JP2008047750A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
電気光学装置、例えば、液晶表示装置や有機EL(エレクトロルミネセンス)表示装置などにおいては、半導体素子としての薄膜トランジスタを含んで構成される薄膜回路を用いて画素のスイッチングなどを行っている。従来の薄膜トランジスタは、非晶質シリコン膜を用いて、チャネル形成領域等の活性領域を形成している。また、多結晶シリコン膜を用いて活性領域を形成した薄膜トランジスタも実用化されている。多結晶シリコン膜を用いることにより、非晶質シリコン膜を用いた場合に比較して移動度などの電気的特性が向上し、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。 In an electro-optical device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, pixel switching is performed using a thin film circuit including a thin film transistor as a semiconductor element. In a conventional thin film transistor, an active region such as a channel formation region is formed using an amorphous silicon film. A thin film transistor in which an active region is formed using a polycrystalline silicon film has also been put into practical use. By using a polycrystalline silicon film, electrical characteristics such as mobility are improved as compared with the case of using an amorphous silicon film, and the performance of the thin film transistor can be improved.
また、薄膜トランジスタの性能を更に向上させるために、大きな結晶粒からなる半導体膜を形成し、薄膜トランジスタのチャネル形成領域内に結晶粒界が入り込まないようにする技術が検討されている。例えば、基板上に微細孔を形成し、この微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の結晶化を行うことにより、大粒径のシリコンの結晶粒を形成する技術が提案されている。この技術を用いて形成される大結晶粒径のシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成することにより、1つの薄膜トランジスタの形成領域(特に、チャネル形成領域)に結晶粒界が入り込まないようにすることが可能となる。これにより、移動度等の電気的特性に優れた薄膜トランジスタを実現することが可能になる。このような技術は、例えば、特開2004−186206号公報(特許文献1)に記載されている。 In order to further improve the performance of the thin film transistor, a technique for forming a semiconductor film made of large crystal grains and preventing a crystal grain boundary from entering the channel formation region of the thin film transistor has been studied. For example, a technique has been proposed in which a fine hole is formed on a substrate, and a semiconductor film is crystallized using the fine hole as a starting point for crystal growth to form a crystal grain of silicon having a large particle diameter. By forming a thin film transistor using a silicon film having a large crystal grain size formed using this technique, it is possible to prevent a crystal grain boundary from entering one thin film transistor formation region (particularly, a channel formation region). It becomes possible. As a result, a thin film transistor having excellent electrical characteristics such as mobility can be realized. Such a technique is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-186206 (Patent Document 1).
ところで薄膜トランジスタを高性能化するに伴って、ソース領域やドレイン領域の低抵抗化の必要性が顕在化する。なぜならばチャネル形成領域のみの結晶性が優れ、薄膜トランジスタのON状態においてこの部分の抵抗が小さくなったとしても、薄膜トランジスタではソース領域〜チャネル形成領域〜ドレイン領域の全体をキャリア(電子や正孔)が流れるため、ソース領域及びドレイン領域の抵抗が十分低くなければ、薄膜トランジスタ全体としての特性は優れたものにならないためである。 By the way, as the performance of a thin film transistor becomes higher, the necessity for lowering the resistance of the source region and the drain region becomes apparent. This is because the crystallinity of only the channel formation region is excellent, and even if the resistance of this portion is reduced in the ON state of the thin film transistor, carriers (electrons and holes) are transferred from the source region to the channel formation region to the drain region in the thin film transistor. This is because if the resistance of the source region and the drain region is not sufficiently low, the characteristics of the thin film transistor as a whole are not excellent.
一般にソース領域及びドレイン領域は、半導体膜に対して不純物を注入し、後に適当な熱処理を行うことによって注入部分の結晶性を回復させ、不純物の電気的な活性化を行う。この時の熱処理温度は、ガラス基板を用いる場合は450℃程度以下の比較的低温である必要があるため、実際には十分な活性化が実現できず、特にボロンを不純物として用いるP型の薄膜トランジスタの場合には、比較的高い抵抗値を有するソース領域及びドレイン領域しか形成できない。またソース領域及びドレイン領域の半導体膜の結晶方位が揃わずランダムな多結晶または略単結晶状態である場合には、前記活性化にばらつきが発生してしまう。 In general, in a source region and a drain region, an impurity is implanted into a semiconductor film, and an appropriate heat treatment is performed later to recover the crystallinity of the implanted portion, thereby electrically activating the impurity. When the glass substrate is used, the heat treatment temperature at this time needs to be a relatively low temperature of about 450 ° C. or lower, so that in practice, sufficient activation cannot be realized. In particular, a P-type thin film transistor using boron as an impurity In this case, only a source region and a drain region having a relatively high resistance value can be formed. In addition, when the crystal orientations of the semiconductor films of the source region and the drain region are not aligned and are in a random polycrystal or substantially single crystal state, the activation varies.
