized semiconductor film, an oxide film may be formed on the surface of the crystallized semiconductor film. When this oxide film is removed by etching, pinholes may be formed on the surface of the crystallized semiconductor film. On the other hand, in the second method for manufacturing a semiconductor device, the crystallized semiconductor film is irradiated with the first laser beam and then irradiated with the second laser beam. For this reason, even when a pinhole is formed on the surface of the crystallized semiconductor film when the oxide film is etched, the pinhole can be filled.

本発明に係る第3の半導体装置の作製方法は、
絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
前記結晶化半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を具備する。
A method for manufacturing a third semiconductor device according to the present invention includes:
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam; and forming a gate insulating film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
It comprises.

本発明に係る第4の半導体装置の作製方法は、
絶縁表面を有する基板の上方にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
を具備する。
A fourth method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
Forming a gate electrode over a substrate having an insulating surface;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon on the gate insulating film;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.

上記したいずれかの半導体装置の作製方法において、ゲッタリングする工程は、非晶質半導体膜及びゲッタリング層に第2の熱処理を行う工程であってもよく、ゲッタリング層及び非晶質半導体膜に強光を照射する工程であってもよい。またゲッタリング層及び非晶質半導体膜に熱処理を行い、かつ強光を照射する工程であってもよい。   In any of the above methods for manufacturing a semiconductor device, the step of gettering may be a step of performing a second heat treatment on the amorphous semiconductor film and the gettering layer. It may be a step of irradiating with strong light. Further, the step may be a step of performing heat treatment on the gettering layer and the amorphous semiconductor film and irradiating with strong light.

上記したいずれかの半導体装置の作製方法において、金属元素は、Fe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種であるのが好ましい。
また上記したいずれかの半導体装置の作製方法において、ゲッタリング層に含まれる希ガス元素は、He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種又は複数種であるのが好ましい。
In any of the above semiconductor device manufacturing methods, the metal element is preferably one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. .
In any of the above-described methods for manufacturing a semiconductor device, the rare gas element contained in the gettering layer is preferably one or more selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe.

以上説明したように本発明によれば、金属元素のゲッタリングシンクとして機能するゲッタリング層を除去する際に結晶化半導体膜にピンホールが形成されても、このピンホールを埋めることができる。従って作製された半導体装置において結晶化半導体膜に残存するピンホールの数を低減することができる。   As described above, according to the present invention, even when a pinhole is formed in the crystallized semiconductor film when the gettering layer functioning as a gettering sink for the metal element is removed, the pinhole can be filled. Therefore, the number of pinholes remaining in the crystallized semiconductor film in the manufactured semiconductor device can be reduced.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)
以下、図1〜図5を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態にかかる半導体装置の作製方法は、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜に結晶化を助長する金属元素(例えばニッケル)を添加する工程と、非晶質半導体膜を加熱処理して結晶化させることにより結晶化半導体膜を形成する工程と、該結晶化半導体膜の結晶性を高めるために第1のレーザー光を照射する工程と、結晶化半導体膜上にバリア層である酸化膜を形成する工程と、ゲッタリング層をバリア層上に形成する工程と、結晶化半導体膜、バリア層及びゲッタリング層を加熱処理することで結晶化半導体膜中の金属元素をゲッタリング層にゲッタリングさせる工程と、ゲッタリング層及びバリア層を除去する工程と、結晶化半導体膜上に第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い(例えば30mJ/cm〜60mJ/cmほどエネルギー密度が低い)第2のレーザー光を不活性気体雰囲気、真空または大気で照射して結晶化半導体膜上のピンホールを埋める工程とを有している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a step of forming an amorphous semiconductor film on an insulating surface, a step of adding a metal element (for example, nickel) that promotes crystallization to the amorphous semiconductor film, A step of forming a crystallized semiconductor film by crystallizing the amorphous semiconductor film by heat treatment; a step of irradiating a first laser beam to increase the crystallinity of the crystallized semiconductor film; A step of forming an oxide film which is a barrier layer on the semiconductor film; a step of forming a gettering layer on the barrier layer; and a heat treatment of the crystallized semiconductor film, the barrier layer, and the gettering layer. The step of gettering the metal element in the gettering layer, the step of removing the gettering layer and the barrier layer, and the energy density lower than that of the first laser light on the crystallized semiconductor film (for example, 30 m / Cm 2 ~60mJ / cm 2 as the energy density is low) the second laser beam inert gas atmosphere, and a step of irradiating with vacuum or air to fill the pinholes on the crystallized semiconductor film.

まず図1(A)に示すように基板1上に下地絶縁膜2を形成する。ここで基板1としては、ガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。またシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、後述するすべての工程の処理温度に熱的に耐えうるプラスチック基板を用いてもよい。   First, a base insulating film 2 is formed over a substrate 1 as shown in FIG. Here, as the substrate 1, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed on the surface thereof may be used. Also, a plastic substrate that can withstand the processing temperatures of all the steps described later may be used.

下地絶縁膜2は基板1に含まれる元素(例えばアルカリ金属)がこの上層に形成される半導体膜中に拡散しないために設けられる。下地絶縁膜2としては酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜を用いる。例えば以下に示す第1及び第2層を積層した絶縁膜が例示される。第1層はSiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜であり、その膜厚は50〜100nmである。第2層はSiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜であり、その膜厚は100〜150nmである。また、下地絶縁膜2を一層構造としてもよい。この場合下地絶縁膜2としては窒化シリコン膜(SiN膜)、又は上記したプロセスで形成される第2酸化窒化シリコン膜(SiNxy膜(X≫Y))を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、金属元素(例えばニッケル)は酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、下地絶縁膜2を窒化シリコン膜とすることは好ましいことである。また、第1酸化窒化シリコン膜、第2酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した3層構造の絶縁膜を下地絶縁膜2としてもよい。 The base insulating film 2 is provided so that an element (for example, alkali metal) contained in the substrate 1 does not diffuse into the semiconductor film formed in the upper layer. As the base insulating film 2, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is used. For example, an insulating film in which the following first and second layers are stacked is exemplified. The first layer is a first silicon oxynitride film formed using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as reaction gases, and the film thickness is 50 to 100 nm. The second layer is a second silicon oxynitride film formed using SiH 4 and N 2 O as reaction gases, and the film thickness is 100 to 150 nm. Further, the base insulating film 2 may have a single layer structure. In this case, as the base insulating film 2, it is preferable to use a silicon nitride film (SiN film) or a second silicon oxynitride film (SiN x O y film (X >> Y)) formed by the above-described process. During gettering, since the metal element (for example, nickel) tends to move to a region having a high oxygen concentration, it is preferable that the base insulating film 2 be a silicon nitride film. Alternatively, an insulating film having a three-layer structure in which a first silicon oxynitride film, a second silicon oxynitride film, and a silicon nitride film are sequentially stacked may be used as the base insulating film 2.

次いで、下地絶縁膜2上に非晶質構造を有する半導体膜(以下、非晶質半導体膜と記載)3を例えばスパッタリング法により形成する。非晶質半導体膜3はシリコンを主成分とする半導体材料から形成される。例えば、非晶質半導体膜3は非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などであり、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法によって10〜100nmの厚さに形成される。後の結晶化工程で良質な結晶構造を得るためには、非晶質半導体膜3の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内を鏡面処理(電界研磨処理)したり、オイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。 Next, a semiconductor film (hereinafter referred to as an amorphous semiconductor film) 3 having an amorphous structure is formed on the base insulating film 2 by, for example, a sputtering method. The amorphous semiconductor film 3 is formed from a semiconductor material whose main component is silicon. For example, the amorphous semiconductor film 3 is an amorphous silicon film or an amorphous silicon germanium film, and is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain a good crystal structure in the subsequent crystallization process, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the amorphous semiconductor film 3 is set to 5 × 10 18 / cm 3 (secondary ion mass spectrometry. (Atomic concentration measured by (SIMS)) should be reduced below. These impurities interfere with subsequent crystallization, and also increase the density of capture centers and recombination centers even after crystallization. For this purpose, it is desirable not only to use a high-purity material gas, but also to use a CVD apparatus capable of performing mirror surface treatment (electropolishing treatment) in the reaction chamber or having an oil-free vacuum exhaust system.

次いで、非晶質半導体膜3を結晶化させる。ここでは特開平8-78329号公報記載の技術を用いる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜とも呼ばれる)に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として非晶質シリコン膜を結晶化させるものである。詳細は以下の通りである。   Next, the amorphous semiconductor film 3 is crystallized. Here, the technique described in JP-A-8-78329 is used. The technology described in this publication is based on an amorphous silicon film (also referred to as an amorphous silicon film) by selectively adding a metal element that promotes crystallization and performing a heat treatment so that the amorphous region starts from the added region. The silicon film is crystallized. Details are as follows.

まず、図1(B)に示すように非晶質半導体膜3の表面に金属含有層4を形成する。金属含有層4は、半導体膜の結晶化を促進する触媒作用を有する金属元素(例えばFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種)を含有している。金属元素がNiである場合、金属含有層4は、例えばニッケルを重量換算で1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布することにより形成される。なお金属含有層4の形成方法は、塗布以外に、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する方法がある。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的に金属含有層を形成してもよい。また金属含有層4は非晶質半導体膜3を形成する前、すなわち非晶質半導体膜3の下に形成されてもよい。   First, as shown in FIG. 1B, a metal-containing layer 4 is formed on the surface of the amorphous semiconductor film 3. The metal-containing layer 4 is a metal element having a catalytic action that promotes crystallization of a semiconductor film (for example, one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au) Seeds). When the metal element is Ni, the metal-containing layer 4 is formed, for example, by applying a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of nickel by weight with a spinner. As a method for forming the metal-containing layer 4, there is a method of forming an extremely thin film by sputtering, vapor deposition, or plasma treatment in addition to coating. Although an example in which the coating is performed on the entire surface is shown here, a metal-containing layer may be selectively formed by forming a mask. The metal-containing layer 4 may be formed before the amorphous semiconductor film 3 is formed, that is, under the amorphous semiconductor film 3.

次いで図1(C)に示すように、基板1、下地絶縁膜2、非晶質半導体膜3及び金属含有層4を加熱処理する。すると半導体中に金属元素と半導体との合金が形成され、この合金を核として結晶化が進行する。これにより非晶質半導体膜3が結晶化し、結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶化半導体膜と記載)5aが形成される。なお、結晶化半導体膜5aに含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃〜650℃で4〜24時間)を行う。 Next, as shown in FIG. 1C, the substrate 1, the base insulating film 2, the amorphous semiconductor film 3, and the metal-containing layer 4 are subjected to heat treatment. Then, an alloy of a metal element and a semiconductor is formed in the semiconductor, and crystallization proceeds with this alloy as a nucleus. As a result, the amorphous semiconductor film 3 is crystallized, and a semiconductor film (hereinafter referred to as a crystallized semiconductor film) 5a having a crystal structure is formed. Note that the concentration of oxygen contained in the crystallized semiconductor film 5a is preferably 5 × 10 18 / cm 3 or less. Here, after heat treatment for dehydrogenation (450 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 to 650 ° C. for 4 to 24 hours) is performed.

また、加熱処理の代わりに強光の照射を行うことにより、非晶質半導体膜3の結晶化を行うこともできる。この場合、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1回〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的に600〜1000℃程度にまで加熱されるようにする。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する非晶質半導体膜3に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、加熱処理と強光の照射の双方を行うことにより結晶化を行ってもよい。   Further, the amorphous semiconductor film 3 can be crystallized by irradiating with strong light instead of heat treatment. In this case, any one of infrared light, visible light, and ultraviolet light or a combination thereof can be used. Typically, a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure Light emitted from a sodium lamp or a high-pressure mercury lamp is used. The lamp light source is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to about 600 to 1000 ° C. Note that if necessary, heat treatment for releasing hydrogen contained in the amorphous semiconductor film 3 having an amorphous structure may be performed before irradiation with strong light. Further, crystallization may be performed by performing both heat treatment and irradiation with strong light.

なお上記した加熱処理または強光照射する処理において結晶化半導体膜5aの表面に図示しない酸化膜が形成されるが、この酸化膜は次の工程を行う前にエッチングにより除去されるのが好ましい。   Note that an oxide film (not shown) is formed on the surface of the crystallized semiconductor film 5a in the above-described heat treatment or intense light irradiation treatment, but this oxide film is preferably removed by etching before the next step.

次いで図1(D)に示すように、結晶化半導体膜5aの結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶化半導体膜5aに対して第1のレーザー光を大気または酸素雰囲気で照射する。なお第1のレーザー光を照射した場合、図1(D)の拡大図に示すように、結晶化半導体膜45aの表面に凹凸が形成される。そして凸部の先端部には金属が凝集し、半導体と金属の合金(例えばNiSi)5bが形成される。なお図示していないが結晶化半導体膜5aの表層は酸化されるが、この酸化膜は後述するバリア層の一部として機能する。   Next, as shown in FIG. 1D, in order to increase the crystallization rate of the crystallized semiconductor film 5a (the ratio of the crystal component in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains, The film 5a is irradiated with the first laser light in the air or an oxygen atmosphere. Note that when the first laser light is irradiated, unevenness is formed on the surface of the crystallized semiconductor film 45a as shown in the enlarged view of FIG. Then, the metal agglomerates at the tip of the convex portion, and a semiconductor-metal alloy (for example, NiSi) 5b is formed. Although not shown, the surface layer of the crystallized semiconductor film 5a is oxidized, but this oxide film functions as a part of a barrier layer described later.

第1のレーザー光としては、パルス発振型または連続発振型である波長400nm以下のエキシマレーザー、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、サファイアレーザーなどを用いることができる。また、これらレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
上記したレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し、半導体膜に照射すればよい。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、パルス発振型のエキシマレーザーを用いる場合は、例えばパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜500mJ/cm2とする。また、パルス発振型のYAGレーザーやYVO4レーザーを用いる場合には、その第2高調波または第3高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2とすると良い。本実施形態におけるレーザーエネルギー密度は390mJ/cm2である。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射する。この時、レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98%にするのが好ましい。
The first laser beam is a pulse oscillation type or continuous oscillation type excimer laser with a wavelength of 400 nm or less, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandride laser, sapphire laser. Etc. can be used. In addition, light emitted from an ultraviolet lamp may be used in place of these laser beams.
In the case of using the above-described laser, the laser light emitted from the laser oscillator may be condensed linearly with an optical system and irradiated onto the semiconductor film. The conditions for crystallization are appropriately selected by the practitioner. When a pulse oscillation type excimer laser is used, for example, the pulse oscillation frequency is set to 30 Hz and the laser energy density is set to 100 to 500 mJ / cm 2 . When a pulse oscillation type YAG laser or YVO 4 laser is used, the pulse oscillation frequency is set to 1 to 10 kHz using the second harmonic or the third harmonic, and the laser energy density is set to 300 to 600 mJ / cm 2. good. The laser energy density in this embodiment is 390 mJ / cm 2 . Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example 400 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate. At this time, it is preferable to set the laser beam superposition ratio (overlap ratio) to 80 to 98%.

また連続発振型のレーザー(例えば連続発信型のYVO4レーザー)を用いる場合、出力10Wの連続発振のYVO4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波(第2高調波〜第4高調波)に変換する。その他、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、非晶質半導体膜3に照射する。このときのエネルギー密度は0.001〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。 In the case of using a continuous wave laser (e.g. a continuous outgoing type YVO 4 laser), a harmonic by a nonlinear optical element of the laser light emitted from the YVO 4 laser of a continuous oscillation output 10 W (second harmonic to a fourth Harmonics). In addition, there is a method of emitting harmonics by putting a YVO 4 crystal and a nonlinear optical element in a resonator. Then, it is preferably formed into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and irradiated to the amorphous semiconductor film 3. At this time, the energy density of about 0.001~100MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation may be performed by moving the semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 0.5 to 2000 cm / s.

このようにして得られる結晶化半導体膜5aには金属元素(ここではニッケル)が残存している。金属元素は膜中において一様に分布していないにしろ、平均的には1×1019/cm3を越える濃度で残存している場合が多い。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、本実施形態では、以下に示す方法で当該元素を除去する。 The metal element (here, nickel) remains in the crystallized semiconductor film 5a thus obtained. Even if the metal element is not uniformly distributed in the film, it often remains on average at a concentration exceeding 1 × 10 19 / cm 3 . Of course, various semiconductor elements including TFTs can be formed even in such a state, but in the present embodiment, the element is removed by the following method.

まず図1(E)に示すように、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で結晶化半導体膜5aの表面を処理することにより、結晶化半導体膜5aの表面に酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれる)を形成する。これにより合計1〜10nmの酸化膜からなるバリア層6が形成される。バリア層6は、後の工程でゲッタリング層のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。   First, as shown in FIG. 1E, by treating the surface of the crystallized semiconductor film 5a with an ozone-containing aqueous solution (typically ozone water), an oxide film (chemical oxide and chemical oxide) is formed on the surface of the crystallized semiconductor film 5a. Called). As a result, a barrier layer 6 made of an oxide film having a total thickness of 1 to 10 nm is formed. The barrier layer 6 functions as an etching stopper when only the gettering layer is selectively removed in a later step.

