JP2010192877A - Method of fabricating thin-film transistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming microcrystalline semiconductor layers having high crystallinity on insulating layers, and to provide a method of fabricating thin-film transistors having satisfactory electrical characteristics with high productivity. <P>SOLUTION: A gate electrode is formed on a substrate, and the insulating layer including nitrogen is formed on the gate electrode. Then, plasma is generated on the insulating layer including nitrogen by sedimentary gas including silicon, oxidizing gas including nitrogen, and hydrogen to form a silicon oxide layer. After that, plasma is generated on the silicon oxide layer by sedimentary gas including silicon or germanium, and hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタの作製方法、及び該薄膜トランジスタを用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor and a display device using the thin film transistor.

電界効果トランジスタの一種として、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体層にチャネル領域が形成される薄膜トランジスタが知られている。薄膜トランジスタに用いられる半導体層として、非晶質シリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンを用いる技術が開示されている(特許文献1乃至5参照)。薄膜トランジスタの代表的な応用例は、液晶テレビジョン装置であり、表示画面を構成する各画素のスイッチングトランジスタとして実用化されている。 As a kind of field effect transistor, a thin film transistor in which a channel region is formed in a semiconductor layer formed over a substrate having an insulating surface is known. A technique using amorphous silicon, microcrystalline silicon, or polycrystalline silicon as a semiconductor layer used in a thin film transistor is disclosed (see Patent Documents 1 to 5). A typical application example of a thin film transistor is a liquid crystal television device, which is put into practical use as a switching transistor of each pixel constituting a display screen.

また、プラズマCVD装置の処理室内にシリコン含有ガス及び酸素含有ガスを導入し、これらのガスのプラズマを生成してシリコン酸化膜を形成した後、シリコン含有ガスの供給を停止し、反応室内に水素を導入して水素及び酸素のプラズマを生成して、シリコン酸化膜の欠陥を埋めることで良好なシリコン酸化膜を形成している。また、酸素含有ガスとして、酸素ガス、亜酸化窒素等を用いている(特許文献6参照)。 In addition, after introducing a silicon-containing gas and an oxygen-containing gas into the processing chamber of the plasma CVD apparatus and generating a plasma of these gases to form a silicon oxide film, the supply of the silicon-containing gas is stopped, and hydrogen is supplied into the reaction chamber. A good silicon oxide film is formed by generating hydrogen and oxygen plasma to fill defects in the silicon oxide film. Moreover, oxygen gas, nitrous oxide, etc. are used as oxygen-containing gas (refer patent document 6).

特開2001−053283号公報JP 2001-053283 A 特開平5−129608号公報JP-A-5-129608 特開2005−049832号公報JP 2005-049832 A 特開平7−131030号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-131030 特開2005−191546号公報JP 2005-191546 A 特開平11−293470号公報JP-A-11-293470

本発明の一態様は、酸化シリコン層上に結晶性の高い微結晶半導体層を形成することを課題とする。また、本発明の一形態は、電気特性が良好な薄膜トランジスタを、生産性高く作製する方法を提供することを課題とする。 An object of one embodiment of the present invention is to form a microcrystalline semiconductor layer with high crystallinity over a silicon oxide layer. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor with favorable electrical characteristics with high productivity.

基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、窒素を含む絶縁層を形成する。次に、窒素を含む絶縁層上に、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体と、水素とを用い、プラズマを発生させて、酸化シリコン層を形成する。次に、酸化シリコン層上に、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを用い、プラズマを発生させて、微結晶半導体層を形成することを要旨とする。 A gate electrode is formed over the substrate, and an insulating layer containing nitrogen is formed over the gate electrode. Next, plasma is generated on the insulating layer containing nitrogen using a deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen to form a silicon oxide layer. Next, the gist is to form a microcrystalline semiconductor layer on a silicon oxide layer by using a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen to generate plasma.

基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に、窒素を含む絶縁層を形成する。次に、窒素を含む絶縁層上に、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体と、水素とを用い、プラズマを発生させて、酸化シリコン層を形成する。次に、酸化シリコン層上に、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを用い、プラズマを発生させて、厚さ3〜10nm、好ましくは3〜5nmの第1の半導体層を形成する。次に、シリコンを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体とを用い、プラズマを発生させて、第1の半導体層を種結晶として部分的に結晶成長させて、微結晶半導体で形成される複数の錐形状の凸部を有する第2の半導体層を形成する。次に、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層(以下、不純物半導体層と示す。)を形成し、導電層を形成して、薄膜トランジスタを作製する。なお、第1の半導体層の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを用いてもよい。 A gate electrode is formed over the substrate, and an insulating layer containing nitrogen is formed over the gate electrode. Next, plasma is generated on the insulating layer containing nitrogen using a deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen to form a silicon oxide layer. Next, on the silicon oxide layer, plasma is generated using a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen to form a first semiconductor layer having a thickness of 3 to 10 nm, preferably 3 to 5 nm. . Next, plasma is generated using a deposition gas containing silicon, a gas containing hydrogen, and nitrogen, and the first semiconductor layer is partially grown as a seed crystal to form a microcrystalline semiconductor. A second semiconductor layer having a plurality of cone-shaped convex portions is formed. Next, a semiconductor layer to which an impurity element imparting one conductivity type is added (hereinafter referred to as an impurity semiconductor layer) is formed, a conductive layer is formed, and a thin film transistor is manufactured. Note that a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon may be used as a source gas for the first semiconductor layer.

第1の半導体層としては微結晶半導体層を形成する。第1の半導体層及び第2の半導体層の積層体を第3の半導体層とし、第3の半導体層は、ゲート絶縁層に接する微結晶半導体層と、当該微結晶半導体層に接する混合層とを有する。さらに、混合層に接する非晶質半導体を含む層を有してもよい。なお、ゲート絶縁層に接する微結晶半導体層は、第1の半導体層と、第2の半導体層の堆積において、第1の半導体層を種結晶として結晶成長した微結晶半導体層とを含む。 A microcrystalline semiconductor layer is formed as the first semiconductor layer. A stack of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is a third semiconductor layer, and the third semiconductor layer includes a microcrystalline semiconductor layer in contact with the gate insulating layer, a mixed layer in contact with the microcrystalline semiconductor layer, Have Further, a layer including an amorphous semiconductor in contact with the mixed layer may be included. Note that the microcrystalline semiconductor layer in contact with the gate insulating layer includes a first semiconductor layer and a microcrystalline semiconductor layer which is crystal-grown using the first semiconductor layer as a seed crystal in the deposition of the second semiconductor layer.