よって本発明は、比較的低温における熱処理でも、P型の薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域の不純物活性化が実現でき、高性能な薄膜トランジスタを安定的に得ることを可能とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that can realize impurity activation of a source region and a drain region of a P-type thin film transistor even with a heat treatment at a relatively low temperature, and can stably obtain a high-performance thin film transistor. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板に多結晶または略単結晶状態の半導体膜を用いてP型の薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、前記トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極上から前記ソース領域及びドレイン領域に不純物を導入する不純物導入工程と、前記不純物が導入された前記ソース領域及びドレイン領域に熱処理を加えて当該ソース領域及びドレイン領域内の不純物を電気的に活性化する活性化工程と、を含み、前記不純物導入工程では、前記ソース領域及びドレイン領域に4.5×1015/cm2以上の比較的高い濃度でボロンを注入する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which a P-type thin film transistor is formed by using a polycrystalline or substantially monocrystalline semiconductor film on a substrate having at least one surface insulating. A patterning step of patterning the semiconductor film to form a transistor region to be a source region, a drain region and a channel formation region, a gate electrode formation step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the transistor region, and the gate Impurity introduction step of introducing impurities into the source region and drain region from above the insulating film and the gate electrode, and applying heat treatment to the source region and drain region into which the impurity has been introduced to remove impurities in the source region and drain region. An activation step of electrically activating, in the impurity introduction step, Implanting boron at a relatively high concentration of 4.5 × 10 15 / cm 2 or more over source region and a drain region.
上記方法によれば、450℃程度の比較的低温度での熱処理によっても前記ソース領域及びドレイン領域のシート抵抗やソース電極及びドレイン電極とのコンタクト抵抗を小さくすることができる。また特に前記半導体膜が多結晶または略単結晶状態の膜で、そこに含まれる個々の結晶粒の結晶方位がランダムであっても、前記シート抵抗やコンタクト抵抗をほぼ一様に低抵抗化することが実現できる。 According to the above method, the sheet resistance of the source region and the drain region and the contact resistance with the source electrode and the drain electrode can be reduced even by heat treatment at a relatively low temperature of about 450 ° C. In particular, even when the semiconductor film is a polycrystalline or substantially single-crystal film and the crystal orientation of the individual crystal grains contained therein is random, the sheet resistance and contact resistance are reduced almost uniformly. Can be realized.
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。 Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施の形態>
<構成>
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
<First Embodiment>
<Configuration>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の製造方法は、(1)基板上に半導体膜であるシリコン膜の結晶化の起点となる微細孔を形成する工程と、(2)微細孔からシリコン結晶粒を成長・形成させる工程と、(3)前記シリコン結晶粒を含むシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程とを含んでいる。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。 The manufacturing method according to this embodiment includes (1) a step of forming a microhole on a substrate as a starting point for crystallization of a silicon film, and (2) a step of growing and forming silicon crystal grains from the microhole. And (3) forming a thin film transistor using a silicon film containing the silicon crystal grains. Hereinafter, each process will be described in detail.