ここでオゾン含有水溶液に代えて、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にバリア層6(ケミカルオキサイド)を形成することができる。また、酸素雰囲気下で紫外線を照射してオゾンを発生させ、このオゾンにより結晶化半導体膜5aの表面を酸化することによりバリア層6を形成してもよい。   Here, instead of the ozone-containing aqueous solution, the barrier layer 6 (chemical oxide) can be formed in the same manner by treating with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like is mixed with hydrogen peroxide. Alternatively, the barrier layer 6 may be formed by irradiating ultraviolet rays in an oxygen atmosphere to generate ozone and oxidizing the surface of the crystallized semiconductor film 5a with this ozone.

また、プラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜をバリア層6として堆積しても良い。バリア層6の形成にプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などを用いる場合は、結晶化半導体膜5aの表面を洗浄し、自然酸化膜やレーザー光の照射により形成された酸化膜などを除去した後で形成することが望ましい。   Further, an oxide film of about 1 to 10 nm may be deposited as the barrier layer 6 by plasma CVD, sputtering, vapor deposition, or the like. When plasma CVD, sputtering, vapor deposition, or the like is used to form the barrier layer 6, the surface of the crystallized semiconductor film 5a is washed to remove a natural oxide film or an oxide film formed by laser light irradiation. It is desirable to form later.

バリア層6の形成にプラズマCVD法を用いる場合、原料ガスとしてはシラン系ガス(モノシラン、ジシラン、トリシラン等)と窒素酸化物系ガス(NOで表記されるガス)を用いる。例えば、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)と亜酸化窒素(N2O)、或いはTEOSガスとN2O、或いはTEOSガスとN2OとO2を用い、10nm以下、好ましくは5nm以下の酸化窒化シリコン膜を形成する。この酸化窒化シリコン膜は、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で得られる酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれる)や、酸素雰囲気下の紫外線の照射で得られる酸化膜と比較して、結晶化半導体膜5aとの密着性が高く、後の工程(ゲッタリング層の形成)でピーリングが発生しにくい。プラズマCVD法を用いる場合は、密着性を高くするために、バリア層の形成前にアルゴンプラズマ処理を行ってもよい。 When using a plasma CVD method for forming the barrier layer 6, as the raw material gas silane-based gas (monosilane, disilane, trisilane, etc.) and using nitrogen oxide gas (gas to be expressed in NO x). For example, monosilane (SiH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O), TEOS gas and N 2 O, or TEOS gas and N 2 O and O 2 are used as source gases, and the oxidation is 10 nm or less, preferably 5 nm or less. A silicon nitride film is formed. This silicon oxynitride film is crystallized compared to an oxide film (called chemical oxide) obtained with an ozone-containing aqueous solution (typically ozone water) or an oxide film obtained by ultraviolet irradiation in an oxygen atmosphere. The adhesiveness with the semiconductor film 5a is high, and peeling does not easily occur in the subsequent process (formation of a gettering layer). In the case of using the plasma CVD method, an argon plasma treatment may be performed before the formation of the barrier layer in order to increase the adhesion.

また、他のバリア層6の形成方法としては、クリーンオーブンを用い、200〜350℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成する方法もある。バリア層6は、上記方法のいずれか一の方法、またはそれらの方法を組み合わせて形成されたものであれば特に限定されないが、後のゲッタリングで結晶化半導体膜5a中の金属元素(例えばニッケル)がゲッタリング層に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要である。なお上記膜厚範囲の酸化窒化シリコン膜であれば、金属元素はバリア層を通過してゲッタリングサイトに移動することができる。   As another method for forming the barrier layer 6, there is a method in which a thin oxide film is formed by heating to about 200 to 350 ° C. using a clean oven. The barrier layer 6 is not particularly limited as long as it is formed by any one of the above methods or a combination of these methods, but a metal element (for example, nickel) in the crystallized semiconductor film 5a is obtained by subsequent gettering. ) Must be a film quality or film thickness that can be transferred to the gettering layer. Note that in the case of the silicon oxynitride film in the above-described thickness range, the metal element can pass through the barrier layer and move to the gettering site.

次いで図2(A)に示すようにバリア層6上に希ガス元素を含むゲッタリング層7をゲッタリングサイトとして形成する。ここでは、スパッタリング法により希ガス元素を含む半導体膜をゲッタリング層7として形成する。なお前述した非晶質半導体膜3には希ガス元素が添加されないようにスパッタリング条件を適宜調節することが望ましいが、ゲッタリング層7を形成するときには希ガス元素が添加されるようにスパッタリング条件を適宜調節する。希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン(Ar)が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットをスパッタリングし、ゲッタリング層7を形成する。ゲッタリング層7中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し、ゲッタリング層7を構成する半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)など半導体膜を構成する元素(例えばシリコン)より原子半径の大きな元素を用いるのが好ましい。また、半導体膜中に希ガス元素を含有させると、格子歪が生じるのみでなく、不対結合手も形成されるため、半導体膜のゲッタリング能力はさらに向上する   Next, as shown in FIG. 2A, a gettering layer 7 containing a rare gas element is formed on the barrier layer 6 as a gettering site. Here, a semiconductor film containing a rare gas element is formed as the gettering layer 7 by a sputtering method. Although it is desirable to adjust the sputtering conditions as appropriate so that no rare gas element is added to the amorphous semiconductor film 3 described above, the sputtering conditions are set so that the rare gas element is added when the gettering layer 7 is formed. Adjust accordingly. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used. Among them, argon (Ar) which is an inexpensive gas is preferable. Here, a gettering layer 7 is formed by sputtering a target made of silicon in an atmosphere containing a rare gas element. There are two meanings in which the gettering layer 7 contains a rare gas element ion which is an inert gas. One is to form a dangling bond and impart distortion to the semiconductor film constituting the gettering layer 7, and the other is to impart distortion between the lattices of the semiconductor film. In order to give strain between the lattices of the semiconductor film, it is preferable to use an element having an atomic radius larger than that of the element constituting the semiconductor film (for example, silicon) such as argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe). In addition, when a rare gas element is contained in the semiconductor film, not only lattice distortion occurs but also dangling bonds are formed, so that the gettering ability of the semiconductor film is further improved.

なお一導電型の不純物元素であるリンを含むターゲットを用いてゲッタリング層7を形成した場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。
また、ゲッタリングの際、金属元素(例えばニッケル)は酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲッタリング層7に含まれる酸素濃度は、非晶質半導体膜3に含まれる酸素濃度より高い濃度、例えば5×1018/cm3以上とすることが望ましい。
Note that in the case where the gettering layer 7 is formed using a target containing phosphorus, which is an impurity element of one conductivity type, gettering can be performed using the Coulomb force of phosphorus in addition to gettering using a rare gas element.
Further, during gettering, a metal element (for example, nickel) tends to move to a region having a high oxygen concentration, so that the oxygen concentration contained in the gettering layer 7 is the oxygen concentration contained in the amorphous semiconductor film 3. A higher concentration, for example, 5 × 10 18 / cm 3 or more is desirable.

次いで図2(B)に示すように結晶化半導体膜5a、バリア層6およびゲッタリング層7に熱処理(例えば加熱処理または強光を照射する処理)を行って金属元素(例えばニッケル)のゲッタリングを行い、結晶化半導体膜5a中における金属元素を低濃度化したり、又は除去する。すなわち加熱または強光を照射することにより、図2(B)中の矢印の方向(即ち、結晶化半導体膜5aからバリア層6を通過してゲッタリング層7に向かう方向)に金属元素が移動し、結晶化半導体膜5aに含まれる金属元素が除去され、または金属元素の濃度が低減する。金属元素がゲッタリングされるためには、少なくとも結晶化半導体膜5aの厚さ程度の距離ほど金属元素が移動すればよいため、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、結晶化半導体膜5aに金属元素がほとんど残留しないように、即ち膜中のニッケル濃度が1×1018/cm以下、望ましくは1×1017/cm3以下になるように、十分ゲッタリングする。 Next, as shown in FIG. 2B, the crystallized semiconductor film 5a, the barrier layer 6 and the gettering layer 7 are subjected to heat treatment (for example, heat treatment or treatment for irradiating intense light) to getter metal elements (for example, nickel). The metal element in the crystallized semiconductor film 5a is reduced in concentration or removed. That is, by heating or irradiating strong light, the metal element moves in the direction of the arrow in FIG. 2B (that is, the direction from the crystallized semiconductor film 5a through the barrier layer 6 toward the gettering layer 7). Then, the metal element contained in the crystallized semiconductor film 5a is removed or the concentration of the metal element is reduced. In order for the metal element to be gettered, the metal element only needs to move by a distance of at least the thickness of the crystallized semiconductor film 5a. Therefore, gettering can be completed in a relatively short time. Here, it is sufficient that the metal element hardly remains in the crystallized semiconductor film 5a, that is, the nickel concentration in the film is 1 × 10 18 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 17 / cm 3 or less. Gettering.

本明細書においてゲッタリングとは、被ゲッタリング領域(ここでは結晶化半導体膜5a)にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動することを指している。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。このゲッタリングの熱処理条件によっては、ゲッタリングと同時に結晶化半導体膜5aの結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修すること、即ち結晶性の改善を行うことができる。   In this specification, gettering means that a metal element in a gettering region (here, the crystallized semiconductor film 5a) is released by thermal energy and moves to a gettering site by diffusion. Accordingly, the gettering depends on the processing temperature, and the gettering proceeds in a shorter time as the temperature is higher. Depending on the heat treatment conditions of the gettering, the crystallinity ratio of the crystallized semiconductor film 5a can be increased simultaneously with the gettering, and defects remaining in the crystal grains can be repaired, that is, crystallinity can be improved.

このゲッタリングの熱処理として強光を照射する処理を行う場合は、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜750℃程度に半導体膜が加熱されるようにする。   When performing the process of irradiating strong light as the heat treatment for gettering, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and it is turned on 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. repeat. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.

また、ゲッタリングの熱処理を加熱処理で行う場合は、窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の熱処理を行えばよい。また、この熱処理に加えて強光を照射してもよい。
なおこの熱処理によってゲッタリング層7の表層が酸化され、酸化膜7aが形成される。
In the case where the heat treatment for gettering is performed by heat treatment, the heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, at 550 ° C. for 14 hours. In addition to this heat treatment, strong light may be irradiated.
This heat treatment oxidizes the surface layer of the gettering layer 7 to form an oxide film 7a.

次いで図2(C)に示すように、酸化膜7aをエッチングにより除去する。次いでバリア層6をエッチングストッパーとしてエッチングを行い、ゲッタリング層7のみを選択的に除去する。このとき結晶化半導体膜5aの表層のうち半導体と金属の合金(例えばNiSi)5bが形成されていた部分もエッチングされ、ピンホール8が形成される。この理由は、図16および図17を参照して説明したとおりである。   Next, as shown in FIG. 2C, the oxide film 7a is removed by etching. Next, etching is performed using the barrier layer 6 as an etching stopper, and only the gettering layer 7 is selectively removed. At this time, a portion of the surface layer of the crystallized semiconductor film 5a where the semiconductor-metal alloy (for example, NiSi) 5b is formed is also etched, and the pinhole 8 is formed. The reason for this is as described with reference to FIGS.

なおゲッタリング層7のみを選択的にエッチングする方法としては、ClF3によるプラズマを用いたドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(化学式 (CH3)4NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングがある。 As a method of selectively etching only the gettering layer 7, wet etching with an alkaline solution such as dry etching using plasma with ClF 3 or an aqueous solution containing hydrazine or tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH 3 ) 4 NOH) is used. There is etching.

次いで図2(D)に示すように酸化膜からなるバリア層6を、例えばフッ酸を含むエッチャントにより除去する。   Next, as shown in FIG. 2D, the barrier layer 6 made of an oxide film is removed by, for example, an etchant containing hydrofluoric acid.

次いで図2(E)に示すように、結晶化半導体膜5aに対して第2のレーザー光を大気雰囲気中、窒素雰囲気または真空で照射する。第2のレーザー光のエネルギー密度は、図1(D)に示す工程で用いた第1のレーザー光より低くする。第1のレーザー光と第2のレーザー光のエネルギー密度差は例えば30mJ/cm2以上80mJ/cm2以下にするのが好ましいが、この好ましいエネルギー密度差は結晶化半導体膜5aの厚さ等によって異なる。このレーザー光(第2のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。また、エキシマレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
第2のレーザー光を結晶化半導体膜5aに照射することにより、結晶化半導体膜5aの表層において、ピンホール8の周囲からピンホール8に半導体元素が移動し、ピンホール8が埋められる。
Next, as shown in FIG. 2E, the crystallized semiconductor film 5a is irradiated with a second laser beam in an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or a vacuum. The energy density of the second laser light is set lower than that of the first laser light used in the step shown in FIG. The energy density difference between the first laser beam and the second laser beam is preferably, for example, 30 mJ / cm 2 or more and 80 mJ / cm 2 or less. This preferable energy density difference depends on the thickness of the crystallized semiconductor film 5a and the like. Different. As this laser light (second laser light), excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second and third harmonics of a YAG laser are used. Further, instead of excimer laser light, light emitted from an ultraviolet lamp may be used.
By irradiating the crystallized semiconductor film 5a with the second laser beam, the semiconductor element moves from the periphery of the pinhole 8 to the pinhole 8 in the surface layer of the crystallized semiconductor film 5a, and the pinhole 8 is filled.

図3の各写真は結晶化半導体膜5aの表面を拡大したSEM写真(倍率5000倍)である。図3(A)は第2のレーザー光を照射する前の結晶化半導体膜5a表面のSEM写真であり、図3(B)〜(E)それぞれはエネルギー密度が369.5mJ/cm2、351.7mJ/cm2、328.3mJ/cm2、309.0mJ/cm2の第2のレーザー光を照射した後の結晶化半導体膜5a表面のSEM写真である。また表1に、それぞれの条件で処理した後の結晶性シリコン膜表面に存在するピンホールの単位面積あたりの数を示す。ピンホールの数は、SEMを用いて一画面に含まれるピンホールを数えることにより測定した。なおここでの単位面積は、上記した倍率において一画面で表示される領域(例えば3021μm2)である。また第1のレーザー光のエネルギー密度は389mJ/cm2である。 Each photograph in FIG. 3 is an SEM photograph (5000 times magnification) in which the surface of the crystallized semiconductor film 5a is enlarged. FIG. 3A is an SEM photograph of the surface of the crystallized semiconductor film 5a before irradiation with the second laser beam. FIGS. 3B to 3E each have an energy density of 369.5 mJ / cm 2 and 351. .7mJ / cm 2, 328.3mJ / cm 2, a SEM photograph of the crystallized semiconductor film 5a surface after irradiation with the second laser beam 309.0mJ / cm 2. Table 1 shows the number of pinholes per unit area existing on the surface of the crystalline silicon film after the treatment under each condition. The number of pinholes was measured by counting pinholes included in one screen using SEM. The unit area here is a region (for example, 3021 μm 2 ) displayed on one screen at the magnification described above. The energy density of the first laser beam is 389 mJ / cm 2 .

図3(A)の写真に示すように、第2のレーザー光を照射しない場合、結晶性シリコン膜5aの表面には複数のピンホールが存在した。その数は表1に示すように単位面積あたり5個(ピンホール密度は1.7E-3個/μm2)であった。これに対し、図3(B)〜(E)の各写真に示すように、第2のレーザ光を照射するとピンホールの数が少なくなった。また表1に示すように第2のレーザ光のエネルギー密度が369.5mJ/cm2の場合、ピンホールの数は単位面積あたり1個(ピンホール密度は3.3E-4個/μm2)と非照射の場合と比べて1/5になった。また第2のレーザー光のエネルギー密度が351.7mJ/cm2以下になると、ピンホールはほとんど存在しなくなった。 As shown in the photograph of FIG. 3A, when the second laser beam was not irradiated, a plurality of pinholes existed on the surface of the crystalline silicon film 5a. As shown in Table 1, the number was 5 per unit area (pinhole density was 1.7E-3 / μm 2 ). On the other hand, as shown in the photographs of FIGS. 3B to 3E, the number of pinholes was reduced when the second laser beam was irradiated. As shown in Table 1, when the energy density of the second laser beam is 369.5 mJ / cm 2 , the number of pinholes is one per unit area (the pinhole density is 3.3E-4 / μm 2 ). And 1/5 compared to the non-irradiated case. Also, when the energy density of the second laser beam was 351.7 mJ / cm 2 or less, pinholes almost disappeared.