第3の半導体層に含まれる微結晶半導体層は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能し、非晶質半導体を含む層は、高抵抗領域として機能する。不純物半導体層は、薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域として機能し、導電層は配線として機能する。 The microcrystalline semiconductor layer included in the third semiconductor layer functions as a channel formation region of the thin film transistor, and a layer including an amorphous semiconductor functions as a high resistance region. The impurity semiconductor layer functions as a source region and a drain region of the thin film transistor, and the conductive layer functions as a wiring.

ゲート絶縁膜の形成材料に、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体と、水素とを用いて酸化シリコン層を形成すると、窒素を含む酸化気体と水素が反応し、窒素と水が生成される。次に、シリコンを含む堆積気体と、生成された水が反応して、酸化シリコン及び水素が生成される。このため、生成される酸化シリコン層に含まれる窒素含有量を低減することができる。 When a silicon oxide layer is formed using a deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen as a forming material of the gate insulating film, the oxidizing gas containing nitrogen reacts with hydrogen, and nitrogen and water are reacted. Generated. Next, the deposition gas containing silicon and the produced water react to produce silicon oxide and hydrogen. For this reason, the nitrogen content contained in the generated silicon oxide layer can be reduced.

酸化シリコン層に含まれる窒素量を低減することで、当該酸化シリコン層上に微結晶半導体層を形成する場合、微結晶半導体層の結晶化速度を高めると共に、結晶性を高めることが可能であるため、酸化シリコン層との界面からの結晶性の高い微結晶半導体層を形成することができる。 By reducing the amount of nitrogen contained in the silicon oxide layer, when a microcrystalline semiconductor layer is formed over the silicon oxide layer, the crystallization speed of the microcrystalline semiconductor layer can be increased and the crystallinity can be increased. Therefore, a microcrystalline semiconductor layer with high crystallinity from the interface with the silicon oxide layer can be formed.

以上のことから、酸化シリコン層上に結晶性の高い微結晶半導体層を形成することができる。また、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。さらには、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。 From the above, a microcrystalline semiconductor layer with high crystallinity can be formed over the silicon oxide layer. In addition, a thin film transistor with high on-state current and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity. Further, a thin film transistor with low off-state current, high on-state current, and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity.

薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタを形成する工程を説明するタイムチャートの一例である。It is an example of the time chart explaining the process of forming a thin-film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法に適用可能な多階調マスクを説明する図。10A and 10B illustrate a multi-tone mask that can be used in a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製工程に使用可能なCVD装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the CVD apparatus which can be used for the manufacturing process of a thin-film transistor. 薄膜トランジスタを形成する工程を説明するタイムチャートの一例である。It is an example of the time chart explaining the process of forming a thin-film transistor. 薄膜トランジスタを形成する工程を説明するタイムチャートの一例である。It is an example of the time chart explaining the process of forming a thin-film transistor. 薄膜トランジスタを形成する工程を説明するタイムチャートの一例である。It is an example of the time chart explaining the process of forming a thin-film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film transistor. 表示装置を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a display device. 表示装置を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a display device. 薄膜トランジスタを適用した電子機器である。An electronic device to which a thin film transistor is applied. 薄膜トランジスタの作製方法を説明する図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a thin film transistor.

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、開示される発明は以下の説明に限定されず、開示される発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、開示される発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the disclosed invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the disclosed invention. The Therefore, the disclosed invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、薄膜トランジスタの作製方法について、図1乃至図9を用いて示す。薄膜トランジスタは、p型よりもn型の方が、キャリアの移動度が高い。また、同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性に統一すると、工程数を抑えることができ、好ましい。そのため、本実施の形態では、n型の薄膜トランジスタの作製方法について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a method for manufacturing a thin film transistor will be described with reference to FIGS. Thin film transistors have higher carrier mobility in the n-type than in the p-type. In addition, it is preferable that all thin film transistors formed over the same substrate have the same polarity because the number of steps can be reduced. Therefore, in this embodiment, a method for manufacturing an n-type thin film transistor is described.

基板101上にゲート電極103を形成する。次に、ゲート電極103を覆う窒素を含む絶縁層104を形成し、窒素を含む絶縁層104上に酸化シリコン層105を形成する。(図1(A)を参照)。 A gate electrode 103 is formed on the substrate 101. Next, an insulating layer 104 containing nitrogen covering the gate electrode 103 is formed, and a silicon oxide layer 105 is formed over the insulating layer 104 containing nitrogen. (See FIG. 1A).

基板101としては、ガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、基板に透光性を要しない場合には、ステンレス合金等の金属の基板の表面に絶縁層を設けたものを用いてもよい。ガラス基板としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよい。 As the substrate 101, a glass substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate having heat resistance enough to withstand the processing temperature of the manufacturing process, or the like can be used. In the case where the substrate does not require translucency, a metal substrate such as a stainless alloy provided with an insulating layer on the surface may be used. As the glass substrate, for example, an alkali-free glass substrate such as barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, or aluminosilicate glass may be used.

ゲート電極103は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体層やAgPdCu合金を用いてもよい。 The gate electrode 103 may be formed as a single layer or a stack using a metal material such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, neodymium, or scandium, or an alloy material containing any of these materials as its main component. it can. Alternatively, a semiconductor layer typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus, or an AgPdCu alloy may be used.