(1)微細孔形成工程
図1(a)に示すように、ガラスの基板11上に下地絶縁膜としての酸化シリコン膜121を形成する。膜厚はたとえば200nm程度である。次に前記下地絶縁膜121上に第一絶縁膜122として酸化シリコン膜を膜厚550nmで形成する。次に前記第一絶縁膜122に直径1μm程度以下の孔123を形成する(図1(b))。この形成手法としては、マスクを用いて前記第一絶縁膜122用上に塗布したフォトレジスト膜を露光、現像して、前記孔123の形成位置を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜(図示せず)を第一絶縁膜122上に形成し、このフォトレジスト膜をエッチングマスクとして用いて反応性イオンエッチングを行い、その後、前記フォトレジスト膜を除去することによって形成することができる。次に前記孔を含む前記第一絶縁膜122上に、第二絶縁膜124としての酸化シリコン膜を形成する(図1(c))。この第二絶縁膜124の堆積膜厚を調整することによって、前記孔123の直径を狭め、直径20nmから150nm程度の微細孔125を形成する。
(1) Micropore Formation Step As shown in FIG. 1A, a
これら下地絶縁膜121、第一絶縁膜122、第二絶縁膜124(これらの層を併せて絶縁層12とも呼ぶ)はいずれも例えばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)やシラン(SiH4)ガスを原料として用いたPECVD法により形成可能である。
These base
本願発明においては、前記微細孔125は、後述の工程によって形成する薄膜トランジスタのチャネル形成領域部分と、ソース領域及びドレイン領域に対して形成することを特徴とする。このとき、隣接する微細孔の間隔は6μm程度以下が望ましい。この距離は、後に述べるレーザ照射によって各微細孔125から成長するシリコン結晶粒の大きさ(直径)にほぼ相当する。これによってソース領域〜チャネル形成領域〜ドレイン領域には、前記微細孔125から成長したシリコン結晶粒が連続して配置されることになる。特に後述のソース領域及びドレイン領域に形成されるコンタクトホールの下部またはその近傍に相当する位置に対して、前記微細孔125を形成しておくことが望ましい。
The present invention is characterized in that the
(2)結晶粒形成過程
図1(d)に示すように、LPCVD法やPECVD法などの製膜法によって、前記第二絶縁膜124である酸化シリコン膜上及び前記微細孔125内に、半導体膜として用いる非晶質シリコン膜130を形成する。この非晶質シリコン膜130は、50〜300nm程度の膜厚に形成することが好適である。また、非晶質シリコン膜130に代えて、多結晶シリコン膜を形成してもよい。なお、これらシリコン膜13をLPCVD法やPECVD法により形成した場合には、形成されるシリコン膜13中の水素含有量が比較的に多くなる場合がある。このような場合には、後述するレーザ照射時にシリコン膜13のアブレーションが生じないようにするために、当該シリコン膜の水素含有量を低くする(好適には1%以下)ための熱処理を行うとよい。
(2) Crystal Grain Formation Process As shown in FIG. 1D, a semiconductor is formed on the silicon oxide film as the second
次に、図1(e)に示すように、前記シリコン膜13に対してレーザ照射Lを行う。このレーザ照射は、例えば、波長308nm、パルス幅20〜30nsのXeClパルスエキシマレーザ、またはパルス幅200ns程度のXeClエキシマレーザを用いて、エネルギー密度が0.4〜2.0J/cm2程度となるように行うことが好適である。このような条件でレーザ照射を行うことにより、照射したレーザは、そのほとんどがシリコン膜の表面付近で吸収される。これは、XeClパルスエキシマレーザの波長(308nm)における非晶質シリコンの吸収係数が0.139nm-1と比較的に大きいためである。
Next, as shown in FIG. 1E, laser irradiation L is performed on the
レーザ照射Lの条件を適宜に選択することにより、シリコン膜を、微細孔125内の底部には非溶融状態の部分が残り、それ以外の部分については略完全溶融状態となるようにする。これによりレーザ照射後のシリコンの結晶成長は微細孔の底部近傍で先に始まり、シリコン膜13の表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行する。レーザ照射Lのエネルギーがこれよりやや強く、微細孔125内の底部に非溶融状態の部分が残らない場合においても、略完全溶融状態であるシリコン膜13の表面付近と、微細孔125の底部との間に生じる温度差により、やはりレーザ照射後のシリコンの結晶成長は微細孔125の底部近傍で先に始まり、先と同様にシリコン膜13の表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行し得る。
By appropriately selecting the conditions of the laser irradiation L, the silicon film is left in a non-molten state at the bottom in the
シリコン結晶成長の初期段階では、微細孔125の底部においていくつかの結晶粒が発生し得る。このとき、微細孔125の断面寸法(本実施形態では、円の直径)を1個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔125の上部(開口部)には1個の結晶粒のみが到達するようになる。これにより、シリコン膜13の略完全溶融状態の部分では、微細孔125の上部に到達した1個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになり、図3(a)に示すように、微細孔125を略中心とした大粒径のシリコン略単結晶粒131を規則的に配列してなるシリコン膜を形成可能となる。