図3に示した各写真及び表1から明らかなように、第2のレーザー光を照射することにより結晶化半導体膜5aの表面からピンホールを除去することができる。ピンホールがなくなるメリットは非常に大きい。例えば結晶化半導体膜5a上に形成する膜のカバレージ(例えばTFTのゲート絶縁膜)がよくなる。これにより、結晶化半導体膜5aでTFTのソース及びドレインを形成した場合、ゲート・リーク電流が少なくなる。またゲート絶縁膜の耐圧不良が少なくなる。このようにTFTの信頼性を向上させることができる。   As is apparent from the photographs shown in FIG. 3 and Table 1, pinholes can be removed from the surface of the crystallized semiconductor film 5a by irradiating the second laser beam. The benefits of eliminating pinholes are enormous. For example, the coverage of the film formed on the crystallized semiconductor film 5a (for example, the gate insulating film of the TFT) is improved. Thereby, when the source and drain of the TFT are formed with the crystallized semiconductor film 5a, the gate leakage current is reduced. Further, the breakdown voltage failure of the gate insulating film is reduced. Thus, the reliability of the TFT can be improved.

また、ゲッタリング層7を形成する際に結晶化半導体膜5aに希ガス元素が添加されてしまっていた場合、第2のレーザー光を照射することによって結晶化半導体膜5a中の希ガス元素を除去または低減することもできる。   In addition, when the rare gas element has been added to the crystallized semiconductor film 5a when the gettering layer 7 is formed, the rare gas element in the crystallized semiconductor film 5a is irradiated by irradiating the second laser beam. It can also be removed or reduced.

(第2の実施形態)
次に図4を参照しつつ第2の実施形態を説明する。本実施形態において第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
まず図4(A)に示すように、基板1の上に下地絶縁膜2を形成し、さらにその上に非晶質半導体膜(図示せず)を形成する。次いで非晶質半導体膜の表面に金属含有層(図示せず)を形成し、加熱処理することにより非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜5aを形成する。これらの工程は第1の実施形態の図1(A)〜図1(C)に示した工程と略同一である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
First, as shown in FIG. 4A, a base insulating film 2 is formed on a substrate 1, and an amorphous semiconductor film (not shown) is further formed thereon. Next, a metal-containing layer (not shown) is formed on the surface of the amorphous semiconductor film, and the amorphous semiconductor film is crystallized by heat treatment to form a crystallized semiconductor film 5a. These steps are substantially the same as the steps shown in FIGS. 1A to 1C of the first embodiment.

ここで熱処理は酸素が含まれる雰囲気中(例えば大気中)で行われるため、結晶化半導体膜5aの表層には酸化膜5cが形成される。
このため図4(B)に示すように、例えばフッ酸を含むエッチャントを用いてエッチングを行うことにより、酸化膜5cを除去する必要がある。このとき結晶化半導体膜5aの表面にはピンホールが形成される場合がある。
Here, since the heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen (for example, in the air), an oxide film 5c is formed on the surface layer of the crystallized semiconductor film 5a.
Therefore, as shown in FIG. 4B, it is necessary to remove the oxide film 5c by performing etching using, for example, an etchant containing hydrofluoric acid. At this time, pinholes may be formed on the surface of the crystallized semiconductor film 5a.

次いで結晶化半導体膜5aの表面に第1のレーザー光を照射して結晶化半導体膜5aの結晶化率を向上させた後、第2のレーザー光を結晶化半導体膜5aに照射することにより、ピンホールを埋める。ここで第1のレーザー光及び第2のレーザー光の照射条件は、第1の実施形態における第2のレーザー光の照射条件と略同一である。ただし第2のレーザー光のエネルギー密度は第1の実施形態と異なっていてもよい。   Next, after irradiating the surface of the crystallized semiconductor film 5a with the first laser light to improve the crystallization rate of the crystallized semiconductor film 5a, the crystallized semiconductor film 5a is irradiated with the second laser light, Fill the pinhole. Here, the irradiation conditions of the first laser beam and the second laser beam are substantially the same as the irradiation conditions of the second laser beam in the first embodiment. However, the energy density of the second laser beam may be different from that of the first embodiment.

次いで図4(C)に示すようにバリア層6及びゲッタリング層7を形成し、加熱処理をおこなうことにより結晶化半導体膜5aに含まれる金属元素のゲッタリングを行う。これらの処理の詳細は、第1の実施形態において図1(E)〜図2(B)に示した処理と略同一である。なお加熱処理によりゲッタリング層7の表面には酸化膜7aが形成される。   Next, as shown in FIG. 4C, a barrier layer 6 and a gettering layer 7 are formed, and heat treatment is performed to getter the metal element contained in the crystallized semiconductor film 5a. The details of these processes are substantially the same as the processes shown in FIGS. 1E to 2B in the first embodiment. Note that an oxide film 7a is formed on the surface of the gettering layer 7 by heat treatment.

次いで図4(D)に示すように酸化膜7a、ゲッタリング層7及びバリア層6aを除去する。次いで結晶化半導体膜5aに第3のレーザー光(第1の実施形態における第2のレーザー光に相当)を照射することにより、結晶化半導体膜5aに形成されたピンホールを埋める。これらの処理は第1の実施形態において図2(C)〜(E)に示した処理と略同一である。   Next, as shown in FIG. 4D, the oxide film 7a, the gettering layer 7 and the barrier layer 6a are removed. Next, the pinhole formed in the crystallized semiconductor film 5a is filled by irradiating the crystallized semiconductor film 5a with a third laser beam (corresponding to the second laser beam in the first embodiment). These processes are substantially the same as the processes shown in FIGS. 2C to 2E in the first embodiment.

この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。また結晶化半導体膜5aから酸化膜5cを除去する際にピンホールが形成されたとしても、第1のレーザー光を照射した後に続いて第2のレーザー光を照射するため、ピンホールは埋められる。このため結晶化半導体膜5a上に形成する膜のカバレージ(例えばTFTのゲート絶縁膜)がよくなる。結晶化半導体膜5aでTFTのソース及びドレインを形成した場合、ゲート・リーク電流が少なくなる。またゲート絶縁膜の耐圧不良が少なくなる。このようにTFTの信頼性を向上させることができる。   According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Even if a pinhole is formed when the oxide film 5c is removed from the crystallized semiconductor film 5a, the pinhole is filled because the second laser beam is irradiated after the first laser beam. . Therefore, the coverage of the film formed on the crystallized semiconductor film 5a (for example, the gate insulating film of the TFT) is improved. When the TFT source and drain are formed of the crystallized semiconductor film 5a, the gate leakage current is reduced. Further, the breakdown voltage failure of the gate insulating film is reduced. Thus, the reliability of the TFT can be improved.

(実験)
第2のレーザー光を照射することによりピンホールが埋められることを示すために、本発明者らは以下に示す実験を行って試料を作製した。
(Experiment)
In order to show that the pinhole is filled by irradiating the second laser beam, the inventors conducted the following experiment to prepare a sample.

まず、ガラス基板の上方に下地絶縁膜を形成し、その上にプラズマCVD法により非晶質シリコン膜を形成した試料を用意した。次いで、ニッケルを重量換算で10ppm含む溶液を塗布した後、500℃、1時間の熱処理を行い、さらに550℃、4時間の熱処理を行って結晶化させて結晶性シリコン膜を形成した。次いで、結晶性シリコン膜を1%フッ酸液で3分間処理した。この処理時間は結晶性シリコン膜から表面酸化膜を除去するために必要な時間と比べて長い。このため表面酸化膜が除去されるとともに、結晶性シリコン膜の表面にピンホールが形成される。   First, a sample was prepared in which a base insulating film was formed above a glass substrate and an amorphous silicon film was formed thereon by plasma CVD. Next, after applying a solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 1 hour, followed by further heat treatment at 550 ° C. for 4 hours to form a crystalline silicon film. Next, the crystalline silicon film was treated with a 1% hydrofluoric acid solution for 3 minutes. This processing time is longer than the time required to remove the surface oxide film from the crystalline silicon film. For this reason, the surface oxide film is removed, and pinholes are formed on the surface of the crystalline silicon film.

次いで大気雰囲気で第1のレーザー光(エキシマレーザー)を結晶性シリコン膜に照射した。ここでの第1のレーザー光のエネルギー密度は419.2mJ/cm2とした。次いで第2のレーザー光(エキシマレーザー)を大気雰囲気中で結晶性シリコン膜に30Hzで照射した。なお第2のレーザー光のエネルギー密度を変えることにより複数の試料を作製した。また比較として第2のレーザー光を照射しない試料も作製した。
次いで作製した試料表面のSEM写真を倍率5000倍で撮像した。また単位面積に含まれるピンホールの数を数えた。単位面積の定義及びピンホールの数え方は第1の実施形態と同じである。
Next, the crystalline silicon film was irradiated with a first laser beam (excimer laser) in an air atmosphere. Here, the energy density of the first laser beam was 419.2 mJ / cm 2 . Next, a second laser beam (excimer laser) was irradiated to the crystalline silicon film at 30 Hz in an air atmosphere. A plurality of samples were prepared by changing the energy density of the second laser beam. For comparison, a sample not irradiated with the second laser beam was also produced.
Next, an SEM photograph of the prepared sample surface was taken at a magnification of 5000 times. The number of pinholes included in the unit area was counted. The definition of the unit area and the number of pinholes are the same as in the first embodiment.

表2にピンホールの数と第2のレーザー光のエネルギー密度との関係を示す。また図5は表2のデータをグラフにしたものである。   Table 2 shows the relationship between the number of pinholes and the energy density of the second laser beam. FIG. 5 is a graph of the data in Table 2.

表2及び図5のグラフから明らかなように、第2のレーザー光を照射しない状態においては結晶性シリコン膜の表面にはピンホールは単位面積あたり7個(ピンホール密度は2.3E-3個/μm2)と数多く存在していた。これに対し、第2のレーザー光を照射するとピンホールはほとんど存在しないか、存在していても単位面積あたり2個(ピンホール密度は6.6E-4個/μm2)と非常に少なくなった。この実験からも、第2のレーザー光を結晶性シリコン膜に照射することにより結晶性シリコン膜の表面からピンホールが除去されることがわかる。 As can be seen from the graphs in Table 2 and FIG. 5, in the state where the second laser beam is not irradiated, there are 7 pinholes per unit area on the surface of the crystalline silicon film (the pinhole density is 2.3E-3). Many / μm 2 ). On the other hand, when the second laser beam is irradiated, there are almost no pinholes, or even if there are two pinholes per unit area (the pinhole density is 6.6E-4 / μm 2 ), it becomes very small. It was. This experiment also shows that the pinhole is removed from the surface of the crystalline silicon film by irradiating the crystalline silicon film with the second laser beam.

各試料のSEM写真を図6に示す。第2のレーザー光を照射しない場合(図6(I))、試料の表面にはピンホールが存在している。第2のレーザー光のエネルギー密度が408.1mJ/cm2(図6(A))、389.8mJ/cm2(図6(C))、379.3mJ/cm2(図6(D))、及び338.7mJ/cm2(図6(H))それぞれの場合においてもピンホールが存在している。ただしこれらの試料を、撮像した領域より広い範囲で見た場合では、ピンホールの数は少なくなっていた。そして第2のレーザー光のエネルギー密度が399.4mJ/cm2(図6(B))、370.3mJ/cm2(図6(E))、361.7mJ/cm2(図6(F))、及び348.9mJ/cm2(図6(G))それぞれの場合では試料の表面にピンホールがほぼ存在しない。 The SEM photograph of each sample is shown in FIG. When the second laser beam is not irradiated (FIG. 6I), pinholes exist on the surface of the sample. The energy density of the second laser light is 408.1 mJ / cm 2 (FIG. 6A), 389.8 mJ / cm 2 (FIG. 6C), 379.3 mJ / cm 2 (FIG. 6D) , And 338.7 mJ / cm 2 (FIG. 6H), pinholes are also present. However, when these samples were viewed in a wider range than the imaged area, the number of pinholes was small. The energy density of the second laser beam is 399.4 mJ / cm 2 (FIG. 6B), 370.3 mJ / cm 2 (FIG. 6E), 361.7 mJ / cm 2 (FIG. 6F). ) And 348.9 mJ / cm 2 (FIG. 6G), there are almost no pinholes on the surface of the sample.

(第3の実施形態)
次に図7を参照しつつ第3の実施形態を説明する。本実施形態は、第1又は第2の実施形態により形成された結晶化半導体膜5aを用いてTFTを形成する方法である。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is a method of forming a TFT using the crystallized semiconductor film 5a formed according to the first or second embodiment. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず図7(A)に示すように基板1の上に下地絶縁膜2を形成し、さらにその上に結晶化半導体膜5aを形成する。ここで結晶化半導体膜5aは、第1の実施形態において図1(D)〜図2(E)に示した処理が加えられているため、金属元素が存在しないか、金属元素の量が低減されている。また結晶化半導体膜5aの表面にはピンホールが存在しない。   First, as shown in FIG. 7A, a base insulating film 2 is formed on a substrate 1, and a crystallized semiconductor film 5a is further formed thereon. Here, since the crystallized semiconductor film 5a is subjected to the processing shown in FIGS. 1D to 2E in the first embodiment, the metal element does not exist or the amount of the metal element is reduced. Has been. Further, no pinhole is present on the surface of the crystallized semiconductor film 5a.

次いで図7(B)に示すように、結晶化半導体膜5aの上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりレジストパターンを形成する。次いでこのレジストパターンをマスクとして結晶化半導体膜5aをエッチングすることにより、所望の形状の結晶化半導体層10を形成する。このとき、フォトレジスト膜を塗布する前に、オゾン水で結晶化半導体膜5aの表面を処理することで、結晶化半導体膜5a表面に薄い酸化膜を形成することが望ましい。   Next, as shown in FIG. 7B, a photoresist film (not shown) is applied on the crystallized semiconductor film 5a, and this photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern. Next, the crystallized semiconductor film 5a is etched using this resist pattern as a mask to form a crystallized semiconductor layer 10 having a desired shape. At this time, it is desirable to form a thin oxide film on the surface of the crystallized semiconductor film 5a by treating the surface of the crystallized semiconductor film 5a with ozone water before applying the photoresist film.

次いで図7(C)に示すように、結晶化半導体層10の表面をフッ酸含有エッチャントで洗浄した後、結晶化半導体層10上にゲート絶縁膜12を形成する。ゲート絶縁膜12は珪素を主成分とする絶縁膜で形成される。これら表面洗浄工程とゲート絶縁膜12の形成工程は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。   Next, as illustrated in FIG. 7C, the surface of the crystallized semiconductor layer 10 is washed with a hydrofluoric acid-containing etchant, and then a gate insulating film 12 is formed over the crystallized semiconductor layer 10. The gate insulating film 12 is formed of an insulating film containing silicon as a main component. It is desirable that the surface cleaning process and the gate insulating film 12 forming process are continuously performed without being exposed to the atmosphere.

次いで、ゲート絶縁膜12の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜12上を含む全面上にAl、Cu、Wなどを主成分とする金属膜を形成する。次いでこの金属膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりレジストパターンを形成する。次いでこのレジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、ゲート絶縁膜12上にゲート電極13を形成する。次いで、ゲート電極13をマスクとして結晶化半導体膜5aにn型不純物イオン(P、As等のイオン、ここではPイオン)を導入して、ソース領域14及びドレイン領域15を形成する。そしてn型不純物を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。このとき活性化と同時にゲート絶縁膜12と結晶化半導体層10との界面、及びゲート絶縁膜12それぞれへのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜300℃の雰囲気中において、表面または裏面からYAGレーザーの第2高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。YAGレーザーはメンテナンスが簡単であるため好ましい活性化手段である。   Next, after cleaning the surface of the gate insulating film 12, a metal film containing Al, Cu, W, or the like as a main component is formed on the entire surface including the gate insulating film 12. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the metal film, and the photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern. Next, the gate electrode 13 is formed on the gate insulating film 12 by etching the metal film using the resist pattern as a mask. Next, using the gate electrode 13 as a mask, n-type impurity ions (ions such as P and As, in this case, P ions) are introduced into the crystallized semiconductor film 5a to form the source region 14 and the drain region 15. In order to activate the n-type impurity, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation is performed. At this time, plasma damage to the interface between the gate insulating film 12 and the crystallized semiconductor layer 10 and the gate insulating film 12 can be recovered simultaneously with activation. In particular, in an atmosphere of room temperature to 300 ° C., it is very effective to activate the impurity element by irradiating the second harmonic of the YAG laser from the front surface or the back surface. YAG laser is a preferred activation means because of its simple maintenance.

次いでゲート絶縁膜12及びゲート電極13を含む全面上に層間絶縁膜16を形成し、水素化を行う。次いで層間絶縁膜16の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜16をエッチングすることにより、ソース領域14上及びドレイン領域15上それぞれに位置するコンタクトホールを形成する。次いで層間絶縁膜16上及びコンタクトホール中に導電膜(例えばAl合金配線)を形成し、この導電膜をパターニングすることにより、ソース電極17、ドレイン電極18を形成する。以上の工程によりTFT(nチャネル型TFT)が形成される。   Next, an interlayer insulating film 16 is formed on the entire surface including the gate insulating film 12 and the gate electrode 13, and hydrogenation is performed. Next, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 16, and the interlayer insulating film 16 is etched using the resist pattern as a mask, thereby forming contact holes located on the source region 14 and the drain region 15, respectively. Next, a conductive film (for example, Al alloy wiring) is formed on the interlayer insulating film 16 and in the contact hole, and the conductive film is patterned to form the source electrode 17 and the drain electrode 18. Through the above process, a TFT (n-channel TFT) is formed.