ゲート電極103は、基板101上に、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて上記した材料を用いた導電層を形成し、該導電層上にフォトリソグラフィ法またはインクジェット法等によりマスクを形成し、該マスクを用いて導電層をエッチングして形成することができる。フォトリソグラフィ工程においては、レジストを基板全面に塗布してもよいが、レジストマスクを形成する領域に印刷法によりレジストを印刷した後、露光することで、レジストを節約することが可能であり、コスト削減が可能である。 The gate electrode 103 is formed by forming a conductive layer using the above material on the substrate 101 by a sputtering method or a vacuum evaporation method, forming a mask on the conductive layer by a photolithography method, an inkjet method, or the like, The conductive layer can be formed by etching using a mask. In the photolithography process, a resist may be applied to the entire surface of the substrate. However, the resist can be saved by printing after printing the resist by a printing method in a region where a resist mask is to be formed, and the cost can be reduced. Reduction is possible.

また、銀、金または銅等の導電性ナノペーストをインクジェット法により基板上に吐出し、焼成することで形成することもできる。なお、ゲート電極103と、基板101との密着性向上及び下地への拡散を防ぐバリアメタルとして、上記の金属材料の窒化物層を、基板101と、ゲート電極103との間に設けてもよい。ここでは、基板101上に導電層を形成し、フォトマスクを用いて形成したレジストマスクによりエッチングする。 Alternatively, a conductive nano paste such as silver, gold, or copper can be formed by discharging onto a substrate by an ink jet method and baking. Note that a nitride layer of the above-described metal material may be provided between the substrate 101 and the gate electrode 103 as a barrier metal that prevents adhesion between the gate electrode 103 and the substrate 101 and diffusion to the base. . Here, a conductive layer is formed over the substrate 101 and etched using a resist mask formed using a photomask.

なお、ゲート電極103の側面は、テーパー形状とすることが好ましい。ゲート電極103上には、後の工程で半導体層及び配線層を形成するので、段差の箇所における配線切れ防止のためである。ゲート電極103の側面をテーパー形状にするためには、レジストマスクを後退させつつエッチングを行えばよい。 Note that the side surface of the gate electrode 103 is preferably tapered. The semiconductor layer and the wiring layer are formed on the gate electrode 103 in a later process, so that the wiring is cut off at the level difference. In order to taper the side surface of the gate electrode 103, etching may be performed while the resist mask is retracted.

また、ゲート電極103を形成する工程によりゲート配線(走査線)及び容量配線も同時に形成することができる。なお、走査線とは画素を選択する配線をいい、容量配線とは画素の保持容量の一方の電極に接続された配線をいう。ただし、これに限定されず、ゲート配線及び容量配線の一方または双方と、ゲート電極103とは別に設けてもよい。 Further, a gate wiring (scanning line) and a capacitor wiring can be formed at the same time by the step of forming the gate electrode 103. Note that a scanning line refers to a wiring for selecting a pixel, and a capacitor wiring refers to a wiring connected to one electrode of a storage capacitor of the pixel. However, the present invention is not limited to this, and one or both of the gate wiring and the capacitor wiring may be provided separately from the gate electrode 103.

窒素を含む絶縁層104は、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層を単層でまたは積層して形成することができる。窒素を含む絶縁層104を形成することで、基板からの不純物、特にアルカリ金属イオンが後に形成される微結晶半導体層に混入することを防ぐことが可能であり、薄膜トランジスタのしきい値電圧の変動を低減することができる。 The insulating layer 104 containing nitrogen can be formed using a single layer or stacked layers of a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, or a silicon nitride oxide layer. By forming the insulating layer 104 containing nitrogen, it is possible to prevent impurities from the substrate, particularly alkali metal ions, from entering a microcrystalline semiconductor layer to be formed later, and fluctuation in threshold voltage of the thin film transistor Can be reduced.

窒素を含む絶縁層104は、CVD法またはスパッタリング法等を用いて形成することができる。CVD法で窒素を含む絶縁層104を形成する場合は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行われる。また、窒素を含む絶縁層104は、高周波数(1GHz以上)のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成してもよい。マイクロ波プラズマCVD装置を用いて高い周波数により窒素を含む絶縁層104を形成すると、ゲート電極と、ドレイン電極及びソース電極との間の耐圧を向上させることができるため、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。 The insulating layer 104 containing nitrogen can be formed by a CVD method, a sputtering method, or the like. In the case where the insulating layer 104 containing nitrogen is formed by a CVD method, high frequency power in the HF band from 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz, or high frequency power in the VHF band from 30 MHz to about 300 MHz. Typically, it is performed by applying 60 MHz. Alternatively, the insulating layer 104 containing nitrogen may be formed using a microwave plasma CVD apparatus with a high frequency (1 GHz or more). When the insulating layer 104 containing nitrogen is formed with a high frequency using a microwave plasma CVD apparatus, the withstand voltage between the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode can be improved; thus, a highly reliable thin film transistor is obtained. be able to.

酸化シリコン層105は、ゲート絶縁膜の形成材料に、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体と、水素とを用いたCVD法を用いて形成することができる。酸化シリコン層105は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行われる。また、酸化シリコン層105は、高周波数(1GHz以上)のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成してもよい。マイクロ波プラズマCVD装置を用いて高い周波数により酸化シリコン層105を形成すると、ゲート電極と、ドレイン電極及びソース電極との間の耐圧を向上させることができるため、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。 The silicon oxide layer 105 can be formed by a CVD method using a deposition gas containing silicon, an oxidation gas containing nitrogen, and hydrogen as a formation material of the gate insulating film. The silicon oxide layer 105 applies 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz HF band high frequency power, or VHF band high frequency power greater than 30 MHz to about 300 MHz, typically 60 MHz. It is done by doing. Alternatively, the silicon oxide layer 105 may be formed using a microwave plasma CVD apparatus with a high frequency (1 GHz or more). When the silicon oxide layer 105 is formed at a high frequency using a microwave plasma CVD apparatus, the breakdown voltage between the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode can be improved; thus, a highly reliable thin film transistor can be obtained. it can.

酸化シリコン層105は、窒素を含む絶縁層104から後に形成される第1の半導体層106に窒素が混入しにくい厚さで形成する。または、酸化シリコン層105は、酸化シリコン層を形成する際、プラズマ中のラジカルのエッチングにより窒素を含む絶縁層104から脱離する窒素の濃度が低くなる厚さで形成する。このような厚さとしては、5nm以上が好ましい。 The silicon oxide layer 105 is formed with a thickness that prevents nitrogen from entering the first semiconductor layer 106 formed later from the insulating layer 104 containing nitrogen. Alternatively, the silicon oxide layer 105 is formed to have a thickness at which the concentration of nitrogen desorbed from the insulating layer 104 containing nitrogen is reduced by etching of radicals in plasma when the silicon oxide layer is formed. Such a thickness is preferably 5 nm or more.

シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、SiH、Si、SiHCl、SiHCl、SiF等がある。 Typical examples of the deposition gas containing silicon include SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiF 4, and the like.

酸化シリコン層105の原料として、シリコンを含む堆積性気体と、酸素または水を用いると、シリコンを含む堆積気体の反応性が高いため、プラズマCVD装置の反応室または配管の間で混合すると反応してしまい、酸化シリコンのパーティクルが発生してしまう。酸化シリコン層105の原料として、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体、代表的には亜窒化酸素(NO)を用いると、混合しただけでは反応せず、プラズマ中でシリコンを含む堆積気体と反応するため、反応室内の基板上に酸化シリコン層を堆積することができる。 When a deposition gas containing silicon and oxygen or water are used as a raw material for the silicon oxide layer 105, the deposition gas containing silicon has high reactivity, and thus reacts when mixed between reaction chambers or piping of a plasma CVD apparatus. As a result, silicon oxide particles are generated. When a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas containing nitrogen, typically nitrous oxide (N 2 O), are used as a raw material for the silicon oxide layer 105, they do not react when mixed, and silicon in plasma Therefore, a silicon oxide layer can be deposited on the substrate in the reaction chamber.

しかしながら、酸化シリコン層の原料として、水素を用いず、シリコンを含む堆積性気体及び窒素を含む酸化気体のみを用いると、窒素が酸化シリコン層に混入してしまう。当該窒素は、後に形成される微結晶半導体層の堆積中の水素ラジカルによって、エッチングされてしまい、堆積する微結晶半導体層に混入してしまう。 However, if only a deposition gas containing silicon and an oxidation gas containing nitrogen are used as a raw material for the silicon oxide layer, nitrogen is mixed into the silicon oxide layer. The nitrogen is etched by hydrogen radicals during deposition of a microcrystalline semiconductor layer to be formed later, and is mixed into the deposited microcrystalline semiconductor layer.

そこで、酸化シリコン層の原料として、シリコンを含む堆積性気体及び窒素を含む酸化気体と共に、水素を用いると、数式1に示すように、窒素を含む酸化気体、代表的には亜窒化酸素と水素とが反応して、窒素及び水が生成される。 Therefore, when hydrogen is used as a raw material for the silicon oxide layer together with a deposition gas containing silicon and an oxidizing gas containing nitrogen, as shown in Equation 1, an oxidizing gas containing nitrogen, typically oxygen sub-nitride and hydrogen, Reacts to produce nitrogen and water.

O+H→N+HO・・・(数1) N 2 O + H 2 → N 2 + H 2 O (Equation 1)

次に、生成された水とシリコンを含む堆積性気体、ここではシランをプラズマ中で反応させることで、数式2に示すように、基板上に窒素含有量の少ない酸化シリコン層を形成することができる。 Next, a silicon oxide layer having a low nitrogen content can be formed on the substrate by reacting the generated water and silicon-containing deposition gas, here silane, in plasma, as shown in Equation 2. it can.

2HO+SiH→SiO+4H・・・(数2) 2H 2 O + SiH 4 → SiO 2 + 4H 2 (Expression 2)

また、酸化シリコン層の原料として、水素を用いることで、プラズマ中で水素ラジカルが多く発生し、水素ラジカルによりエッチングされながら酸化シリコンが堆積するため、緻密で硬度の高い酸化シリコン層を形成することができる。このため、後に第1の半導体層107を形成する際に、水素ラジカルのエッチングによる原子の脱離が少なくなるため、不純物の少ない第1の半導体層107を形成することができる。 In addition, by using hydrogen as a raw material for the silicon oxide layer, a large amount of hydrogen radicals are generated in the plasma, and silicon oxide is deposited while being etched by the hydrogen radicals, so that a dense and hard silicon oxide layer is formed. Can do. Therefore, when the first semiconductor layer 107 is formed later, desorption of atoms due to etching of hydrogen radicals is reduced, so that the first semiconductor layer 107 with few impurities can be formed.

次に、酸化シリコン層105上に第1の半導体層106を形成する(図1(B)参照)。第1の半導体層106は、微結晶半導体層を用いて形成し、代表的には微結晶シリコン層、微結晶ゲルマニウム層、微結晶シリコンゲルマニウム層を形成する。第1の半導体層106は、含有窒素量が低減された酸化シリコン層105上に形成するため、結晶成長速度を高めると共に、酸化シリコン層105界面からの結晶性を高めた第1の半導体層を形成することができる。 Next, the first semiconductor layer 106 is formed over the silicon oxide layer 105 (see FIG. 1B). The first semiconductor layer 106 is formed using a microcrystalline semiconductor layer. Typically, a microcrystalline silicon layer, a microcrystalline germanium layer, or a microcrystalline silicon germanium layer is formed. Since the first semiconductor layer 106 is formed over the silicon oxide layer 105 in which the nitrogen content is reduced, the first semiconductor layer with increased crystal growth rate and crystallinity from the interface of the silicon oxide layer 105 is formed. Can be formed.

第1の半導体層106の厚さは、厚さ3〜10nm、好ましくは3〜5nmと薄くすることで、後に形成される第2の半導体層において、微結晶半導体で形成される複数の針状の凸部の長さを制御することができる。 The thickness of the first semiconductor layer 106 is 3 to 10 nm, preferably 3 to 5 nm, whereby a plurality of needles formed of a microcrystalline semiconductor are formed in the second semiconductor layer to be formed later. The length of the convex portion can be controlled.