In the initial stage of silicon crystal growth, several crystal grains may be generated at the bottom of the
ここでシリコン略単結晶粒とは、Σ3やΣ9やΣ27といった規則粒界(対応粒界)は含み得るが、不規則粒界を含まないものを言う。一般に不規則粒界は多くのシリコン不対電子を含むため、そこに形成する薄膜トランジスタの特性の低下や特性のばらつきの大きな要因となるが、本手法によって形成されるシリコン略単結晶粒にはそれを含まないため、この中に薄膜トランジスタを形成することで、優れた特性を有する薄膜トランジスタが実現可能となる。しかしここで、前記微細孔125の直径が150nm程度以上の大きい直径を有する微細孔である場合は、微細孔125底部で発生した複数の結晶粒が微細孔上部まで成長して到達し、その結果、前記微細孔125を略中心として形成されるシリコン結晶粒には不規則粒界を含むことになる。
Here, the silicon substantially single crystal grain means a grain boundary (corresponding grain boundary) such as Σ3, Σ9, or Σ27 but not including an irregular grain boundary. In general, irregular grain boundaries contain a large number of silicon unpaired electrons, which is a major cause of deterioration in characteristics and variations in characteristics of thin film transistors formed there. Therefore, a thin film transistor having excellent characteristics can be realized by forming a thin film transistor therein. However, here, when the diameter of the
なお、上述したレーザ照射Lによる結晶化の際に、併せて基板11を加熱することも好ましい。例えば、基板11を載置するステージによって当該ガラス基板の温度が200℃〜400℃程度となるように加熱処理を行うとよい。このように、レーザ照射と基板加熱とを併用することにより、各シリコン略単結晶粒131の結晶粒径を更に大粒径化することが可能となる。基板加熱を併用することにより、当該加熱を行わない場合に比較してシリコン略単結晶粒131の粒径を概ね1.5倍〜2倍程度にすることができる。更には、基板加熱の併用によって結晶化の進行が緩やかになるため、シリコン略単結晶粒の結晶性がより向上するという利点もある。
Note that it is also preferable to heat the
このように基板11上の所望の場所に微細孔125を形成しておくことで、レーザ照射後には前記微細孔125を略中心として、比較的結晶性の優れたシリコン略単結晶粒131を形成することが可能となる。また本願発明者の詳細な調査では、この結晶粒131内の前記微細孔125付近以外では特にその結晶性は優れており、膜厚方向は連続した結晶性を維持している(膜面内方向に平行な対応粒界は無い)ことが確認されている。
By forming the
また個々のシリコン略単結晶粒131の結晶方位は、特に優先的な結晶方位は無く、ほぼランダムな配向であることが本願発明者らによって確認されている。
Further, the inventors of the present application have confirmed that the crystal orientation of each of the silicon substantially
なお、前記微細孔125を形成せずに、シリコン膜13部分に対してレーザ照射を行っても良い。この場合には、レーザ照射後には等方的な核発生・結晶成長が進行するため、微結晶粒を含む多結晶シリコン膜が形成される。レーザ照射の条件にも依存するが、0.5μm程度以下の比較的小さな結晶粒が無秩序に並んだ多結晶シリコン膜が形成される。
Note that laser irradiation may be performed on the
(3)薄膜トランジスタ形成工程
次に、上述したシリコン膜を用いて形成される薄膜トランジスタの構造について説明する。ここでは、微細孔125を起点とした結晶化を行うことにより得られるシリコン略単結晶粒131を用いた薄膜トランジスタ形成工程について述べる。
(3) Thin Film Transistor Formation Step Next, the structure of the thin film transistor formed using the above-described silicon film will be described. Here, a thin film transistor forming process using the substantially silicon
薄膜トランジスタTを形成する工程について説明する。図4及び図5は、薄膜トランジスタTを形成する工程を説明する説明図であり、図4(a)と図4(b)は完成後の薄膜トランジスタの平面図、図5(a)〜図4(c)は図4(a)に示すB−B'方向の断面図を示している。 A process of forming the thin film transistor T will be described. 4 and 5 are explanatory views for explaining a process of forming the thin film transistor T. FIGS. 4A and 4B are plan views of the completed thin film transistor, and FIGS. FIG. 4C shows a cross-sectional view in the BB ′ direction shown in FIG.