このようにTFTを形成した場合、チャネル形成領域19に含まれる金属元素の濃度を1×1017/cm3未満とすることができる。またTFTの半導体表面におけるピンホールの数は飛躍的に低減しているため、TFTの特性を向上させることができる。 When the TFT is formed in this way, the concentration of the metal element contained in the channel formation region 19 can be less than 1 × 10 17 / cm 3 . In addition, since the number of pinholes on the semiconductor surface of the TFT is drastically reduced, the characteristics of the TFT can be improved.

なお本発明は図7(C)に示したTFT構造に限定されず、他の構造を有するTFTに適用することも可能である。例えばチャネル形成領域とドレイン領域(またはソース領域)との間にLDD領域を有する低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。この構造はソース領域とチャネル領域の間、及びドレイン領域とチャネル形成領域の間それぞれに低濃度に不純物元素を添加した領域(以下LDD領域と記載)を設けたものである。またゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。   Note that the present invention is not limited to the TFT structure shown in FIG. 7C, and can be applied to TFTs having other structures. For example, a lightly doped drain (LDD) structure having an LDD region between a channel formation region and a drain region (or source region) may be used. In this structure, regions (hereinafter referred to as LDD regions) to which an impurity element is added at a low concentration are provided between a source region and a channel region, and between a drain region and a channel formation region. Further, a so-called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure in which an LDD region is disposed so as to overlap with a gate electrode through a gate insulating film may be employed.

また本実施形態ではnチャネル型TFTを用いて説明したが、n型不純物元素に代えてp型不純物元素を用いることによってpチャネル型TFTを形成することができることは言うまでもない。
また本実施形態ではトップゲート型TFTを例として説明したが、例えば順スタガ型TFTに適用することが可能である。
In this embodiment, an n-channel TFT has been described. Needless to say, a p-channel TFT can be formed by using a p-type impurity element instead of an n-type impurity element.
In this embodiment, the top gate type TFT has been described as an example. However, for example, the present invention can be applied to a forward stagger type TFT.

また、結晶化半導体膜5aをパターニングする前に第2のレーザー光の照射を行わず、パターニングにより所望の形状の結晶化半導体層10を形成し、さらにパターニングの際に形成された酸化膜を除去した後に、大気雰囲気中、不活性気体雰囲気または真空中で第2のレーザー光の照射を行い結晶化半導体層10の表面のピンホールを埋めてもよい。   In addition, the second laser beam is not irradiated before patterning the crystallized semiconductor film 5a, the crystallized semiconductor layer 10 having a desired shape is formed by patterning, and the oxide film formed at the time of patterning is removed. After that, the second laser beam may be irradiated in an air atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum to fill the pinholes on the surface of the crystallized semiconductor layer 10.

(第4の実施形態)
次に図8を参照しつつ第3の実施形態を説明する。本実施形態は、逆スタガ型(ボトムゲート型)TFTを作製する方法である。以下第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
まず図8(A)に示すように基板1上にAl、Cu、Wなどを主成分とする金属膜を形成する。次いでこの金属膜上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりレジストパターンを形成する。次いでこのレジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングすることにより、基板1上にゲート電極21を形成する。
(Fourth embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is a method of manufacturing an inverted stagger type (bottom gate type) TFT. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
First, as shown in FIG. 8A, a metal film mainly composed of Al, Cu, W or the like is formed on the substrate 1. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the metal film, and the photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern. Next, the gate electrode 21 is formed on the substrate 1 by etching the metal film using the resist pattern as a mask.

次いでゲート電極21上を含む全面上にゲート絶縁膜22を形成する。ゲート絶縁膜22は珪素を主成分とする絶縁膜で形成される。
次いでゲート絶縁膜22上に非晶質半導体膜を形成する。次いで非晶質半導体膜を結晶化させて結晶化半導体膜5aを形成し、更に第1のレーザー光を照射することにより結晶化半導体膜5aの結晶化率を上げる。なお非晶質半導体膜の結晶化方法は第1の実施形態と略同一である。
Next, the gate insulating film 22 is formed on the entire surface including the gate electrode 21. The gate insulating film 22 is formed of an insulating film containing silicon as a main component.
Next, an amorphous semiconductor film is formed over the gate insulating film 22. Next, the amorphous semiconductor film is crystallized to form the crystallized semiconductor film 5a, and further the first laser light is irradiated to increase the crystallization rate of the crystallized semiconductor film 5a. The method for crystallizing the amorphous semiconductor film is substantially the same as that in the first embodiment.

次いで図8(B)に示すようにバリア層6を形成し、さらにその上にゲッタリング層7を形成し、加熱処理を行うことにより結晶化半導体膜5aに含まれる金属元素のゲッタリングを行う。これらの処理の詳細は、第1の実施形態において図1(E)〜図2(B)に示した処理と略同一である。なお加熱処理によりゲッタリング層7の表面には酸化膜7aが形成される。   Next, as shown in FIG. 8B, a barrier layer 6 is formed, a gettering layer 7 is further formed thereon, and heat treatment is performed to getter the metal element contained in the crystallized semiconductor film 5a. . The details of these processes are substantially the same as the processes shown in FIGS. 1E to 2B in the first embodiment. Note that an oxide film 7a is formed on the surface of the gettering layer 7 by heat treatment.

次いで図8(C)に示すように酸化膜7a、ゲッタリング層7及びバリア層6aを除去する。次いで結晶化半導体膜5aに第2のレーザー光を照射することにより、結晶化半導体膜5aに形成されたピンホールを埋める。これらの処理は第1の実施形態において図2(C)〜図2(E)に示した処理と略同一である。   Next, as shown in FIG. 8C, the oxide film 7a, the gettering layer 7 and the barrier layer 6a are removed. Next, the pinhole formed in the crystallized semiconductor film 5a is filled by irradiating the crystallized semiconductor film 5a with the second laser beam. These processes are substantially the same as the processes shown in FIGS. 2C to 2E in the first embodiment.

次いで図8(D)に示すように結晶化半導体膜5aの上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりレジストパターンを形成する。次いでこのレジストパターンをマスクとして結晶化半導体膜5aをエッチングすることにより、所望の形状の結晶化半導体層24を形成する。
次いで結晶化半導体層24の上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりレジストパターン23を形成する。次いでレジストパターン23をマスクとして結晶化半導体層24にn型不純物イオン(P、As等のイオン、ここではPイオン)を導入して、ソース領域24a及びドレイン領域24bを形成する。そしてn型不純物を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。
Next, as shown in FIG. 8D, a photoresist film (not shown) is applied on the crystallized semiconductor film 5a, and this photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern. Next, the crystallized semiconductor film 5a is etched using this resist pattern as a mask, thereby forming a crystallized semiconductor layer 24 having a desired shape.
Next, a photoresist film is applied on the crystallized semiconductor layer 24, and this photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern 23. Next, using the resist pattern 23 as a mask, n-type impurity ions (ions such as P and As, in this case, P ions) are introduced into the crystallized semiconductor layer 24 to form the source region 24a and the drain region 24b. In order to activate the n-type impurity, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation is performed.

次いで図8(E)に示すように、結晶化半導体層24を含む全面上に層間絶縁膜25を形成する。次いで層間絶縁膜25の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜25をエッチングすることにより、ソース領域24a上及びドレイン領域24b上それぞれに位置するコンタクトホール25a,25bを形成する。次いで層間絶縁膜25上及びコンタクトホール中に導電膜(例えばAl合金膜)を形成し、この導電膜をパターニングすることにより、ソース電極26a、ドレイン電極26bを形成する。以上の工程により逆スタガ型TFT(nチャネル型TFT)が形成される。   Next, as shown in FIG. 8E, an interlayer insulating film 25 is formed over the entire surface including the crystallized semiconductor layer 24. Next, a resist pattern is formed on the interlayer insulating film 25, and the interlayer insulating film 25 is etched using the resist pattern as a mask, thereby forming contact holes 25a and 25b located on the source region 24a and the drain region 24b, respectively. To do. Next, a conductive film (for example, an Al alloy film) is formed on the interlayer insulating film 25 and in the contact hole, and the conductive film is patterned to form the source electrode 26a and the drain electrode 26b. Through the above steps, an inverted staggered TFT (n-channel TFT) is formed.

本実施形態においても第3の実施形態と同一の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

(実施例)
[実施例1]本発明の実施例1を、図9〜図11を参照しつつ説明する。本実施例は、同一基板の上方に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製する方法である。
(Example)
[Embodiment 1] Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a pixel portion and a TFT (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion on the same substrate are manufactured at the same time.

まず図9(A)に示すように、上記第2の実施の形態で示した方法で、ガラス基板100上に下地絶縁膜101及び島状に分離されたポリシリコン層102〜106をこの順に形成する。なお、ポリシリコン層102〜106は第2の実施形態における結晶化半導体層10と同一であるため、これらを形成するまでの工程に関しては、上記第2の実施形態で示してあるので簡略して以下に説明する。   First, as shown in FIG. 9A, the base insulating film 101 and the polysilicon layers 102 to 106 separated in an island shape are formed in this order on the glass substrate 100 by the method shown in the second embodiment. To do. Since the polysilicon layers 102 to 106 are the same as the crystallized semiconductor layer 10 in the second embodiment, the steps up to forming them are the same as those in the second embodiment, so the description is simplified. This will be described below.

まずガラス基板100上に下地絶縁膜101を形成する。本実施例では下地絶縁膜101として2層構造を用いるが、絶縁膜の単層膜または3層以上積層させた構造を用いても良い。下地絶縁膜101は例えば以下のように形成される。まず下地絶縁膜101の1層目として、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとしたプラズマCVD法により第1酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を膜厚50nmに形成する。次いで、下地絶縁膜101の2層目として、SiH4およびN2Oを反応ガスとしたプラズマCVD法により第2酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を膜厚100nmに形成する。 First, the base insulating film 101 is formed over the glass substrate 100. Although a two-layer structure is used as the base insulating film 101 in this embodiment, a single-layer film of an insulating film or a structure in which three or more layers are stacked may be used. For example, the base insulating film 101 is formed as follows. First, as a first layer of the base insulating film 101, a first silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N) is formed by plasma CVD using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as reaction gases. = 24%, H = 17%) with a film thickness of 50 nm. Next, as the second layer of the base insulating film 101, a second silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%) is formed by plasma CVD using SiH 4 and N 2 O as reaction gases. , H = 2%) to a thickness of 100 nm.

次いで下地絶縁膜101上に非晶質半導体膜の一例である非晶質シリコン膜を、プラズマCVD法により50nmの膜厚に形成する。次いで、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布する。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。   Next, an amorphous silicon film which is an example of an amorphous semiconductor film is formed over the base insulating film 101 to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. Next, a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel by weight is applied by a spinner. Instead of coating, a method of spreading nickel element over the entire surface by sputtering may be used.

次いで加熱処理により非晶質シリコン膜を結晶化させ、結晶化半導体膜の一例であるポリシリコン膜を形成する。この加熱処理は、電気炉による熱処理または強光の照射を用いればよい。電気炉による熱処理は、例えば500℃〜650℃で4〜24時間ほど行えばよい。ここでは脱水素化のための熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行ってポリシリコン膜を得る。なお、電気炉の代わりにランプアニール装置を用いて熱処理を行ってもよい。   Next, the amorphous silicon film is crystallized by heat treatment to form a polysilicon film which is an example of a crystallized semiconductor film. For this heat treatment, heat treatment by an electric furnace or irradiation with strong light may be used. What is necessary is just to perform the heat processing by an electric furnace for about 4 to 24 hours, for example at 500 to 650 degreeC. Here, after a heat treatment for dehydrogenation (500 ° C., 1 hour), a heat treatment for crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed to obtain a polysilicon film. Note that heat treatment may be performed using a lamp annealing apparatus instead of the electric furnace.

次いでポリシリコン膜の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するため、第1のレーザー光(XeCl:波長308nm)を大気中、または酸素雰囲気中で照射する。第1のレーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザ光、もしくはYAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもってシリコン膜表面を走査させつつ照射すればよい。ここでは、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度410mJ/cm2で第1のレーザー光の照射を大気中で行なう。なお第1のレーザー光の照射は、シリコン膜中の希ガス元素(ここではアルゴン)を除去または低減する上で非常に重要である。次いで、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜を形成することにより、この酸化膜および第1のレーザー光の照射により形成された酸化膜から構成されるバリア層(図示せず)を形成する。 Next, in order to increase the crystallization rate of the polysilicon film and repair defects remaining in the crystal grains, the first laser beam (XeCl: wavelength 308 nm) is irradiated in the air or an oxygen atmosphere. As the first laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, or second harmonic and third harmonic of a YAG laser is used. In any case, if pulsed laser light having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is condensed to 100 to 500 mJ / cm 2 by an optical system and irradiated while scanning the surface of the silicon film with an overlap rate of 90 to 95%. Good. Here, irradiation with the first laser beam is performed in the atmosphere at a repetition frequency of 30 Hz and an energy density of 410 mJ / cm 2 . Note that the first laser light irradiation is very important in removing or reducing a rare gas element (here, argon) in the silicon film. Next, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm, thereby forming a barrier layer composed of this oxide film and an oxide film formed by irradiation with the first laser beam (see FIG. (Not shown).

次いで、バリア層上にスパッタリング法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚150nmに形成する。ここでの成膜条件は、例えばチャンバー内の圧力が0.3Pa、ガス(Ar)流量が50(sccm)、成膜パワーが3kW、基板温度が150℃である。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は3×1020/cm〜5×1020/cm3、酸素の原子濃度は1×1019/cm3〜3×1019/cm3である。その後、ランプアニール装置を用いて650℃、3分の熱処理を行うことにより、ポリシリコン膜中の金属原子を非晶質シリコン膜にゲッタリングする。
次いで、バリア層をエッチングストッパーとしたエッチングにより、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。
Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed to a thickness of 150 nm over the barrier layer by a sputtering method. The deposition conditions here are, for example, a pressure in the chamber of 0.3 Pa, a gas (Ar) flow rate of 50 (sccm), a deposition power of 3 kW, and a substrate temperature of 150 ° C. Note that the atomic concentration of the argon element contained in the amorphous silicon film under the above conditions is 3 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 , and the atomic concentration of oxygen is 1 × 10 19 / cm 3 to 3. × 10 19 / cm 3 Thereafter, heat treatment is performed at 650 ° C. for 3 minutes using a lamp annealing apparatus, thereby gettering metal atoms in the polysilicon film into the amorphous silicon film.
Next, the amorphous silicon film containing an argon element as a gettering site is selectively removed by etching using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid.

次いで、第2のレーザー光の照射を大気雰囲気中、窒素雰囲気中又は真空中で行い、ポリシリコン膜表面に形成されたピンホールを埋める。この第2のレーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザー光、又はYAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。なお第2のレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。このとき第2のレーザー光のエネルギー密度を、第1のレーザー光のエネルギー密度より小さくし、好ましくは30〜80mJ/cm2小さくする。ここではエネルギー密度360mJ/cm2で第2のレーザー光の照射を行なう。 Next, second laser light irradiation is performed in an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or a vacuum to fill the pinhole formed in the polysilicon film surface. As the second laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, or second harmonic and third harmonic of a YAG laser are used. Note that light emitted from an ultraviolet lamp may be used instead of the second laser light. At this time, the energy density of the second laser light is made smaller than the energy density of the first laser light, preferably 30 to 80 mJ / cm 2 . Here, the second laser beam is irradiated at an energy density of 360 mJ / cm 2 .

なお本実施例では第2のレーザー光の照射を全面に行ったが、必要な領域のみに選択的に第2のレーザー光を照射してもよい。   In this embodiment, the second laser beam is irradiated on the entire surface. However, the second laser beam may be selectively irradiated only on a necessary region.

次いで、得られたポリシリコン膜の表面をオゾン水で処理することによりポリシリコン膜表面に薄い酸化膜を形成する。次いでレジストからなるマスクを形成し、このマスクを用いて所望の形状にエッチング処理することにより島状に分離されたポリシリコン層102〜106を形成する。これらポリシリコン層を形成した後にマスクを除去する。   Next, the surface of the obtained polysilicon film is treated with ozone water to form a thin oxide film on the surface of the polysilicon film. Next, a mask made of resist is formed, and the polysilicon layers 102 to 106 separated into islands are formed by performing etching processing into a desired shape using the mask. After these polysilicon layers are formed, the mask is removed.

なおポリシリコン層102〜106を形成した後、TFTのしきい値(Vth)を制御するためにp型不純物元素あるいはn型不純物元素を添加してもよい。p型不純物元素は、例えばボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)など周期律第13族元素であり、n型不純物元素は、例えばリン(P)または砒素(As)など周期律15族元素である。   Note that after the polysilicon layers 102 to 106 are formed, a p-type impurity element or an n-type impurity element may be added in order to control the threshold value (Vth) of the TFT. The p-type impurity element is a periodic group 13 element such as boron (B), aluminum (Al), or gallium (Ga). The n-type impurity element is periodic such as phosphorus (P) or arsenic (As). It is a group 15 element.