第1の半導体層106は、プラズマCVD装置の処理室内において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。または、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスとを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対して、水素の流量を10〜2000倍、好ましくは10〜200倍に希釈して、微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム等を形成する。 The first semiconductor layer 106 is formed by glow discharge plasma by mixing a deposition gas containing silicon or germanium with hydrogen in a treatment chamber of a plasma CVD apparatus. Alternatively, a deposition gas containing silicon or germanium, hydrogen, and a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon are mixed and formed by glow discharge plasma. The flow rate of hydrogen is diluted 10 to 2000 times, preferably 10 to 200 times the flow rate of the deposition gas containing silicon or germanium to form microcrystalline silicon, microcrystalline silicon germanium, microcrystalline germanium, or the like. .

シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の代表例としては、SiH、Si、SiHCl、SiHCl、SiF、GeH、Ge等がある。希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、及びキセノンの一または複数を用いる。 Typical examples of the deposition gas containing silicon or germanium include SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiF 4 , GeH 4 , and Ge 2 H 6 . As the rare gas, one or more of helium, argon, neon, krypton, and xenon are used.

また、第1の半導体層106の原料ガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを用いることで、プラズマが安定し、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体、及び水素の解離が促進され、活性種の量が増加する。このため、活性種同士の反応が促進され、第1の半導体層の成膜速度が高まる。また、成膜速度が高まると、第1の半導体層106が堆積する際に、処理室内の不純物が取り込まれにくくなるため、第1の半導体層106に含まれる不純物量が低減し、第1の半導体層106の結晶性が高まる。このため、薄膜トランジスタのオン電流及び電界効果移動度が高まると共に、薄膜トランジスタの生産性を高めることができる。 In addition, by using a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon as a source gas for the first semiconductor layer 106, plasma is stabilized, and a deposition gas containing silicon or germanium, and hydrogen are dissociated. Promoted, increasing the amount of active species. For this reason, the reaction between the active species is promoted, and the deposition rate of the first semiconductor layer is increased. Further, when the deposition rate is increased, impurities in the treatment chamber are less likely to be taken in when the first semiconductor layer 106 is deposited, so that the amount of impurities contained in the first semiconductor layer 106 is reduced and the first semiconductor layer 106 is reduced. The crystallinity of the semiconductor layer 106 is increased. Therefore, the on-state current and field effect mobility of the thin film transistor can be increased, and the productivity of the thin film transistor can be increased.

また、第1の半導体層106を形成する際の、グロー放電プラズマの生成は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行われる。また、1GHz以上のマイクロ波の高周波電力を印加することで行われる。なお、VHF帯やマイクロ波の高周波電力を用いることで、成膜速度を高めることが可能である。更には、HF帯の高周波電力と、VHF帯の高周波電力を重畳させることで、大面積基板においてもプラズマのムラを低減し、均一性を高めることができると共に、成膜速度を高めることができる。 In addition, when the first semiconductor layer 106 is formed, glow discharge plasma is generated from 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz HF band high frequency power, or more than 30 MHz to about 300 MHz. The high frequency power in the VHF band, typically 60 MHz, is applied. Further, it is performed by applying microwave high frequency power of 1 GHz or more. Note that the deposition rate can be increased by using high-frequency power in the VHF band or microwaves. Furthermore, by superimposing the high frequency power in the HF band and the high frequency power in the VHF band, plasma nonuniformity can be reduced even in a large-area substrate, and uniformity can be increased, and the deposition rate can be increased. .

なお、第1の半導体層106を形成する前に、CVD装置の処理室内を減圧しながら、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を導入して、処理室内の不純物元素を除去することができる。または、水素を導入して、処理室内の不純物元素を除去することができる。または、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体、及び水素を導入して、処理室内の不純物元素を除去することができる。第1の半導体層106を形成する前に、処理室内の不純物元素を除去することで、後に形成される薄膜トランジスタの第1の酸化シリコン層105及び第1の半導体層106の界面における不純物元素を低減することが可能であり、薄膜トランジスタの電気特性を向上させることができる。 Note that before forming the first semiconductor layer 106, a deposition gas containing silicon or germanium can be introduced while the pressure in the processing chamber of the CVD apparatus is reduced, so that impurity elements in the processing chamber can be removed. Alternatively, hydrogen can be introduced to remove the impurity element in the treatment chamber. Alternatively, a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen can be introduced to remove impurity elements in the treatment chamber. The impurity element in the treatment chamber is removed before the first semiconductor layer 106 is formed, so that the impurity element at the interface between the first silicon oxide layer 105 and the first semiconductor layer 106 of a thin film transistor to be formed later is reduced. It is possible to improve the electrical characteristics of the thin film transistor.

ここで、第1の半導体層106として微結晶シリコン層を形成する際の下地層が、微結晶シリコン層の結晶性に与える影響について、以下に示す。 Here, the influence of the base layer on forming the microcrystalline silicon layer as the first semiconductor layer 106 on the crystallinity of the microcrystalline silicon layer is described below.

古典分子動力学計算により、不純物元素(N原子またはO原子)を含む場合のSiの結晶化過程の解析を行った。なお、古典分子動力学法では、原子間相互作用を特徴づける経験的ポテンシャルを定義することで、各原子に働く力を評価する。各原子に古典的力学法則を適用し、ニュートンの運動方程式を数値的に解くことにより、各原子の運動(時間発展)を決定論的に追跡できる。 The crystallization process of Si in the case of containing an impurity element (N atom or O atom) was analyzed by classical molecular dynamics calculation. In the classical molecular dynamics method, the force acting on each atom is evaluated by defining the empirical potential that characterizes the interaction between atoms. By applying classical mechanics laws to each atom and numerically solving Newton's equation of motion, the motion (time evolution) of each atom can be traced deterministically.

ここでは、a−Si層中にSiの結晶核が生じた後の、Siの結晶成長の様子を調べるために、図2のように、a−Si層中に不純物を含まない場合と、不純物元素(N原子、O原子)を含む場合の計算モデルを示す。 Here, in order to investigate the state of Si crystal growth after the generation of Si crystal nuclei in the a-Si layer, as shown in FIG. The calculation model in the case of including an element (N atom, O atom) is shown.

図2(A)には、不純物元素を含まないa−Siに結晶核141が生じ、当該結晶核141から面方位(100)の単結晶シリコンが成長するモデルを示す。 FIG. 2A shows a model in which a crystal nucleus 141 is generated in a-Si not containing an impurity element, and single crystal silicon having a plane orientation (100) is grown from the crystal nucleus 141.