図3(a)に示すように、微細孔125を6μm以下の間隔で複数個配置することにより、複数のシリコン略単結晶粒131が互いに接するように形成することができる。この時の微細孔125の配置方法は問わないが、例えば図3(a)に示すように左右上下に等間隔に微細孔125を配置する方法や、図3(b)に示すように、近接する微細孔125が全て等間隔になるように配置する方法などが考えられる。
As shown in FIG. 3A, by arranging a plurality of
このように複数のシリコン略単結晶粒131が並んだシリコン膜に対し、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去し整形するよう、シリコン膜のパターニングを行ってパターニングされたシリコン膜133を形成する。この時、薄膜トランジスタのチャネル形成領域135となる部分には、微細孔125及びその近傍を含まないようにすることが望ましい。これは微細孔125及びその周辺は結晶性の乱れが多いためである。またソース領域及びドレイン領域134となる部分、特には後の工程でコンタクトホールが形成される場所に相当するソース領域及びドレイン領域134においても、前記略単結晶が配置されているようにする。
A patterned
次に、図5(a)に示すように、第二絶縁膜である酸化シリコン膜124(12)及びパターニングされたシリコン膜133の上面に、電子サイクロトロン共鳴PECVD法(ECR−PECVD法)または平行平板型のPECVD法、また酸素プラズマによるプラズマ酸化等の方法によって酸化シリコン膜14を形成する。この酸化シリコン膜14は、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能し、膜厚は10nm〜150nm程度が好ましい。
Next, as shown in FIG. 5A, an electron cyclotron resonance PECVD method (ECR-PECVD method) or parallel is applied to the upper surfaces of the silicon oxide film 124 (12), which is the second insulating film, and the patterned
次に、図5(b)に示すように、スパッタリング法などの製膜法によってタンタル、アルミニウム等の金属薄膜を形成した後に、パターニングを行うことによって、ゲート電極15及びゲート配線膜を形成する。そして、このゲート電極15をマスクとしてドナーとなる不純物元素を打ち込む、いわゆる自己整合イオン打ち込みを行うことにより、シリコン膜133にNチャネル型の薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域134並びにチャネル形成領域135を形成する。例えば、本実施形態では、不純物元素としてリン(P)を打ち込む。これにより略単結晶粒を含むソース領域及びドレイン領域のシリコン膜の表面付近はその結晶性に損傷を受け結晶欠陥が発生するが、その下部は結晶性の優れた部分(結晶層)が残っているため、後に450℃程度の温度で熱処理を行うことにより、この結晶欠陥は下部の結晶層からの固相エピタキシャル成長(後述)によって回復し、同時にリンはシリコンの結晶格子位置に入り活性化するため、ソース領域及びドレイン領域134を低抵抗化することができる。
Next, as shown in FIG. 5B, after forming a metal thin film such as tantalum or aluminum by a film forming method such as a sputtering method, the
同様に、Pチャネル型薄膜トランジスタを形成する場合には、アクセプタとなる不純物元素としてボロン(B)が広く利用され、通常3×1015/cm2程度以下の濃度で打ち込まれる。しかしながらボロンのみを打ち込んだ場合では後の熱処理によるボロンの活性化率は比較的低く、結果としてPチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域の抵抗は比較的高い値となる。これはボロン元素の質量がシリコン元素のそれに比べて軽いため、シリコン膜133の結晶性の損傷は軽微であり、シリコンの格子位置にボロンが入ることが困難であるためである。
Similarly, when forming a P-channel thin film transistor, boron (B) is widely used as an impurity element serving as an acceptor, and is typically implanted at a concentration of about 3 × 10 15 / cm 2 or less. However, when only boron is implanted, the activation rate of boron by the subsequent heat treatment is relatively low, and as a result, the resistance of the source region and the drain region of the P-channel thin film transistor becomes a relatively high value. This is because the mass of the boron element is lighter than that of the silicon element, so that the crystalline damage of the
そこでPチャネル型薄膜トランジスタを形成する場合には、前記ゲート電極15をマスクとしてシリコンやゲルマニウム等の4族元素イオンをシリコン膜133に打ち込み、ソース領域及びドレイン領域の表面付近に結晶性を破壊した非晶質層を形成(プリアモルファス化)した後、アクセプタ不純物となるボロンを打ち込む方法がある。これらの工程により、略単結晶粒を含むソース領域及びドレイン領域のシリコン膜の表面付近はボロンを含んだ非晶質層となり、その下部は結晶性に優れた結晶層といった構造が形成される。これに対して450℃程度の温度で熱処理を施すことにより、非特許文献1に記載の固相エピタキシャル成長が下部の結晶層をシード(種)層として非晶質層に対して進行し、その過程で不純物元素であるボロンはシリコン結晶構造の格子位置に効率的に入り活性化が実現する。これにより従来に比べソース領域及びドレイン領域の大幅な低抵抗化を実現することができる。