次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にポリシリコン層102〜106の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜107を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により形成された厚さ115nmの酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を、ゲート絶縁膜107として用いる。   Next, after removing the oxide film with an etchant containing hydrofluoric acid, the surfaces of the polysilicon layers 102 to 106 are washed, and then a gate insulating film 107 is formed. In this embodiment, a 115 nm thick silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) formed by plasma CVD is used as the gate insulating film 107. Use.

次いで、ゲート絶縁膜107上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜108aと、膜厚100〜400nmの第2の導電膜108bと、膜厚20〜100nmの第3の導電膜108cをこの順に積層し、ゲート電極となる導電層を形成する。本実施例では、第1の導電膜108aとしてゲート絶縁膜107上に膜厚50nmのタングステン膜を、第2の導電膜108bとして膜厚500nmのアルミニウムとチタンの合金(Al−Ti)膜を、第3の導電膜108cとして膜厚30nmのチタン膜を、それぞれ用いる。   Next, a first conductive film 108 a with a thickness of 20 to 100 nm, a second conductive film 108 b with a thickness of 100 to 400 nm, and a third conductive film 108 c with a thickness of 20 to 100 nm are formed over the gate insulating film 107. A conductive layer to be a gate electrode is formed by sequentially stacking the layers. In this embodiment, a tungsten film with a thickness of 50 nm is formed on the gate insulating film 107 as the first conductive film 108a, and an aluminum-titanium alloy (Al-Ti) film with a thickness of 500 nm is formed as the second conductive film 108b. A titanium film with a thickness of 30 nm is used as the third conductive film 108c.

なお上記した材料以外にも、第1〜第3の導電膜108a〜108cを形成する導電性材料としては、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用いることができる。例えば、第1の導電膜108aではタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよい。第2の導電膜108bでは、アルミニウムとチタンの合金(Al−Ti)膜に代えてアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜を用いてもよい。第3の導電膜108cではチタン膜に代えて窒化チタン膜を用いてもよい。
また、ゲート電極となる導電層は3層構造に限定されず、例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜との2層構造であってもよい。また、ゲート電極となる導電層としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される単層の半導体膜を用いてもよい。
In addition to the above-described materials, as the conductive material for forming the first to third conductive films 108a to 108c, an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or the aforementioned element is mainly used. An alloy material or a compound material as a component can be used. For example, tungsten nitride may be used instead of tungsten in the first conductive film 108a. In the second conductive film 108b, an aluminum / silicon alloy (Al—Si) film may be used instead of the aluminum / titanium alloy (Al—Ti) film. In the third conductive film 108c, a titanium nitride film may be used instead of the titanium film.
Further, the conductive layer to be the gate electrode is not limited to a three-layer structure, and may be a two-layer structure of a tantalum nitride film and a tungsten film, for example. Alternatively, a single-layer semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used as the conductive layer to be the gate electrode.

次に、図9(B)に示すように、第3の導電膜108cの上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光および現像することにより、レジスト膜からなるマスク110〜115を形成する。次いでマスク110〜115を用いて、ゲート電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理をドライエッチングで行う。
この第1のエッチング処理では、エッチング用のプラズマとしてICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)が好適である。この場合、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。
Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist film is applied over the third conductive film 108c, and this photoresist film is exposed and developed to form masks 110 to 115 made of a resist film. Form. Next, using the masks 110 to 115, a first etching process for forming gate electrodes and wirings is performed by dry etching.
In this first etching process, ICP (Inductively Coupled Plasma) is suitable as the plasma for etching. In this case, the film is etched into a desired tapered shape by appropriately adjusting the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.). be able to.

なお第1のエッチング処理では、例えば第1のエッチングを行った後、続いて第2のエッチングが行われる。   In the first etching process, for example, after the first etching is performed, the second etching is subsequently performed.

第1のエッチングでは、エッチング用ガスとして、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いる。用いるエッチング用ガスに限定はないが、ここではBCl3とCl2とO2とを用いることが適している。それぞれのガス流量は例えば65/10/5(sccm)である。そして1.2Paの圧力でコイル型の電極に450WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して117秒ほどエッチングを行う。このとき基板側(試料ステージ)にも300WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチングにより第2の導電膜108b及び第3の導電膜108cをエッチングし、また第1の導電膜108aの端部をテーパー形状とする。 In the first etching, as an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 or the like, a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 , NF 3 , or the like, or O 2 is used as appropriate. There is no limitation on the etching gas to be used, but here it is suitable to use BCl 3 , Cl 2 and O 2 . Each gas flow rate is, for example, 65/10/5 (sccm). Then, 450 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.2 Pa to generate plasma, and etching is performed for about 117 seconds. At this time, RF power (13.56 MHz) of 300 W is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. By this first etching, the second conductive film 108b and the third conductive film 108c are etched, and an end portion of the first conductive film 108a is tapered.

また第2のエッチングでは、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2が用いられる。これらのガス流量はそれぞれ25/25/10(sccm)である。そして1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、約30秒ほどエッチング処理を行う。このとき基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件では、第1〜第3の導電膜108a〜108cそれぞれが同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜107上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度ほどエッチング時間を増加させるとよい。 In the second etching, CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases. These gas flow rates are 25/25/10 (sccm), respectively. Then, 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma, and etching is performed for about 30 seconds. At this time, 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF 4 and Cl 2 are mixed, each of the first to third conductive films 108a to 108c is etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film 107, the etching time may be increased by about 10 to 20%.

この第1のエッチング処理により、ゲート絶縁膜107上には第1〜第3の導電層から成る第1の形状の導電層117〜122(詳細には第1の導電層117a〜122a、第2の導電層117b〜122bおよび第3の導電層117c〜122c)が形成される。またゲート絶縁膜107のうち第1の形状の導電層117〜122で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなる。
なお上記した第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適切な形状にし、かつ基板側に適切なバイアス電圧を印加することで、第1の形状の導電層117〜122の端部を適切なテーパー形状にすることができる。例えば上記した条件ではテーパー部の角度は15〜45°となる。
By this first etching process, first shape conductive layers 117 to 122 (first conductive layers 117 a to 122 a and second conductive layers are formed on the gate insulating film 107, which are first to third conductive layers. Conductive layers 117b to 122b and third conductive layers 117c to 122c) are formed. In addition, a region of the gate insulating film 107 that is not covered with the first shape conductive layers 117 to 122 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.
In the first etching process described above, the shape of the resist mask is set to an appropriate shape, and an appropriate bias voltage is applied to the substrate side, so that the end portions of the first shape conductive layers 117 to 122 are formed. An appropriate taper shape can be obtained. For example, under the above conditions, the angle of the tapered portion is 15 to 45 °.

次いで図9(C)に示すように、マスク110〜115をそのまま用いて第2のエッチング処理を行う。第2のエッチング処理において、エッチング用ガスにはBCl3とCl2が用いられる。それぞれのガス流量は20/60(sccm)である。そして1.2Paの圧力でコイル型の電極に600WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、エッチングを行う。このとき基板側(試料ステージ)には100WのRF(13.56MHz)電力を投入する。この第2のエッチング処理により、チタンを微量に含むアルミニウムからなる第2の導電層117b〜122b、及びチタンからなる第3の導電層117c〜122cそれぞれが異方性エッチングされ、第2の形状の導電層124〜129(詳細には第1の導電層124a〜129a、第2の導電層124b〜129b及び第3の導電層124c〜129c)が形成される。このときゲート絶縁膜107のうち、第2の形状の導電層124〜129で覆われない領域は若干エッチングされ、薄くなる。 Next, as shown in FIG. 9C, a second etching process is performed using the masks 110 to 115 as they are. In the second etching process, BCl 3 and Cl 2 are used as etching gases. Each gas flow rate is 20/60 (sccm). Then, 600 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.2 Pa to generate plasma and perform etching. At this time, 100 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage). By this second etching process, the second conductive layers 117b to 122b made of aluminum containing a small amount of titanium and the third conductive layers 117c to 122c made of titanium are anisotropically etched, so that the second shape Conductive layers 124 to 129 (specifically, first conductive layers 124a to 129a, second conductive layers 124b to 129b, and third conductive layers 124c to 129c) are formed. At this time, a region of the gate insulating film 107 that is not covered with the second shape conductive layers 124 to 129 is slightly etched and thinned.

なお図9(B)および図9(C)では、第1の導電層のテーパー部の長さを、すべての第1の導電層において同一の長さとして図示しているが、実際は、配線幅への依存性がある。このため配線幅によって第1の導電層124a〜129aそれぞれのテーパー部の長さが変化する。   In FIGS. 9B and 9C, the length of the tapered portion of the first conductive layer is shown as the same length in all the first conductive layers. There is a dependency on Therefore, the length of each tapered portion of the first conductive layers 124a to 129a varies depending on the wiring width.

そして、マスク110〜115をそのまま残して第1のドーピング処理を行い、ポリシリコン層102〜106にn型を付与する不純物元素を添加する。ドーピング処理は例えばプラズマドーピング法やイオン注入法で行えば良い。イオン注入条件で行う場合、注入条件は、例えばドーズ量を1.5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとする。n型を付与する不純物元素としては、例えばリン(P)または砒素(As)を用いる。この第1のドーピング処理では第2の形状の導電層124〜128もマスクとなるため、ポリシリコン層102〜106に、それぞれ第1の不純物領域130〜134が2つずつ自己整合的に形成される。第1の不純物領域130〜134には1×1016〜1×1017/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素が添加される。
なお、本実施例ではマスク110〜115を除去せずに第1のドーピング処理を行ったが、マスク110〜115を除去した後に第1のドーピング処理を行ってもよい。
Then, a first doping process is performed while leaving the masks 110 to 115 as they are, and an impurity element imparting n-type is added to the polysilicon layers 102 to 106. The doping process may be performed by, for example, a plasma doping method or an ion implantation method. In the case of ion implantation conditions, the implantation conditions are, for example, a dose amount of 1.5 × 10 14 atoms / cm 2 and an acceleration voltage of 60 to 100 keV. For example, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting n-type conductivity. In the first doping process, the second shape conductive layers 124 to 128 are also used as masks, so that two first impurity regions 130 to 134 are formed in a self-aligned manner in the polysilicon layers 102 to 106, respectively. The An impurity element imparting n-type is added to the first impurity regions 130 to 134 in a concentration range of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm 3 .
In this embodiment, the first doping process is performed without removing the masks 110 to 115. However, the first doping process may be performed after the masks 110 to 115 are removed.

次いでマスク110〜115を除去した後、図10(A)に示すように全面上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光および現像することによりマスク135,136を形成する。マスク135は駆動回路のpチャネル型TFTの一つを構成するポリシリコン層103のうちチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク136は画素部のTFTを形成するポリシリコン層105のうちチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクである。   Next, after removing the masks 110 to 115, as shown in FIG. 10A, a photoresist film is applied over the entire surface, and the photoresist film is exposed and developed to form masks 135 and 136. The mask 135 is a mask that protects the channel formation region and its peripheral region in the polysilicon layer 103 that constitutes one of the p-channel TFTs of the drive circuit, and the mask 136 is a polysilicon layer that forms the TFT of the pixel portion. 105 is a mask for protecting the channel formation region 105 and its peripheral region.

次いでマスク135,136を用いて第2のドーピング処理を行い、マスクによって覆われていないポリシリコン層102、104,106それぞれに不純物領域を形成する。ドーピング処理は例えばプラズマドーピング法やイオン注入法で行えば良い。イオン注入条件で行う場合、注入条件は、加速電圧を60〜100kVとする。   Next, a second doping process is performed using the masks 135 and 136 to form impurity regions in the polysilicon layers 102, 104, and 106 that are not covered by the mask. The doping process may be performed by, for example, a plasma doping method or an ion implantation method. In the case of ion implantation conditions, the implantation conditions are such that the acceleration voltage is 60-100 kV.

このときポリシリコン層102,104,106それぞれにおいて、第2の形状の導電層124〜128が上方に存在する領域と存在しない領域とでは、上層の膜厚に差があるためドーズ量が異なる。このためポリシリコン層102,104,106には、それぞれ第2の形状の導電層124〜128の下方に位置する低濃度の第2の不純物領域180,181,182が2つずつ形成されると同時に、第2の不純物領域の外側に隣接する第3の不純物領域137,139,141が形成される。またポリシリコン層103,105のうちマスク135,136で覆われていない部分にも不純物が導入され、第3の不純物領域138,140が2つずつ形成される。具体的には、第3の不純物領域137〜141には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型不純物元素が添加されている。また、第2の不純物領域180〜182には1×1018〜1×1019/cm3の濃度範囲でn型不純物元素を添加されている。 At this time, in each of the polysilicon layers 102, 104, and 106, the dose amount differs between the region where the second shape conductive layers 124 to 128 are present and the region where the second shape conductive layers 124 to 128 are not present because there is a difference in the film thickness of the upper layer. Therefore, when two low-concentration second impurity regions 180, 181, and 182 are formed in the polysilicon layers 102, 104, and 106, respectively, below the second shape conductive layers 124 to 128, respectively. At the same time, third impurity regions 137, 139, 141 adjacent to the outside of the second impurity region are formed. Impurities are also introduced into portions of the polysilicon layers 103 and 105 that are not covered with the masks 135 and 136, so that two third impurity regions 138 and 140 are formed. Specifically, an n-type impurity element is added to the third impurity regions 137 to 141 in a concentration range of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 . Further, an n-type impurity element is added to the second impurity regions 180 to 182 in a concentration range of 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 .

なお図10(A)では、便宜上、第1の導電層124a〜129aのテーパー部の長さを、すべて同一としているが、実際は、配線幅によって第1の導電層124a〜129aは、それぞれテーパー部の長さが異なる場合がある。この場合、第2の不純物領域180,181,182の幅も互いに異なり、また第3の不純物領域137,139,141の幅も互いに異なる。   In FIG. 10A, for the sake of convenience, the lengths of the tapered portions of the first conductive layers 124a to 129a are all the same, but in actuality, the first conductive layers 124a to 129a are respectively tapered portions depending on the wiring width. May vary in length. In this case, the widths of the second impurity regions 180, 181, and 182 are also different from each other, and the widths of the third impurity regions 137, 139, and 141 are also different from each other.

次いで図10(B)に示すようにマスク135、136を除去した後、新たにフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することによりマスク142〜144を形成する。マスク142,143,144はそれぞれポリシリコン層102,104,105の上方に形成される。またpチャネル型TFTが形成されるポリシリコン層103,106の上方にはマスクが形成されていない。   Next, as shown in FIG. 10B, after the masks 135 and 136 are removed, a new photoresist film is applied, and the photoresist films are exposed and developed to form masks 142 to 144. Masks 142, 143, and 144 are formed above polysilicon layers 102, 104, and 105, respectively. Further, no mask is formed above the polysilicon layers 103 and 106 where the p-channel TFT is formed.

次いでマスク142〜144を用いて第3のドーピング処理を、例えばプラズマドーピング法やイオン注入法を用いて行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTを形成するポリシリコン層103,106のうち第2の形状の導電層125,128に覆われていない部分に、p型不純物元素が添加される。   Next, a third doping process is performed using the masks 142 to 144 using, for example, a plasma doping method or an ion implantation method. By this third doping process, a p-type impurity element is added to portions of the polysilicon layers 103 and 106 forming the p-channel TFT that are not covered with the second shape conductive layers 125 and 128.

これによりポリシリコン層103には第4の不純物領域147及び第5の不純物領域145、146が形成され、ポリシリコン層106には第4の不純物領域150及び第5の不純物領域148,149が形成される。第4の不純物領域147,150には1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でp型不純物元素が添加されている。また、第5の不純物領域145、146,148,149には図9(C)及び図10(A)で示した工程においてn型を付与するリン(P)が添加されているが、p型不純物元素の濃度がその1.5〜3倍添加されている(例えば1×1020〜1×1021/cm3)ため、導電型はp型となっている。なお第5の不純物領域のうち、領域145,148はそれぞれ領域146,149よりn型,p型それぞれの不純物元素の濃度が低い。
なおポリシリコン層106は画素部において保持容量を形成する半導体層となる。
As a result, a fourth impurity region 147 and fifth impurity regions 145 and 146 are formed in the polysilicon layer 103, and a fourth impurity region 150 and fifth impurity regions 148 and 149 are formed in the polysilicon layer 106. Is done. A p-type impurity element is added to the fourth impurity regions 147 and 150 in a concentration range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 . The fifth impurity regions 145, 146, 148, and 149 are doped with phosphorus (P) imparting n-type in the steps shown in FIGS. 9C and 10A. Since the concentration of the impurity element is added 1.5 to 3 times (for example, 1 × 10 20 to 1 × 10 21 / cm 3 ), the conductivity type is p-type. Of the fifth impurity regions, the regions 145 and 148 have lower n-type and p-type impurity element concentrations than the regions 146 and 149, respectively.
Note that the polysilicon layer 106 serves as a semiconductor layer forming a storage capacitor in the pixel portion.