また、図2(B)には、不純物元素として0.5atom%、約2.5×1020cm−3のN原子145を含むa−Siに結晶核141が生じ、当該結晶核141から面方位(100)の単結晶シリコンが成長するモデルを示す。 In FIG. 2B, a crystal nucleus 141 is generated in a-Si containing N atom 145 of 0.5 atom% and about 2.5 × 10 20 cm −3 as an impurity element. The model by which single crystal silicon of orientation (100) grows is shown.

図2(C)には、不純物として0.5atom%、約2.5×1020cm−3のO原子147を含むa−Siに結晶核141が生じ、当該結晶核141から面方位(100)の単結晶シリコンが成長するモデルを作成した。 In FIG. 2C, a crystal nucleus 141 is generated in a-Si containing 0.5 atom% of O atoms 147 of about 0.5 × 10 20 cm −3 as an impurity, and the plane orientation (100 ) Model of single crystal silicon growth.

図2に示す上記の3つの計算モデルにおいて、1025℃で古典分子動力学シミュレーションを行った。 In the above three calculation models shown in FIG. 2, classical molecular dynamics simulation was performed at 1025 ° C.

図2(A)のシミュレーションによる構造変化の様子を図3に示す。具体的には0秒におけるモデルを図3(A)に示し、1025℃で0.5n秒におけるモデルを図3(B)に示し、1025℃で1n秒におけるモデルを図3(C)に示す。 FIG. 3 shows the structure change by the simulation of FIG. Specifically, the model at 0 second is shown in FIG. 3A, the model at 0.525 seconds at 1025 ° C. is shown in FIG. 3B, and the model at 125 seconds at 1025 ° C. is shown in FIG. .

図2(B)のシミュレーションによる構造変化の様子を図4に示す。具体的には0秒におけるモデルを図4(A)に示し、1025℃で1n秒におけるモデルを図4(B)に示し、1025℃で2n秒におけるモデルを図4(C)に示す。 FIG. 4 shows the structure change by the simulation of FIG. Specifically, FIG. 4A shows a model at 0 second, FIG. 4B shows a model at 125 seconds at 1025 ° C., and FIG. 4C shows a model at 2n seconds at 1025 ° C.

図2(C)のシミュレーションによる構造変化の様子を図5に示す。具体的には0秒におけるモデルを図5(A)に示し、1025℃で0.5n秒におけるモデルを図5(B)に示し、1025℃で1n秒におけるモデルを図5(C)に示す。 FIG. 5 shows a structure change by the simulation of FIG. Specifically, FIG. 5A shows a model at 0 second, FIG. 5B shows a model at 0.525 seconds at 1025 ° C., and FIG. 5C shows a model at 1 n seconds at 1025 ° C. .

また、各計算モデルのSiの結晶成長速度を表1に示す。 Table 1 shows the Si crystal growth rate of each calculation model.

図3(A)に示す結晶核141が、図3(B)に示す単結晶シリコンの成長領域151a、図3(C)に示す単結晶シリコンの成長領域151bへと、成長領域が広がっていることより、a−Si層中に不純物元素を含まない場合は、Si143が結晶成長していることがわかる。 The crystal nucleus 141 shown in FIG. 3A extends to the single crystal silicon growth region 151a shown in FIG. 3B and the single crystal silicon growth region 151b shown in FIG. 3C. From the above, it can be seen that when the a-Si layer does not contain an impurity element, Si 143 is crystal-grown.

しかしながら、a−Si層中にN原子が含まれる場合、図4(A)に示す結晶核141が、図4(B)に示す単結晶シリコンの成長領域153a、図4(C)に示す単結晶シリコンの成長領域153bへと、成長領域が広がっているが、図3に示す不純物元素を含まない場合と比較して、結晶成長領域が狭く、結晶成長速度が遅いことが分かる。また、図4(B)及び図4(C)に示すように、a−Si層中にN原子145があると結晶成長が阻害され、N原子145は単結晶シリコンの成長領域153a、153bに取り込まれず、結晶粒界付近に存在していることがわかる。 However, in the case where N atoms are included in the a-Si layer, the crystal nucleus 141 shown in FIG. 4A becomes a single crystal silicon growth region 153a shown in FIG. 4B and the single crystal shown in FIG. It can be seen that the growth region extends to the crystal silicon growth region 153b, but the crystal growth region is narrower and the crystal growth rate is slower than in the case where the impurity element shown in FIG. 3 is not included. As shown in FIGS. 4B and 4C, when N atoms 145 are present in the a-Si layer, crystal growth is inhibited, and N atoms 145 are formed in the single crystal silicon growth regions 153a and 153b. It can be seen that it is not taken in and exists in the vicinity of the grain boundary.

また、a−Si層中にO原子147を有する場合は、図5(A)に示す結晶核141が、図5(B)に示す単結晶シリコンの成長領域155a、図5(C)に示す単結晶シリコンの成長領域155bへと、成長領域が広がっているが、図3に示す不純物元素を含まない場合と比較して、結晶成長領域が狭く、結晶成長速度は遅くなる。しかしながら、図4に示すN原子145を含む場合と比較して、結晶成長領域が広く、結晶成長速度は速い。さらには、図5(C)に示すように、O原子147は単結晶シリコンの成長領域155bに取り込まれており、膜全体における結晶性は比較的良いことがわかる。よって、膜中に含まれるO濃度はある程度高くても、Siの結晶性にはあまり影響しないが、N濃度が高いとSiの結晶性が低くなると考えられる。 In addition, in the case where the a-Si layer includes O atoms 147, the crystal nucleus 141 illustrated in FIG. 5A has a single crystal silicon growth region 155a illustrated in FIG. 5B and illustrated in FIG. Although the growth region extends to the single crystal silicon growth region 155b, the crystal growth region is narrower and the crystal growth rate is slower than the case where the impurity element shown in FIG. 3 is not included. However, compared with the case where N atom 145 shown in FIG. 4 is included, the crystal growth region is wide and the crystal growth rate is high. Furthermore, as shown in FIG. 5C, it can be seen that the O atoms 147 are taken into the growth region 155b of single crystal silicon, and the crystallinity of the entire film is relatively good. Therefore, even if the concentration of O contained in the film is high to some extent, the crystallinity of Si is not significantly affected, but if the N concentration is high, the crystallinity of Si is considered to be low.