Therefore, when forming a P-channel type thin film transistor, the
しかしながら前記方法では、シリコンやゲルマニウム等の4族元素イオンをシリコン膜133に打ち込むためのイオン源(ソース)がイオン注入装置に必要であり、また前記固相エピタキシャル成長は、シリコンの結晶方位によってその成長速度が異なるため、結晶方位がランダムである前記シリコン略単結晶粒などを含む多結晶のシリコン膜の場合では、当該領域の抵抗(シート抵抗、コンタクト抵抗)の値にばらつきが発生してしまう。(非特許文献2)
However, in the above method, an ion source (source) for implanting group 4 element ions such as silicon and germanium into the
そこで本願では、シリコン膜133に対して、4.5×1015/cm2程度以上の比較的高い濃度でボロンを打ち込む。
Therefore, in this application, boron is implanted into the
図6は、本願発明者の実験によって得られた前記シリコン略単結晶粒131を含むシリコン膜133のボロンの打ち込み量に対する、シリコン膜133とソース電極及びドレイン電極(後述)とのコンタクト抵抗の関係である。活性化を行う熱処理温度は450℃である。プリアモルファス化を実施した場合には、1.5×1015〜3.0×1015/cm2程度の打ち込み量で比較的低いコンタクト抵抗が得られるが、ばらつきがある。これはシリコン略単結晶粒131の結晶方位がランダムである故に、固相エピタキシャル成長の成長速度が個々のシリコン略単結晶粒131によって異なり、その結果抵抗値にばらつきが生じている。また4.5×1015/cm2程度以上の比較的高い濃度の打ち込み量の場合では抵抗値は高くなり、またそのばらつきは更に大きくなっている。これは前述のランダムな結晶方位に起因するばらつきに加え、高いボロン濃度によって固相エピタキシャル成長の進行速度が低下し、結果として非晶質層がシリコン膜133の表面付近に残存して高抵抗になったと考えられる。一方、プリアモルファス化をせずにボロンを打ち込んだ場合、1.5×1015〜3.0×1015/cm2程度の打ち込み量では前述の通り活性化率が低いため比較的高い抵抗値であるが、その値のばらつきは比較的小さい。そして4.5×1015/cm2程度以上の比較的高い濃度の打ち込み量では、前記プリアモルファス化を実施した場合と同程度まで抵抗値は減少し、且つそのばらつきは小さいままである。この現象の詳細な解釈は不明であるが、本実施形態のように比較的結晶性の優れたシリコン膜133に対して、ボロンを高濃度に打ち込むことにより、比較的低温の熱処理でも、シリコン膜の結晶方位に依存せずに安定的に低抵抗化することができる。これは前記固相エピタキシャル成長による活性化とは異なる現象に基づくものと考えられる。
FIG. 6 shows the relationship between the contact resistance between the
本実施形態では、シリコン膜133として、微細孔125を略中心に形成されたシリコン略単結晶粒131を用いた場合について述べたが、微細孔125を形成せずに、シリコン膜133にレーザ照射を行い形成した多結晶シリコン膜であっても同様の現象が本願発明者によって確認されている。またシリコンの単結晶膜の場合についてもやはり同様であった。よって本願発明は、シリコン膜133の結晶性に依存せずに有効である。
In the present embodiment, the case where the silicon
次に、図5(c)に示すように、ゲート絶縁膜14である酸化シリコン膜及びゲート電極15の上面に、PECVD法などの製膜法によって、500nm程度の膜厚の酸化シリコン膜16を形成する。この酸化シリコン膜16は層間絶縁膜として機能する。次に、この層間絶縁膜16とゲート絶縁膜14を貫通してソース領域及びドレイン領域のそれぞれに至るコンタクトホール161、162を形成し、これらのコンタクトホール内に、スパッタリング法などの製膜法によってアルミニウム、タングステン等の金属を埋め込み、パターニングすることによって、ソース電極181及びドレイン電極182を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, a
ここで前記コンタクトホール161、162の場所に位置し、ソース電極181及びドレイン電極182と接触するシリコン膜131部分も、前記微細孔125からの成長によるシリコン略単結晶粒131が配置されていることが望ましい。先に述べた通り、シリコン略単結晶粒部分は不純物元素の活性化によって低抵抗化が図られるため、金属膜であるソース電極181及びドレイン電極182とシリコン膜133との良好な電気的接合が可能になるためである。
Here, the
なお本実施例では、薄膜トランジスタのチャネル形成領域135が形成されるシリコン略単結晶粒と、ソース領域及びドレイン領域134となるシリコン略単結晶粒が異なる略単結晶粒である場合について説明したが、薄膜トランジスタの微細化により、一つのシリコン略単結晶粒内にチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成した場合も、本質的に本実施例と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the case where the silicon substantially single crystal grain in which the
以上に説明した製造方法によって、本実施形態の薄膜トランジスタが形成される。 The thin film transistor of this embodiment is formed by the manufacturing method described above.