以上までの工程で、ポリシリコン層102〜106それぞれにはn型またはp型の導電型を有する不純物領域が形成される。また第2の形状の導電層124〜127はゲート電極となり、第2の形状の導電層128は画素部において保持容量を形成する一方の電極となる。さらに、第2の形状の導電層129は画素部においてソース配線を形成する。
なお各第2の形状の導電層及び各不純物領域(第1の不純物領域〜第5の不純物領域)が形成できるのであれば特に作製工程は上記した順序に限定されず、各エッチングの順序、各ドーピングの順序を適宜変更してもよい。
Through the above steps, impurity regions having n-type or p-type conductivity are formed in the polysilicon layers 102 to 106, respectively. The second shape conductive layers 124 to 127 serve as gate electrodes, and the second shape conductive layer 128 serves as one electrode forming a storage capacitor in the pixel portion. Further, the second shape conductive layer 129 forms a source wiring in the pixel portion.
Note that the manufacturing steps are not particularly limited to the above-described order as long as each second-shaped conductive layer and each impurity region (first impurity region to fifth impurity region) can be formed. The order of doping may be changed as appropriate.

次いで図10(C)に示すようにマスク142〜144を除去した後、ほぼ全面を覆う絶縁膜(図示せず)を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚50nmの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。   Next, as shown in FIG. 10C, after the masks 142 to 144 are removed, an insulating film (not shown) covering almost the entire surface is formed. In this example, a 50 nm-thickness silicon oxide film was formed by plasma CVD. Of course, this insulating film is not limited to the silicon oxide film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.

次いで、それぞれのポリシリコン層102〜106に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法を複数組み合わせた方法による処理である。ただし、本実施例では、第2の形状の導電層124〜129を構成する第2の導電層124a〜129a(図9C参照)にアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、活性化工程を、第2の導電層124a〜129aが熱的に耐え得る熱処理条件とすることが必要である。   Next, a step of activating the impurity element added to each of the polysilicon layers 102 to 106 is performed. This activation process is performed by a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination of these methods. It is processing. However, in this embodiment, since the second conductive layers 124a to 129a (see FIG. 9C) constituting the second shape conductive layers 124 to 129 are made of a material mainly composed of aluminum, the activation process is performed. It is necessary to satisfy the heat treatment conditions that the second conductive layers 124a to 129a can withstand.

上記した活性化処理により、不純物元素が活性化すると同時に、ポリシリコン層102〜106を結晶化する際に触媒として使用した金属元素が、高濃度のリンを含む第3の不純物領域137,139,140(図10(A)参照)、及び第5の不純物領域146,149(図10(B)参照)にゲッタリングされ、ポリシリコン層102〜106のうち主にチャネル形成領域となる部分中のニッケル濃度が低減する。その結果、チャネル形成領域の結晶性がよくなり、TFTのオフ電流値は下がり、また結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られる。このように良好な特性を有するTFTを得ることができる。
なお、本実施例ではポリシリコン膜を形成する段階で上記第1の実施形態に示した方法により予めゲッタリングが行われているので、ここでの不純物領域によるゲッタリングは2度目のゲッタリングとなる。
By the activation process described above, the impurity element is activated, and at the same time, the metal element used as a catalyst when the polysilicon layers 102 to 106 are crystallized is converted into the third impurity regions 137, 139, 140 (see FIG. 10A) and the fifth impurity regions 146 and 149 (see FIG. 10B), and in the portions of the polysilicon layers 102 to 106 mainly serving as channel formation regions. Nickel concentration is reduced. As a result, the crystallinity of the channel formation region is improved, the off-current value of the TFT is lowered, and high field effect mobility can be obtained due to the good crystallinity. Thus, a TFT having good characteristics can be obtained.
In this embodiment, gettering is performed in advance by the method described in the first embodiment at the stage of forming the polysilicon film. Therefore, the gettering by the impurity region here is the second gettering. Become.

本実施例では、上記活性化処理の前に絶縁膜(図示せず)を形成した例を示したが、上記活性化を行った後、絶縁膜を形成する工程としてもよい。   In this embodiment, an example is shown in which an insulating film (not shown) is formed before the activation treatment, but the step of forming the insulating film may be performed after the activation.

次いで、窒化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜151を形成する。次いで熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行い、ポリシリコン層102〜106を水素化する工程を行う。この工程は、第1の層間絶縁膜151に含まれる水素によりポリシリコン層102〜106のダングリングボンドを終端する工程であり、酸化シリコン膜からなる絶縁膜(図示しない)の有無に関係なくポリシリコン層102〜106を水素化することができる。ただし、本実施例では、第2の形状の導電層124〜129を構成する第2の導電層124a〜129a(図9C参照)にアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、水素化する工程において第2の導電層124a〜129aが熱的に耐え得る熱処理条件とすることが重要である。なお水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素により水素化する処理)を行っても良い。   Next, a first interlayer insulating film 151 made of a silicon nitride film is formed. Next, heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) is performed, and a process of hydrogenating the polysilicon layers 102 to 106 is performed. This step is a step of terminating the dangling bonds of the polysilicon layers 102 to 106 by hydrogen contained in the first interlayer insulating film 151, and the polysilicon is formed regardless of the presence or absence of an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film. The silicon layers 102-106 can be hydrogenated. However, in this embodiment, since the second conductive layers 124a to 129a (see FIG. 9C) constituting the second shape conductive layers 124 to 129 are made of a material containing aluminum as a main component, hydrogenation is performed. In the process, it is important that the second conductive layers 124 a to 129 a have heat treatment conditions that can withstand heat. Note that as another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (treatment of hydrogenation with hydrogen excited by plasma) may be performed.

次いで図11に示すように、第1の層間絶縁膜151上に第2の層間絶縁膜152を形成する。第2の層間絶縁膜152は有機絶縁材料から構成されてもよいし無機絶縁材料から構成されてもよい。本実施例では、シロキサン材料を出発材料として形成された珪素、酸素、水素からなる無機シロキサン系の絶縁性材料、又はこの無機シロキサン系の絶縁性材料のうち珪素と結合する水素がメチルやフェニルのような有機基によって置換された有機シロキサン系の絶縁性材料を用いる。なお膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜であってもよい。
次いで、第2の層間絶縁膜152上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして第2の層間絶縁膜152及び第1の層間絶縁膜151をエッチングすることにより、第2の形状の導電層129(すなわち画素部のソース配線)上に位置するコンタクトホール、及びポリシリコン層102〜106に形成された第3の不純物領域137〜141それぞれの上に位置するコンタクトホールを形成する。本実施例では複数のエッチング処理を順次行う。すなわち第1の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして第2の層間絶縁膜をエッチングした後、上記した図示しない絶縁膜をエッチングストッパーとして第1の層間絶縁膜をエッチングし、その後図示しない絶縁膜をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 11, a second interlayer insulating film 152 is formed on the first interlayer insulating film 151. The second interlayer insulating film 152 may be made of an organic insulating material or an inorganic insulating material. In this embodiment, an inorganic siloxane insulating material composed of silicon, oxygen, and hydrogen formed from a siloxane material as a starting material, or hydrogen bonded to silicon among the inorganic siloxane insulating materials is methyl or phenyl. An organic siloxane-based insulating material substituted with such an organic group is used. An acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm may be used.
Next, a resist pattern is formed on the second interlayer insulating film 152, and the second interlayer insulating film 152 and the first interlayer insulating film 151 are etched using the resist pattern as a mask, thereby conducting the second shape of the conductive film. Contact holes located on the layer 129 (that is, the source wiring of the pixel portion) and contact holes located on the third impurity regions 137 to 141 formed in the polysilicon layers 102 to 106 are formed. In this embodiment, a plurality of etching processes are sequentially performed. That is, after the second interlayer insulating film is etched using the first interlayer insulating film as an etching stopper, the first interlayer insulating film is etched using the above-described insulating film (not shown) as an etching stopper, and then the insulating film (not shown) is etched. .

その後、第2の層間絶縁膜152の全面上及び各コンタクトホール内に金属膜(例えばAl、Ti、Mo、Wなど)を形成し、この金属膜をパターニングすることにより、配線及び画素電極を形成する。なおこれらの電極及び画素電極の材料は、AlまたはAgを主成分とする膜もしくはこれらの積層膜といった、反射性の優れた膜を用いることが望ましい。こうして、ソース配線またはドレイン配線153〜158、ゲート配線160、接続配線159、画素電極161が形成される。   Thereafter, a metal film (for example, Al, Ti, Mo, W, etc.) is formed on the entire surface of the second interlayer insulating film 152 and in each contact hole, and this metal film is patterned to form wirings and pixel electrodes. To do. Note that it is desirable to use a film having excellent reflectivity such as a film containing Al or Ag as a main component or a laminated film thereof as the material of these electrodes and pixel electrodes. Thus, source wirings or drain wirings 153 to 158, a gate wiring 160, a connection wiring 159, and a pixel electrode 161 are formed.

以上の様にして、nチャネル型TFT201,203及びpチャネル型TFT202を有する駆動回路206と、nチャネル型TFT204及び保持容量205を有する画素部207を同一基板の上方に同一工程で形成することができる。以下、本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。   As described above, the driver circuit 206 including the n-channel TFTs 201 and 203 and the p-channel TFT 202 and the pixel portion 207 including the n-channel TFT 204 and the storage capacitor 205 can be formed over the same substrate in the same process. it can. Hereinafter, in the present specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.

このようにして形成されたアクティブマトリクス基板の駆動回路206において、nチャネル型TFT201は、チャネル形成領域162、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層124、第2の形状の導電層124の一部分の下に位置する第2の不純物領域180、およびソース領域またはドレイン領域として機能する2つの第3の不純物領域137を有している。pチャネル型TFT202は、チャネル形成領域165、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層125、第2の形状の導電層125の一部分の下に位置する第4の不純物領域147、及びソース領域またはドレイン領域として機能する第5の不純物領域146を有している。nチャネル型TFT203はチャネル形成領域168、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層126、第2の形状の導電層126の一部分の下に位置する第2の不純物領域181、およびソース領域またはドレイン領域として機能する第3の不純物領域139を有している。このようなnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTを適宜配線で接続することにより、シフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。ここで駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、nチャネル型TFT201または203を用いることが好ましい。   In the active matrix substrate driver circuit 206 formed in this manner, the n-channel TFT 201 includes a channel formation region 162, a second shape conductive layer 124 that forms a gate electrode, and a second shape conductive layer 124. A second impurity region 180 located under a part and two third impurity regions 137 functioning as a source region or a drain region are provided. The p-channel TFT 202 includes a channel formation region 165, a second shape conductive layer 125 that forms a gate electrode, a fourth impurity region 147 located below a part of the second shape conductive layer 125, and a source region Alternatively, the fifth impurity region 146 functioning as a drain region is provided. The n-channel TFT 203 includes a channel formation region 168, a second shape conductive layer 126 that forms a gate electrode, a second impurity region 181 located below a part of the second shape conductive layer 126, and a source region or A third impurity region 139 which functions as a drain region is provided. A shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, and the like can be formed by appropriately connecting such n-channel TFTs and p-channel TFTs with wirings. Here, it is preferable to use an n-channel TFT 201 or 203 for a buffer circuit having a high driving voltage in order to prevent deterioration due to the hot carrier effect.

また画素部207において、nチャネル型TFT204は、チャネル形成領域171、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層127、第2の形状の導電層127の外側に形成されている第1の不純物領域133、およびソース領域またはドレイン領域として機能する第3の不純物領域140を有している。また、保持容量205は誘電体となる絶縁膜(ゲート絶縁膜107と同一膜)、第2の形状の導電層128からなる電極、及びポリシリコン層106により形成されている。ポリシリコン層106には第4の不純物領域150、第5の不純物領域148が形成されている。
ここで画素部207のnチャネル型TFT204においては、各不純物領域が形成されているポリシリコン層105の表層に第2のレーザー光が照射されているため、画素の特性が向上している。
In the pixel portion 207, the n-channel TFT 204 includes a channel formation region 171, a second shape conductive layer 127 that forms a gate electrode, and a first impurity formed outside the second shape conductive layer 127. A region 133 and a third impurity region 140 functioning as a source region or a drain region are included. In addition, the storage capacitor 205 is formed of an insulating film that is a dielectric (the same film as the gate insulating film 107), an electrode formed of the second shape conductive layer 128, and the polysilicon layer. A fourth impurity region 150 and a fifth impurity region 148 are formed in the polysilicon layer 106.
Here, in the n-channel TFT 204 of the pixel portion 207, the surface characteristics of the polysilicon layer 105 in which each impurity region is formed are irradiated with the second laser light, so that the characteristics of the pixel are improved.

[実施例2]
実施例1にかかるアクティブマトリクス基板はゲート電極を3層構造としたが、実施例2では、アクティブマトリクス基板のゲート電極を2層構造とする。なお、本実施例は、ゲート電極の構造以外は実施例1と同一の構成である。このような構成の表示装置は、ゲート電極となる導電膜を形成する工程、及びこの導電膜をパターニングする工程を除いて実施例1と同じ工程で作製することができる。以下、これらの工程のみを説明する。
[Example 2]
In the active matrix substrate according to the first example, the gate electrode has a three-layer structure, but in Example 2, the gate electrode of the active matrix substrate has a two-layer structure. This example has the same configuration as that of Example 1 except for the structure of the gate electrode. The display device having such a structure can be manufactured through the same steps as those in Embodiment 1 except for a step of forming a conductive film to be a gate electrode and a step of patterning the conductive film. Hereinafter, only these steps will be described.

まずゲート電極となる導電膜として、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜を積層形成する。TaN膜は、Taターゲットを、窒素を含む雰囲気内でスパッタリングすることにより形成される。また、W膜は、Wターゲットをスパッタリングすることにより形成される。なおW膜に代えて、WとMoからなる合金膜を用いてもよい。   First, as a conductive film to be a gate electrode, a first conductive film made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. The TaN film is formed by sputtering a Ta target in an atmosphere containing nitrogen. The W film is formed by sputtering a W target. In place of the W film, an alloy film made of W and Mo may be used.

この2層構造からなる膜は、実施例1における3層構造からなる導電膜と同様に、上にレジストからなるマスクが形成された後にICPエッチング法でエッチングされることによりパターニングされる。このときエッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。 Similar to the conductive film having the three-layer structure in the first embodiment, the film having the two-layer structure is patterned by being etched by an ICP etching method after a mask made of a resist is formed thereon. At this time, the film is etched into a desired tapered shape by appropriately adjusting the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) Can do. As an etching gas, Cl 2, BCl 3, SiCl 4, CCl 4 chlorine gas or CF 4 to the typified like, SF 6, fluorine-based gas NF 3 and the like typified, or O 2 as appropriate Can be used.

具体的には、実施例1と同様に第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理が、2層構造からなる膜に行われる。   Specifically, the first etching process and the second etching process are performed on the film having a two-layer structure as in the first embodiment.

第1のエッチング処理としては実施例1と同様に第1及び第2のエッチングが行われる。第1のエッチングにおいて、エッチング用ガスにはCF4とCl2とO2が用いられる。それぞれのガス流量は例えば25/25/10(sccm)である。このような条件のもと、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、このプラズマによりエッチングを行う。このとき基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第1のエッチングにおいて、Wのエッチング速度は例えば200.39nm/minであり、TaNのエッチング速度は例えば80.32nm/minである。またTaNに対するWの選択比は例えば約2.5である。この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、例えば約26°となる。 As the first etching process, the first and second etchings are performed as in the first embodiment. In the first etching, CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases. Each gas flow rate is, for example, 25/25/10 (sccm). Under such conditions, plasma is generated by applying 500 W of RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa, and etching is performed using this plasma. At this time, 150 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In the first etching, the etching rate of W is, for example, 200.39 nm / min, and the etching rate of TaN is, for example, 80.32 nm / min. The selection ratio of W to TaN is, for example, about 2.5. With this first etching condition, the taper angle of W is, for example, about 26 °.

続いてエッチング条件を代えて第2のエッチングを行う。第2のエッチングでは、エッチング用ガスにCF4とCl2が用いられる。それぞれのガス流量は例えば30/30(sccm)である。このような条件のもと、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、エッチングを約30秒ほど行う。このとき基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチングではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。上記した第2のエッチングにおいて、Wのエッチング速度は例えば58.97nm/minであり、TaNのエッチング速度は66.43nm/minである。 Subsequently, the second etching is performed under different etching conditions. In the second etching, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases. Each gas flow rate is, for example, 30/30 (sccm). Under such conditions, plasma is generated by applying 500 W of RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa, and etching is performed for about 30 seconds. At this time, RF (13.56 MHz) power of 20 W is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In the second etching in which CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. In the second etching described above, the etching rate of W is, for example, 58.97 nm / min, and the etching rate of TaN is 66.43 nm / min.