次に、単結晶シリコンとSiNとSiOそれぞれにおけるSi−SiとSi−NとSi−Oの結合距離を表2に示す。 Next, Table 2 shows bond distances of Si—Si, Si—N, and Si—O in single crystal silicon, SiN, and SiO 2, respectively.

各計算モデルの局所的構造を2次元的に描いた模式図を図20に示す。図20(A)は、図3(C)に示す単結晶シリコンの模式図であり、図20(B)は図4(C)に示すシリコン中にN原子を有する領域の模式図であり、図20(C)は図5(C)においてシリコン中にO原子を有する領域の模式図である。 FIG. 20 shows a schematic diagram in which the local structure of each calculation model is drawn two-dimensionally. 20A is a schematic diagram of the single crystal silicon shown in FIG. 3C, and FIG. 20B is a schematic diagram of a region having N atoms in the silicon shown in FIG. 4C. FIG. 20C is a schematic view of a region having O atoms in silicon in FIG.

単結晶シリコン中において、N原子もO原子も格子間不純物となるが、N原子は3配位で、Si−N結合距離はSi−O結合距離より長く、Si中で歪みを生じやすい。このため、N原子は、O原子よりシリコンの結晶化を抑制すると考えられる。一方、O原子は2配位であり、且つSi−O結合距離はSi−N結合距離よりも短いため、Si−Si結合の間に割り込みやすく、Si−O−Siとなっても比較的歪みが小さい。図20(D)は、<111>構造の単結晶シリコン中のSi−Si結合において、不純物であるO原子が結合している図である。不純物O原子は単結晶シリコンにおいて格子間位置を占め、<111>Si−Si結合の間に割り込む形になっている。 In single-crystal silicon, both N and O atoms are interstitial impurities, but N atoms are tricoordinate and the Si—N bond distance is longer than the Si—O bond distance, and distortion is likely to occur in Si. For this reason, it is considered that N atoms suppress crystallization of silicon more than O atoms. On the other hand, since the O atom is two-coordinate and the Si—O bond distance is shorter than the Si—N bond distance, it is easy to interrupt between the Si—Si bonds, and even when Si—O—Si is formed, it is relatively distorted. Is small. FIG. 20D is a diagram in which O atoms which are impurities are bonded to each other in Si—Si bonds in single crystal silicon having a <111> structure. Impurity O atoms occupy interstitial positions in single-crystal silicon, and are in the form of interrupting between <111> Si—Si bonds.

以上のことから、配位数と、Siとの結合距離に起因する歪みが原因となり、O原子の格子間不純物よりのN原子の方が、シリコンの結晶性を低減すると考えられる。 From the above, it is considered that the strain caused by the coordination number and the bond distance with Si causes N atoms to reduce crystallinity of silicon rather than interstitial impurities of O atoms.

これらのことから、微結晶半導体層の下地層を本実施の形態のように、シリコンを含む堆積性気体と、窒素を含む酸化気体と、水素とを用いて、窒素含有量の低い酸化シリコン層を形成することで、微結晶半導体層の結晶性を高めることができる。 Accordingly, a silicon oxide layer with a low nitrogen content is formed using a deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen as a base layer of the microcrystalline semiconductor layer as in this embodiment mode. By forming, the crystallinity of the microcrystalline semiconductor layer can be increased.

次に、図1(C)に示すように、第1の半導体層106上に第2の半導体層を堆積して、第1の半導体層106及び第2の半導体層で積層される第3の半導体層107を形成する。また、第3の半導体層107上に不純物半導体層109を形成し、不純物半導体層109上に導電層111を形成し、導電層111上にレジストマスク113を形成する。 Next, as illustrated in FIG. 1C, a second semiconductor layer is deposited over the first semiconductor layer 106, and the third semiconductor layer 106 and the second semiconductor layer are stacked. A semiconductor layer 107 is formed. Further, the impurity semiconductor layer 109 is formed over the third semiconductor layer 107, the conductive layer 111 is formed over the impurity semiconductor layer 109, and the resist mask 113 is formed over the conductive layer 111.

ここでは、第1の半導体層106を種結晶として、部分的に結晶成長させる条件で第2の半導体層を形成する。なお、プラズマCVD装置の処理室内において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。窒素を含む気体としては、アンモニア、窒素、フッ化窒素、塩化窒素等があるが、これに限定されず窒素を有する気体であればよい。 Here, the first semiconductor layer 106 is used as a seed crystal, and the second semiconductor layer is formed under the condition of partial crystal growth. Note that a deposition gas containing silicon or germanium, a gas containing hydrogen, and a gas containing nitrogen are mixed in a treatment chamber of a plasma CVD apparatus and formed by glow discharge plasma. Examples of the gas containing nitrogen include ammonia, nitrogen, nitrogen fluoride, nitrogen chloride, and the like.

このとき、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比は、第1の半導体層106と同様に微結晶半導体層を形成する流量比を用い、原料ガスに窒素を含む気体を用いることで、第1の半導体層106の成膜条件よりも、結晶成長を低減する条件とすることができる。 At this time, a flow rate ratio between a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen is a flow rate ratio for forming a microcrystalline semiconductor layer similarly to the first semiconductor layer 106, and a gas containing nitrogen is used as a source gas. Thus, the crystal growth can be reduced more than the film formation conditions of the first semiconductor layer 106.

ここでは、微結晶半導体層を形成する条件の代表例は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体の流量に対する水素の流量が10〜2000倍、好ましくは50〜200倍である。 Here, as a typical example of the conditions for forming the microcrystalline semiconductor layer, the flow rate of hydrogen is 10 to 2000 times, preferably 50 to 200 times that of the deposition gas containing silicon or germanium.

また、第2の半導体層の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを導入し、成膜速度を高めることができる。 In addition, a deposition gas can be increased by introducing a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon into the source gas of the second semiconductor layer.