次に、本発明に係る薄膜トランジスタの適用例について説明する。本発明に係る薄膜トランジスタは、液晶表示装置のスイッチング素子として、あるいは有機EL表示装置の駆動素子として利用することができる。 Next, application examples of the thin film transistor according to the present invention will be described. The thin film transistor according to the present invention can be used as a switching element of a liquid crystal display device or as a drive element of an organic EL display device.
図7は、本実施形態の電気光学装置の一例である表示装置1の接続状態を示す図である。図7に示すように、表示装置1は、表示領域内に画素領域Gを配置して構成される。画素領域Gは有機EL発光素子OELDを駆動する薄膜トランジスタT1〜T4を使用している。薄膜トランジスタT1〜T4は上述した実施形態の製造方法によって製造されるものが使用される。ドライバ領域2からは、発光制御線(Vgp)及び書き込み制御線(Vsel)が各画素領域Gに供給されている。ドライバ領域3からは、電流線(Idata)及び電源線(Vdd)が各画素領域Gに供給されている。書き込み制御線Vselと定電流線Idataを制御することにより、各画素領域Gに対する電流プログラムが行われ、発光制御線Vgpを制御することにより発光が制御される。また、本実施形態の薄膜トランジスタT1〜T4は、ドライバ領域2及び3についても本発明のトランジスタが使用可能であり、特にドライバ領域2や3に含まれる発光制御線Vgp及び書き込み制御線Vselを選択するバッファー回路など大電流が必要とされる用途に有用である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a connection state of the
図8は、表示装置1を適用可能な電子機器の例を示す図である。上述した表示装置1は、種々の電子機器に適用可能である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an electronic apparatus to which the
図8(a)は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話20は、アンテナ部21、音声出力部22、音声入力部23、操作部234、及び本発明の表示装置100を備えている。このように本発明の表示装置1は表示部として利用可能である。
FIG. 8A shows an application example to a mobile phone. The
図8(b)はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ30は、受像部31、操作部32、音声入力部33、及び本発明の表示装置1を備えている。このように本発明の表示装置1は、ファインダや表示部として利用可能である。
FIG. 8B shows an application example to a video camera. The
図8(c)は携帯型パーソナルコンピュータ(いわゆるPDA)への適用例であり、当該コンピュータ40は、カメラ部41、操作部42、及び本発明の表示装置1を備えている。このように本発明の表示装置1は、表示部として利用可能である。
FIG. 8C shows an application example to a portable personal computer (so-called PDA). The
図8(d)はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ50は、バンド51、光学系収納部52及び本発明の表示装置1を備えている。このように本発明の表示パネルは画像表示源として利用可能である。
FIG. 8D shows an application example to a head-mounted display, and the head-mounted
図8(e)はリア型プロジェクターへの適用例であり、当該リア型プロジェクター60は、筐体61に、光源62、合成光学系63、ミラー64、65、スクリーン66、及び本発明の表示装置1を備えている。このように本発明の表示装置1は画像表示源として利用可能である。
FIG. 8E shows an application example to a rear projector. The
図8(f)はフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該フロント型プロジェクター70は、筐体72に光学系71及び本発明の表示装置1を備え、画像をスクリーン73に表示可能になっている。このように本発明の表示装置は画像表示源として利用可能である。
FIG. 8F shows an application example to a front type projector. The
本発明のトランジスタを使用した表示装置1は、上述した例に限らずアクティブ型あるいはパッシブマトリクス型の、液晶表示装置及び有機EL表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
The