上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとし、かつ基板側に適切なバイアス電圧を印加することで、第1の導電層及び第2の導電層の端部を適切なテーパー形状にすることができる。例えば上記した条件においてこのテーパー部の角度は15〜45°となる。   In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and an appropriate bias voltage is applied to the substrate side, so that the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are made appropriate. It can be made into a taper shape. For example, the angle of the tapered portion is 15 to 45 ° under the above-described conditions.

続いて第2のエッチング処理を行う。ここでは、エッチング用ガスにSF6とCl2とO2とを用いる。それぞれのガス流量は例えば24/12/24(sccm)である。このような条件のもと、1.3Paの圧力でコイル型の電極に700WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、このプラズマを用いてエッチングを例えば25秒行う。このとき基板側(試料ステージ)にも10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。上記した第2のエッチング処理において、Wのエッチング速度は例えば227.3nm/minであり、TaNのエッチング速度は例えば32.1nm/minであり、TaNに対するWの選択比は例えば7.1である。またゲート絶縁膜である酸化窒化シリコン膜(SiON)に対するエッチング速度は例えば33.7nm/minであり、酸化窒化シリコンに対するWの選択比は例えば6.83である。この第2のエッチング処理によりWのテーパー角は例えば70°となる。このようにしてゲート電極が形成される。 Subsequently, a second etching process is performed. Here, SF 6 , Cl 2, and O 2 are used as the etching gas. Each gas flow rate is, for example, 24/12/24 (sccm). Under such conditions, 700 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.3 Pa to generate plasma, and etching is performed using this plasma for, for example, 25 seconds. At this time, 10 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In the second etching process described above, the etching rate of W is, for example, 227.3 nm / min, the etching rate of TaN is, for example, 32.1 nm / min, and the selective ratio of W to TaN is, for example, 7.1. . The etching rate for the silicon oxynitride film (SiON) that is the gate insulating film is, for example, 33.7 nm / min, and the selection ratio of W to silicon oxynitride is, for example, 6.83. By this second etching process, the taper angle of W becomes 70 °, for example. In this way, a gate electrode is formed.

以下、実施例1と同一の工程を行うことにより、アクティブマトリクス基板が形成される。   Thereafter, an active matrix substrate is formed by performing the same steps as in the first embodiment.

上記した工程で形成されるアクティブマトリクス基板は、ゲート電極がW膜とTaN膜との積層で形成されているため、実施例1に比べてゲート電極の電気抵抗値が高いものの、ゲート電極の耐熱性が高い。このため活性化や水素化の処理条件にゲート電極の特性が左右されにくいという利点を有している。   In the active matrix substrate formed by the above-described process, the gate electrode is formed by stacking a W film and a TaN film. High nature. For this reason, there is an advantage that the characteristics of the gate electrode are hardly influenced by the processing conditions of activation and hydrogenation.

[実施例3]
本実施例は、実施例1または2で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する方法である。
[Example 3]
This embodiment is a method of manufacturing a reflective active matrix liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 1 or 2.

まず、上記実施例1または2に示した工程により、例えば図11と同一のアクティブマトリクス基板を得る。次いでアクティブマトリクス基板上にアクリル樹脂膜等の有機樹脂膜を形成し、この有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成する。なお柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。次いでアクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。   First, for example, the same active matrix substrate as that shown in FIG. 11 is obtained by the steps shown in the first or second embodiment. Next, an organic resin film such as an acrylic resin film is formed on the active matrix substrate, and the organic resin film is patterned to form columnar spacers for maintaining the substrate interval at desired positions. Note that spherical spacers may be dispersed over the entire surface of the substrate instead of the columnar spacers. Next, an alignment film is formed on the active matrix substrate and a rubbing process is performed.

次いで、対向基板を用意する。対向基板には、アクティブマトリクス基板の画素TFTに対向する部分に、着色層及び遮光層からなるカラーフィルタが設けられており、アクティブマトリクス基板の駆動回路に対向する部分に、遮光層が設けられている。次いで用意した対向基板に、カラーフィルタ及び遮光層の双方を覆う平坦化膜を形成する。次いで平坦化膜上のうち画素TFTに対向する部分に、透明導電膜からなる対向電極を形成する。次いで対向基板の全面上に配向膜を形成し、ラビング処理を施す。   Next, a counter substrate is prepared. The counter substrate is provided with a color filter composed of a colored layer and a light shielding layer in a portion facing the pixel TFT of the active matrix substrate, and a light shielding layer is provided in a portion facing the drive circuit of the active matrix substrate. Yes. Next, a planarizing film that covers both the color filter and the light shielding layer is formed on the prepared counter substrate. Next, a counter electrode made of a transparent conductive film is formed on a portion of the planarizing film facing the pixel TFT. Next, an alignment film is formed on the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process is performed.

次いでシール材を対向基板上に形成した後、対向基板上に液晶を滴下する。ここで液晶を滴下する前に、シール材上に、シール材と液晶が反応することを防ぐために保護膜を形成してもよい。その後アクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材で張り合わせる。シール材にはフィラーが混入されている。このフィラーと前記した柱状スペーサによって、アクティブマトリクス基板と対向基板は均一な間隔を持って貼り合わせられる。そして封止剤によって両基板の間を完全に封止する。このようにしてアクティブマトリクス基板と対向基板の間には液晶が封止される。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。   Next, after a sealing material is formed on the counter substrate, liquid crystal is dropped on the counter substrate. Here, before dropping the liquid crystal, a protective film may be formed on the sealing material to prevent the sealing material and the liquid crystal from reacting. Thereafter, the active matrix substrate and the counter substrate are bonded together with a sealant. Filler is mixed in the sealing material. By this filler and the above-mentioned columnar spacer, the active matrix substrate and the counter substrate are bonded to each other with a uniform interval. Then, the space between the two substrates is completely sealed with a sealant. In this way, the liquid crystal is sealed between the active matrix substrate and the counter substrate. A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material.

なお、以下のようにしてアクティブマトリクス基板と対向基板の間に液晶を封止してもよい。まずアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材で貼り合わせる。その後、両基板間を排気しながら両基板間に液晶材料を注入し、封止剤によって両基板の間を完全に封止する。   Note that the liquid crystal may be sealed between the active matrix substrate and the counter substrate as follows. First, the active matrix substrate and the counter substrate are bonded together with a sealing material. Thereafter, a liquid crystal material is injected between the two substrates while exhausting between the two substrates, and the space between the two substrates is completely sealed with a sealant.

以上の工程によりアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板もしくは双方の基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設ける。そして、公知の技術を用いてフレキシブルプリント基板(Flexible Print Circuit:以下FPCと記載)を、違法性導電膜を介して貼りつける。FPCが貼り付けられる部分には接続電極(図示せず)が例えばITOによって形成されている。この接続電極は、アクティブマトリクス基板の層間絶縁膜および樹脂膜に形成されたコンタクトホールに一部が埋め込まれており、この埋め込まれている部分を介してアクティブマトリクス基板の配線に接続している。   The active matrix liquid crystal display device is completed through the above steps. Then, if necessary, the active matrix substrate or the counter substrate or both substrates are divided into desired shapes. Furthermore, a polarizing plate or the like is appropriately provided using a known technique. Then, using a known technique, a flexible printed circuit board (Flexible Print Circuit: hereinafter referred to as FPC) is attached via an illegal conductive film. A connection electrode (not shown) is formed of, for example, ITO at a portion where the FPC is attached. This connection electrode is partially embedded in a contact hole formed in the interlayer insulating film and the resin film of the active matrix substrate, and is connected to the wiring of the active matrix substrate through this embedded portion.

こうして得られた液晶モジュールの構成を説明する。アクティブマトリクス基板の中央には画素部が配置されている。画素部には複数の画素が形成されている。画素部の上側には、ソース信号線を駆動するためのソース信号線駆動回路が配置されている。画素部の左右それぞれには、ゲート信号線を駆動するためのゲート信号線駆動回路が配置されている。ゲート信号線駆動回路は、例えば画素部に対して左右対称配置であるが、片側のみの配置でも良く、液晶モジュールにおける基板サイズ等を考慮して、設計者が適宜選択すれば良い。ただし、回路の動作信頼性や駆動効率等を考えると、左右対称配置が望ましい。そして各駆動回路への信号の入力は、FPCから行われる。
なお全ての駆動回路を基板の上方に形成してもよい。また駆動回路の一部に数個のICを用いてもよい。
The configuration of the liquid crystal module thus obtained will be described. A pixel portion is arranged in the center of the active matrix substrate. A plurality of pixels are formed in the pixel portion. A source signal line driving circuit for driving the source signal line is arranged on the upper side of the pixel portion. Gate signal line drive circuits for driving the gate signal lines are arranged on the left and right sides of the pixel portion. The gate signal line driving circuit is symmetrically arranged with respect to the pixel portion, for example. However, the gate signal line driving circuit may be arranged only on one side, and may be selected as appropriate by the designer in consideration of the substrate size in the liquid crystal module. However, a symmetrical arrangement is desirable in view of operation reliability of the circuit, driving efficiency, and the like. Signals are input to each drive circuit from the FPC.
Note that all the drive circuits may be formed above the substrate. Several ICs may be used as part of the driver circuit.

[実施例4]
実施例3では、画素電極が反射性を有する金属材料で形成された反射型の表示装置の作製方法を示したが、本実施例では画素電極を、透光性を有する導電膜で形成した透過型の表示装置の作製方法を示す。層間絶縁膜を形成する工程までは実施例1と同じであるので、ここでは実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。
[Example 4]
In Example 3, a method for manufacturing a reflective display device in which a pixel electrode is formed using a reflective metal material is shown; however, in this example, a pixel electrode is formed using a light-transmitting conductive film. A method for manufacturing a mold-type display device will be described. Since the steps up to the formation of the interlayer insulating film are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used and the description thereof is omitted.

図12の断面概略図に示すように、実施例1に従って層間絶縁膜400まで形成した後、層間絶縁膜400にコンタクトホールを形成する。次いで、次いで層間絶縁膜400上に透光性を有する導電膜を形成し、この導電膜をパターニングすることにより、接続電極402を複数形成する。これら接続電極402は、コンタクトホールを通じて画素TFTのドレイン領域またはドレイン領域、もしくは容量素子205と接続されている。また、この接続電極と同時に他のTFTのソース領域及びドレイン領域に接続する電極も形成される。   As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 12, after forming the interlayer insulating film 400 according to the first embodiment, contact holes are formed in the interlayer insulating film 400. Next, a light-transmitting conductive film is formed over the interlayer insulating film 400, and a plurality of connection electrodes 402 are formed by patterning the conductive film. These connection electrodes 402 are connected to the drain region or drain region of the pixel TFT or the capacitor element 205 through a contact hole. In addition, an electrode connected to the source region and drain region of another TFT is formed at the same time as this connection electrode.

次いで接続電極402上及び層間絶縁膜400上に層間絶縁膜409を形成した後、層間絶縁膜409にコンタクトホールを形成する。次いで層間絶縁膜409上に透光性を有する導電膜を形成し、この導電膜をパターニングすることにより画素電極401を形成する。画素電極401はコンタクトホールを通じて接続電極402に接続している。   Next, after an interlayer insulating film 409 is formed over the connection electrode 402 and the interlayer insulating film 400, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 409. Next, a light-transmitting conductive film is formed over the interlayer insulating film 409, and the pixel electrode 401 is formed by patterning the conductive film. The pixel electrode 401 is connected to the connection electrode 402 through a contact hole.

なお透光性を有する導電膜としては、ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In23―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)、ITSO(酸化珪素を含む酸化インジウムスズ)、GZO(Ga添加ZnO)等を用いればよい。
以上のようにしてアクティブマトリクス基板410が形成される。
As the light-transmitting conductive film, ITO (indium tin oxide alloy), indium zinc oxide alloy (In 2 O 3 —ZnO), zinc oxide (ZnO), ITSO (indium tin oxide containing silicon oxide) GZO (Ga-added ZnO) or the like may be used.
As described above, the active matrix substrate 410 is formed.

次いで対向基板411を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタ412が設けられている。なお駆動回路206に対応する部分にも遮光層が設けられている。またこのカラーフィルタ412と遮光層とを覆う平坦化膜407が設けられている。また平坦化膜407上には、透光性を有する導電膜からなる対向電極408が画素部207に対応する部分に形成されている。そして対向電極408上を含む全面上には配向膜422が形成され、ラビング処理が施されている。   Next, a counter substrate 411 is prepared. The counter substrate is provided with a color filter 412 in which a colored layer and a light shielding layer are arranged corresponding to each pixel. Note that a light shielding layer is also provided in a portion corresponding to the drive circuit 206. Further, a planarizing film 407 is provided to cover the color filter 412 and the light shielding layer. A counter electrode 408 made of a light-transmitting conductive film is formed over the planarizing film 407 in a portion corresponding to the pixel portion 207. An alignment film 422 is formed on the entire surface including on the counter electrode 408 and subjected to a rubbing process.

次いでアクティブマトリクス基板410と対向基板411の間に液晶420を封止する。この封止方法は実施例3と同じ方法であり、シール材419及び封止材(図示せず)を用いて行われる。次いで偏光板403等を設けることにより液晶モジュールを作製し、バックライト404、導光板405を設け、カバー406で覆う。このようにして、図12にその断面図の一部を示したようなアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。   Next, the liquid crystal 420 is sealed between the active matrix substrate 410 and the counter substrate 411. This sealing method is the same as that in Example 3, and is performed using a sealing material 419 and a sealing material (not shown). Next, a liquid crystal module is manufactured by providing a polarizing plate 403 and the like, and a backlight 404 and a light guide plate 405 are provided and covered with a cover 406. In this way, an active matrix liquid crystal display device as shown in a part of the sectional view in FIG. 12 is completed.

なお、カバー406と液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて互いに貼り合わせられる。また、基板1と対向基板411を貼り合わせる際、枠で囲んで有機樹脂を枠と基板との間に充填して接着してもよい。また本実施例は透過型であるため、偏光板403はアクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付けられる。   Note that the cover 406 and the liquid crystal module are attached to each other using an adhesive or an organic resin. In addition, when the substrate 1 and the counter substrate 411 are bonded to each other, the organic resin may be filled between the frame and the substrate by being surrounded by a frame and bonded. In addition, since this embodiment is a transmission type, the polarizing plate 403 is attached to both the active matrix substrate and the counter substrate.

[実施例5]
本実施例では、実施例1又は2により形成されたアクティブマトリクス基板を用いて、電界発光素子を備えた発光表示装置を作製する方法である。電界発光素子は例えばEL(Electro Luminescence)素子であり、電場を加えること発光する有機化合物(有機発光材料)を含む層(以下、有機発光層と記す)と、陽極と、陰極とを有している。電界発光素子を用いた発光表示装置にとって、TFTはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で、必須の素子となっている。すなわち電界発光素子を用いた発光表示装置には、少なくとも、スイッチング素子として機能するTFTと、電界発光素子に電流を供給するTFTとが、各画素に設けられている。この発行表示装置において画素の輝度は、画素の回路構成及び駆動方法によらず、電界発光素子に電流を供給するTFTのオン電流(Ion)で決定される。このため、例えば、全面白表示とした場合、各画素のオン電流が一定でなければ画面の表示にばらつきが生じてしまう。これに対して本実施例では、上記したようにTFTのオン電流のばらつきが小さくなるため、画面の表示にばらつきは生じにくくなっている。なお、有機化合物(有機発光材料)を含む層に無機材料(シリコンまたは酸化シリコンなど)を含んでいてもよい。
以下実施例1と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
[Example 5]
This embodiment is a method for manufacturing a light-emitting display device provided with an electroluminescent element, using the active matrix substrate formed in Embodiment 1 or 2. An electroluminescent element is, for example, an EL (Electro Luminescence) element, and includes an organic compound (an organic light emitting material) that emits light when an electric field is applied (hereinafter referred to as an organic light emitting layer), an anode, and a cathode. Yes. For a light-emitting display device using an electroluminescent element, a TFT is an essential element for realizing an active matrix driving method. That is, in a light-emitting display device using an electroluminescent element, at least a TFT that functions as a switching element and a TFT that supplies current to the electroluminescent element are provided in each pixel. In this issuance display device, the luminance of the pixel is determined by the on-current (Ion) of the TFT that supplies current to the electroluminescent element, regardless of the circuit configuration and driving method of the pixel. For this reason, for example, when the white display is performed on the entire screen, the display on the screen may vary if the on-current of each pixel is not constant. On the other hand, in this embodiment, since the variation in the on-current of the TFT is reduced as described above, the display is less likely to vary. Note that the layer containing an organic compound (organic light emitting material) may contain an inorganic material (such as silicon or silicon oxide).
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図13(A)は、表示モジュールを示す上面図、図13(B)は図13(A)をA−A’で切断した断面図である。基板1には、中央部に画素部207が形成されていると共に、駆動回路部にソース側駆動回路206a及びゲート側駆動回路206bが形成されている。ソース側駆動回路206a及びゲート側駆動回路206bは、TFTの構造を除いて実施例1の駆動回路206と略同一の構成である。また基板1の上方には封止基板1aが配置されているが、基板1と封止基板1aの間の空間はシール材518によりシールされている。   13A is a top view illustrating the display module, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 13A. In the substrate 1, a pixel portion 207 is formed in the center portion, and a source side drive circuit 206 a and a gate side drive circuit 206 b are formed in the drive circuit portion. The source side drive circuit 206a and the gate side drive circuit 206b have substantially the same configuration as the drive circuit 206 of the first embodiment except for the TFT structure. A sealing substrate 1 a is disposed above the substrate 1, but the space between the substrate 1 and the sealing substrate 1 a is sealed with a sealing material 518.