なお、上述した実施形態にかかる半導体装置の製造方法と素子転写技術とを組み合わせることも可能である。具体的には、上述した実施形態にかかる方法を適用して、転写元となる第1基板上に半導体装置を形成した後に、当該半導体装置を転写先となる第2基板上に転写(移動)する。これにより、第1基板については、半導体膜の成膜やその後の素子形成に都合のよい条件(形状、大きさ、物理的特性等)を備えた基板を用いることができるので、当該第1基板上に微細かつ高性能な半導体素子を形成することが可能となる。また、第2基板については、素子形成プロセス上の制約を受けることがなく、大面積化が可能となると共に、合成樹脂やソーダガラス等からなる安価な基板や可撓性を有するプラスチックフィルム等、幅広い選択肢から所望のものを用いることが可能となる。したがって、微細かつ高性能な薄膜半導体素子を大面積の基板に容易に(低コストに)形成することが可能となる。 It is possible to combine the semiconductor device manufacturing method and the element transfer technique according to the above-described embodiment. Specifically, after applying the method according to the above-described embodiment to form a semiconductor device on the first substrate serving as the transfer source, the semiconductor device is transferred (moved) onto the second substrate serving as the transfer destination. To do. Thereby, as the first substrate, a substrate having conditions (shape, size, physical characteristics, etc.) convenient for the formation of the semiconductor film and the subsequent element formation can be used. A fine and high-performance semiconductor element can be formed thereon. In addition, the second substrate is not subject to restrictions on the element formation process, and can be increased in area, and an inexpensive substrate made of synthetic resin, soda glass, or a flexible plastic film, It is possible to use a desired one from a wide range of options. Therefore, a fine and high-performance thin film semiconductor element can be easily (low cost) formed on a large-area substrate.
11…ガラス基板、12(121,122,124),14,16…酸化シリコン膜、123…孔、125…微細孔(凹部)、13,130…シリコン膜、131…シリコン略単結晶粒、132…結晶粒界、133…半導体膜(トランジスタ領域)、15…ゲート電極、134…ソース領域及びドレイン領域、135…チャネル形成領域、161,162…コンタクトホール、1…表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記半導体膜をパターニングし、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域となるべきトランジスタ領域を形成するパターニング工程と、
前記トランジスタ領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート絶縁膜及びゲート電極上から前記ソース領域及びドレイン領域に不純物を導入する不純物導入工程と、
前記不純物が導入された前記ソース領域及びドレイン領域に熱処理を加えて当該ソース領域及びドレイン領域内の不純物を電気的に活性化する活性化工程と、を含み、
前記不純物導入工程では、前記ソース領域及びドレイン領域に4.5×1015/cm2以上の濃度でボロンを注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a P-type thin film transistor is formed by using a polycrystalline or substantially monocrystalline semiconductor film on an insulating substrate having at least one surface,
Patterning the semiconductor film to form a transistor region to be a source region, a drain region and a channel formation region;
A gate electrode forming step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the transistor region; an impurity introducing step of introducing impurities into the source region and the drain region from above the gate insulating film and the gate electrode;
An activation step of electrically activating the impurities in the source region and the drain region by applying a heat treatment to the source region and the drain region into which the impurity has been introduced,
In the impurity introduction step, boron is implanted into the source region and the drain region at a concentration of 4.5 × 10 15 / cm 2 or more.
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