基板1のうち封止基板1aと重なっていない部分には配線508が配置されている。配線508は、外部入力端子となるFPC509からビデオ信号やクロック信号を受け取り、これら信号をソース側駆動回路206a及びゲート側駆動回路206bに伝送するための配線である。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。   A wiring 508 is disposed in a portion of the substrate 1 that does not overlap with the sealing substrate 1a. The wiring 508 is a wiring for receiving a video signal and a clock signal from the FPC 509 serving as an external input terminal and transmitting these signals to the source side driver circuit 206a and the gate side driver circuit 206b. Although only the FPC is shown here, a printed wiring board (PWB) may be attached to the FPC. The light-emitting device in this specification includes not only a light-emitting device body but also a state in which an FPC or a PWB is attached thereto.

次に、断面構造について図13(B)を参照して説明する。基板1上に絶縁膜510が設けられ、絶縁膜510の上方には画素部207、ゲート側駆動回路206bが形成されている。画素部207には電流制御用TFT511、電流制御用TFT511のドレインに電気的に接続された第1の電極512を含む複数の画素、及びスイッチング用TFT513が形成されている。また、ゲート側駆動回路206bはnチャネル型TFT523とpチャネル型TFT524とを組み合わせたCMOS回路を用いて形成されている。
これらのTFT(511、513、523、524を含む)は逆スタガ型のTFTであるが、これらを作製するには上記第4の実施形態に従えばよい。
Next, a cross-sectional structure is described with reference to FIG. An insulating film 510 is provided over the substrate 1, and a pixel portion 207 and a gate side driver circuit 206 b are formed above the insulating film 510. In the pixel portion 207, a current control TFT 511, a plurality of pixels including a first electrode 512 electrically connected to the drain of the current control TFT 511, and a switching TFT 513 are formed. The gate side driver circuit 206b is formed using a CMOS circuit in which an n-channel TFT 523 and a p-channel TFT 524 are combined.
These TFTs (including 511, 513, 523, and 524) are inversely staggered TFTs. To manufacture them, the above-described fourth embodiment may be used.

第1の電極512は電界発光素子(EL素子)の陽極として機能する。第1の電極512には、可視光に対して透明又は半透明であり、かつ仕事関数の大きい材料(例えばITO、インジウム亜鉛酸化物、窒化チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、プラチナなどの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層膜、またはこの積層膜膜と窒化チタン膜との3層膜等)を用いるのが好ましい。なお積層構造にすると、配線抵抗が低くなり、また良好なオーミックコンタクトを得ることができる。
また第1の電極512上には電界発光層(例えばEL層)516および第2の電極517が形成される。
The first electrode 512 functions as an anode of an electroluminescent element (EL element). The first electrode 512 is a single-layer film that is transparent or translucent to visible light and has a high work function (for example, ITO, indium zinc oxide, titanium nitride, chromium, tungsten, zirconium, platinum, or the like). In addition, it is preferable to use a laminated film of titanium nitride and a film containing aluminum as a main component, or a three-layer film of the laminated film and the titanium nitride film. In addition, when a laminated structure is used, the wiring resistance is lowered and a good ohmic contact can be obtained.
An electroluminescent layer (e.g., an EL layer) 516 and a second electrode 517 are formed over the first electrode 512.

電界発光層516は、発光層、電荷輸送層または電荷注入層により形成されるが、これらの組み合わせは任意である。例えば、発光層として低分子系有機EL材料や高分子系有機EL材料を用いればよいが、一重項励起により発光(蛍光)する発光材料(シングレット化合物)からなる薄膜、または三重項励起により発光(リン光)する発光材料(トリプレット化合物)からなる薄膜を用いることもできる。また、電荷輸送層及び電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これら以外にも公知の材料を用いることができる。なお電界発光層516は、蒸着マスクを用いた蒸着法、又は液滴吐出法(インクジェット法)によって形成される。   The electroluminescent layer 516 is formed of a light emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer, but any combination thereof is possible. For example, a low molecular weight organic EL material or a high molecular weight organic EL material may be used as the light emitting layer, but a thin film made of a light emitting material (single compound) that emits light (fluorescence) by singlet excitation, or light emission by triplet excitation ( A thin film made of a phosphorescent material (triplet compound) can also be used. It is also possible to use inorganic materials such as silicon carbide for the charge transport layer and the charge injection layer. In addition to these, known materials can be used. Note that the electroluminescent layer 516 is formed by an evaporation method using an evaporation mask or a droplet discharge method (inkjet method).

第2の電極517は電界発光素子の陰極として機能するが、全画素に共通の配線としても機能し、配線508を経由してFPC509に電気的に接続されている。画素部207に含まれる素子は全て電界発光層516及び第2の電極517で覆われている。ただし第1の電極512を除く各素子と電界発光層516の間には絶縁層514が設けられている。第2の電極517は、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Caまたはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaFまたはCaN)を用いればよい。
また基板1と封止基板1aの間の空間には充填材507が充填されている。充填材507には例えばAr等の不活性気体、シール材、又は乾燥剤を用いることができる。
The second electrode 517 functions as a cathode of the electroluminescent element, but also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 509 through the wiring 508. All elements included in the pixel portion 207 are covered with the electroluminescent layer 516 and the second electrode 517. However, an insulating layer 514 is provided between each element except the first electrode 512 and the electroluminescent layer 516. The second electrode 517 may be formed using a material having a low work function (Al, Ag, Li, Ca, or an alloy thereof such as MgAg, MgIn, AlLi, CaF 2, or CaN).
A space between the substrate 1 and the sealing substrate 1a is filled with a filler 507. For the filler 507, an inert gas such as Ar, a sealing material, or a desiccant can be used, for example.

以上のような構造をとることにより、基板1側に発光する発光表示装置を得ることができる。そして発光素子をシール材518及び保護膜で封止し、外部から完全に遮断することができる。これにより外部から水分や酸素等の電界発光層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。   With the above structure, a light-emitting display device that emits light toward the substrate 1 side can be obtained. Then, the light-emitting element can be sealed with a sealant 518 and a protective film, and completely blocked from the outside. Accordingly, it is possible to prevent the entry of substances that promote deterioration due to oxidation of the electroluminescent layer such as moisture and oxygen from the outside. Therefore, a highly reliable light-emitting device can be obtained.

なお実施例5の第1の変形例として図13とは逆方向すなわち封止基板1a側に発光する構成としてもよい。この場合、第1の電極512は発光素子の陰極として機能し、第2の電極517は陽極として機能する。そして第2の電極517は、例えば薄い金属膜の上に透明材料(例えばITO、In−ZnO、又はZnO)を積層した構造となる。 As a first modification of the fifth embodiment, the light may be emitted in the direction opposite to that in FIG. In this case, the first electrode 512 functions as a cathode of the light-emitting element, and the second electrode 517 functions as an anode. The second electrode 517 has a structure in which a transparent material (for example, ITO, In 2 O 3 —ZnO, or ZnO) is stacked on a thin metal film, for example.

また実施例5の第2の変形例として、第1の電極512及び第2の電極517の双方を光透過性の材料で形成してもよい。この場合発光表示装置は基板1側と封止基板1a側の両面から発光する。   As a second modification of the fifth embodiment, both the first electrode 512 and the second electrode 517 may be formed of a light transmissive material. In this case, the light emitting display device emits light from both the substrate 1 side and the sealing substrate 1a side.

[実施例6]
本発明を実施して形成された駆動回路や画素部は,実施例3〜5に示すように、様々な表示モジュール(アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型電界発光モジュール)に用いることができる。そして本実施例では、これら表示モジュールを組み込んだ電子機器を示す。
[Example 6]
The driving circuit and the pixel portion formed by implementing the present invention can be used for various display modules (active matrix type liquid crystal module, active matrix type electroluminescent module) as shown in Examples 3 to 5. In this embodiment, an electronic device incorporating these display modules is shown.

ここで電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図14及び図15に示す。   Here, examples of the electronic device include a video camera, a digital camera, a head mounted display (goggles type display), a car navigation system, a projector, a car stereo, a personal computer, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, electronic book, etc.), and the like. It is done. Examples of these are shown in FIGS.

図14(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。この表示部2003に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display portion 2003, a keyboard 2004, and the like. The display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for the display portion 2003.

図14(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。この表示部2102に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, an image receiving portion 2106, and the like. For this display portion 2102, a display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used.

図14(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。この表示部2205に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, a display unit 2205, and the like. A display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for this display portion 2205.

図14(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。この表示部2302に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14D shows a goggle type display, which includes a main body 2301, a display portion 2302, an arm portion 2303, and the like. For this display portion 2302, a display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used.

図14(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial VersatileDisc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。表示部2402に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display portion 2402, a speaker portion 2403, a recording medium 2404, an operation switch 2405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. A display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for the display portion 2402.

図14(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。この表示部2502に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 14F illustrates a digital camera, which includes a main body 2501, a display portion 2502, an eyepiece portion 2503, an operation switch 2504, an image receiving portion (not shown), and the like. A display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for the display portion 2502.

図15(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906、画像入力部(CCD、イメージセンサ等)2907等を含む。この表示部2904に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 15A shows a cellular phone, which includes a main body 2901, an audio output portion 2902, an audio input portion 2903, a display portion 2904, operation switches 2905, an antenna 2906, an image input portion (CCD, image sensor, etc.) 2907, and the like. A display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for this display portion 2904.

図15(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002,3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。この表示部3002,3003に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。   FIG. 15B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 3001, display portions 3002 and 3003, a storage medium 3004, operation switches 3005, an antenna 3006, and the like. Display modules manufactured by the methods described in Examples 3 to 5 are used for the display portions 3002 and 3003.

図15(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。この表示部3103に、実施例3〜5に示した方法で作製された表示モジュールが用いられる。ちなみに図14(C)に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば5〜20インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が1mのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。   FIG. 15C illustrates a display, which includes a main body 3101, a support base 3102, a display portion 3103, and the like. A display module manufactured by the method shown in Examples 3 to 5 is used for the display portion 3103. Incidentally, the display shown in FIG. 14C is a medium or small size display, for example, a screen size of 5 to 20 inches. Further, in order to form a display portion having such a size, it is preferable to use a substrate having a side of 1 m and perform mass production by performing multiple chamfering.

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器の作製方法に適用することが可能である。   As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be applied to methods for manufacturing electronic devices in various fields.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の作製方法を示す図。6A and 6B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1の次の工程を示す図。The figure which shows the next process of FIG. 第1の実施形態により作製された結晶化半導体膜の表面のSEM写真。The SEM photograph of the surface of the crystallized semiconductor film produced by 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の作製方法を示す図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment. 第2のレーザー光のエネルギー密度とピンホールの数の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the energy density of a 2nd laser beam, and the number of pinholes. 実験により作製した結晶性シリコン膜の表面のSEM写真SEM photograph of the surface of crystalline silicon film fabricated by experiment 第3の実施形態に係る半導体装置の作製方法を示す図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置の作製方法を示す図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施例1に係るアクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。FIG. 3 shows a method for manufacturing an active matrix substrate according to Example 1; 図9の次の工程を示す図。The figure which shows the next process of FIG. 図10の次の工程を示す図。The figure which shows the next process of FIG. 実施例4に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置を示す断面概略図。9 is a schematic cross-sectional view showing an active matrix liquid crystal display device according to Example 4. FIG. (A)は実施例5に係る発光表示装置の平面概略図、(B)は(A)のA−A´断面図。(A) is the plane schematic of the light emission display apparatus which concerns on Example 5, (B) is AA 'sectional drawing of (A). 実施例6に係る電子機器であり、本発明を用いて作製された表示装置を用いた電子機器の概略図。FIG. 10 is a schematic diagram of an electronic apparatus using a display device that is an electronic apparatus according to Example 6 and is manufactured using the present invention. 実施例6に係る電子機器であり、本発明を用いて作製された表示装置を用いた電子機器の概略図。FIG. 10 is a schematic diagram of an electronic apparatus using a display device that is an electronic apparatus according to Example 6 and is manufactured using the present invention. 結晶化半導体膜にピンホールができる第1の理由を示す図。The figure which shows the 1st reason which can make a pinhole in a crystallized semiconductor film. 結晶化半導体膜にピンホールができる第2の理由を示す図。The figure which shows the 2nd reason which can make a pinhole in a crystallized semiconductor film.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…下地絶縁膜、3…非晶質半導体膜、4…金属含有層、5a…結晶化半導体膜、6…バリア層、7…ゲッタリング層、8…ピンホール、10…結晶化半導体層、12…ゲート絶縁膜、13…ゲート電極、14…ソース領域、15…ドレイン領域、16…層間絶縁膜、17…ゲート電極、18…ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Base insulating film, 3 ... Amorphous semiconductor film, 4 ... Metal-containing layer, 5a ... Crystallized semiconductor film, 6 ... Barrier layer, 7 ... Gettering layer, 8 ... Pinhole, 10 ... Crystal Semiconductor layer, 12 ... Gate insulating film, 13 ... Gate electrode, 14 ... Source region, 15 ... Drain region, 16 ... Interlayer insulating film, 17 ... Gate electrode, 18 ... Drain electrode

Claims (10)

絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.
請求項1に記載の半導体装置の作製方法において、前記バリア層を形成する工程は、オゾンを含む溶液で前記結晶化半導体膜の表面を酸化する工程であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the barrier layer is a step of oxidizing the surface of the crystallized semiconductor film with a solution containing ozone. . 絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜の表面に形成された酸化膜をエッチングにより除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層に移動させてゲッタリングする工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第3のレーザー光を照射する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Removing the oxide film formed on the surface of the crystallized semiconductor film by etching;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Moving the metal element to the gettering layer to gettering;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a third laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.
絶縁表面を有する基板の上方に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
前記結晶化半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を具備する半導体装置の作製方法。
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon over a substrate having an insulating surface;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam; and forming a gate insulating film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
絶縁表面を有する基板の上方にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に珪素を含む非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に該非晶質半導体膜の結晶化を促進する金属元素を添加する工程と、
前記非晶質半導体膜に第1の熱処理を行うことにより、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶化半導体膜を形成する工程と、
前記結晶化半導体膜に第1のレーザー光を照射することにより、前記結晶化半導体膜をさらに結晶化させる工程と、
前記結晶化半導体膜上に、該結晶化半導体膜を保護するバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、希ガス元素を含んだ半導体からなるゲッタリング層を形成する工程と、
前記金属元素を前記ゲッタリング層にゲッタリングすることにより、前記結晶化半導体膜に含まれる前記金属元素を除去又は低減する工程と、
前記バリア層をストッパーとしてエッチングを行うことにより、前記ゲッタリング層を除去する工程と、
前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶化半導体膜に、前記第1のレーザー光よりエネルギー密度が低い第2のレーザー光を照射する工程と
を具備する半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode over a substrate having an insulating surface;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming an amorphous semiconductor film containing silicon on the gate insulating film;
Adding a metal element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film to form a crystallized semiconductor film; and
Irradiating the crystallized semiconductor film with a first laser beam to further crystallize the crystallized semiconductor film;
Forming a barrier layer for protecting the crystallized semiconductor film on the crystallized semiconductor film;
Forming a gettering layer made of a semiconductor containing a rare gas element on the barrier layer;
Removing or reducing the metal element contained in the crystallized semiconductor film by gettering the metal element to the gettering layer;
Removing the gettering layer by etching using the barrier layer as a stopper;
Removing the barrier layer;
Irradiating the crystallized semiconductor film with a second laser beam having an energy density lower than that of the first laser beam.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法において、
前記ゲッタリングする工程は、前記ゲッタリング層及び前記非晶質半導体膜に第2の熱処理を行う工程であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gettering step is a step of performing a second heat treatment on the gettering layer and the amorphous semiconductor film.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法において、
前記ゲッタリングする工程は、前記ゲッタリング層及び前記非晶質半導体膜に強光を照射する工程であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gettering step is a step of irradiating the gettering layer and the amorphous semiconductor film with strong light.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法において、
前記ゲッタリングする工程は、前記ゲッタリング層及び前記非晶質半導体膜に熱処理を行い、かつ強光を照射する工程であることを特徴とする記載の半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gettering step is a step of performing heat treatment on the gettering layer and the amorphous semiconductor film and irradiating with strong light.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法において、
前記金属元素は、Fe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置の作製方法において、
前記ゲッタリング層に含まれる希ガス元素は、He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種又は複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the rare gas element contained in the gettering layer is one or more selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe.
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