なお、第2の半導体層の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを導入する場合は、第2の半導体層の結晶性が上昇してしまい、薄膜トランジスタのオフ電流が高くなるため、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体との混合比を制御することが好ましい。代表的には、非晶質性を高める条件である水素に対するシリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を増やす条件とすることで、混合層107b、及び非晶質半導体を含む層107cの結晶性と非晶質性を制御することが可能である。 Note that when a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon is introduced into the source gas of the second semiconductor layer, the crystallinity of the second semiconductor layer is increased, and the off current of the thin film transistor is reduced. Therefore, it is preferable to control the mixing ratio of the deposition gas containing silicon or germanium, the gas containing hydrogen, and the gas containing nitrogen. Typically, by increasing the deposition gas containing silicon or germanium with respect to hydrogen, which is a condition for increasing the amorphous property, the mixed layer 107b and the layer 107c containing an amorphous semiconductor have non-crystallinity and non-crystallinity. It is possible to control the crystallinity.

第2の半導体層の堆積初期においては、第1の半導体層106を種結晶として、第1の半導体層106上に微結晶半導体層が堆積される(堆積初期)。この後、部分的に、結晶成長が抑制され、錐形状の微結晶半導体領域が成長する(堆積中期)。さらに、錐形状の微結晶半導体領域の結晶成長が抑制され、非晶質半導体を含む層が形成される(堆積後期)。 In the initial stage of deposition of the second semiconductor layer, a microcrystalline semiconductor layer is deposited on the first semiconductor layer 106 using the first semiconductor layer 106 as a seed crystal (initial stage of deposition). Thereafter, the crystal growth is partially suppressed, and a conical microcrystalline semiconductor region grows (mid-deposition stage). Furthermore, crystal growth of the conical microcrystalline semiconductor region is suppressed, and a layer containing an amorphous semiconductor is formed (late deposition).

このことから、図1(C)及び図6(A)に示す第3の半導体層107において、酸化シリコン層105に接する微結晶半導体層107aが、第1の半導体層106及び、第2の半導体層の堆積初期に形成される微結晶半導体層に相当する。 Accordingly, in the third semiconductor layer 107 illustrated in FIGS. 1C and 6A, the microcrystalline semiconductor layer 107a in contact with the silicon oxide layer 105 is formed using the first semiconductor layer 106 and the second semiconductor layer 106. This corresponds to a microcrystalline semiconductor layer formed in the initial stage of layer deposition.

また、図1(C)及び図6(A)に示す第3の半導体層107において、混合層107bは、第2の半導体層の堆積中期に形成される錐状の微結晶半導体領域108a、及びその間を充填する非晶質半導体領域108bに相当する。 In addition, in the third semiconductor layer 107 illustrated in FIGS. 1C and 6A, the mixed layer 107b includes a conical microcrystalline semiconductor region 108a formed in the middle stage of deposition of the second semiconductor layer, and This corresponds to the amorphous semiconductor region 108b filling the gap.

また、図1(C)及び図6(A)に示す第3の半導体層107において、非晶質半導体を含む層107cは、第2の半導体層の堆積後期に形成される非晶質半導体を含む層に相当する。 In addition, in the third semiconductor layer 107 illustrated in FIGS. 1C and 6A, the layer 107c containing an amorphous semiconductor is formed using an amorphous semiconductor formed later in the deposition of the second semiconductor layer. Corresponds to the containing layer.

微結晶半導体層107aは、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体で形成される。微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、結晶粒径が2nm以上200nm以下、好ましくは10nm以上80nm以下、より好ましくは、20nm以上50nm以下の柱状結晶または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長している。このため、柱状結晶または針状結晶の界面には、結晶粒界が形成される場合もある。 The microcrystalline semiconductor layer 107a is formed using a semiconductor having an intermediate structure between amorphous and crystalline structures (including single crystal and polycrystal). A microcrystalline semiconductor is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, is a crystalline semiconductor having a short-range order and lattice distortion, and has a crystal grain size of 2 nm to 200 nm, preferably 10 nm. Columnar crystals or needle-like crystals having a thickness of 80 nm or more and more preferably 20 nm or more and 50 nm or less grow in the normal direction with respect to the substrate surface. For this reason, a crystal grain boundary may be formed at the interface between the columnar crystal or the needle crystal.

微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体が得られる。このような微結晶半導体に関する記述は、例えば、米国特許4,409,134号で開示されている。 Microcrystalline silicon which is a typical example of a microcrystalline semiconductor has a Raman spectrum shifted to a lower wave number side than 520 cm −1 indicating single crystal silicon. That is, the peak of the Raman spectrum of microcrystalline silicon is between 520 cm −1 indicating single crystal silicon and 480 cm −1 indicating amorphous silicon. In addition, at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is contained to terminate dangling bonds (dangling bonds). Further, by adding a rare gas element such as helium, argon, neon, krypton, or xenon to further promote lattice distortion, a stable microcrystalline semiconductor with improved stability can be obtained. A description of such a microcrystalline semiconductor is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,409,134.

非晶質半導体を含む層107cは、欠陥が少なく秩序性の高い非晶質構造を有する。また、非晶質半導体を含む層107cは、窒素、NH基、またはNH基を有する。このときの、窒素の濃度は、1×1020cm−3乃至1×1021cm−3、好ましくは2×1020atoms/cm以上1×1021atoms/cm以下である。さらには、非晶質構造に加え、粒径が1nm以上10nm以下、好ましくは1nm以上5nm以下の結晶粒を含む場合もある。ここでの非晶質半導体を含む層は、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素との流量比が、第1の半導体層106と同様に微結晶半導体層を形成する条件を用い、原料ガスに窒素を含む気体を用いることで形成できる。ここでの非晶質半導体を含む層とは、CPMや低温LPで測定すると、Urbach端のエネルギーが小さく、また、バンドギャップにおける準位のテール(裾)の傾きが急峻である半導体層である。即ち、欠陥が少なく、秩序性が高い半導体層である。このような非晶質半導体を含む層は、電子帯のバンド端における準位のテール(裾)の傾きが急峻であるため、バンドギャップが広くなり、トンネル電流が流れにくくなる。この結果、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。 The layer 107c containing an amorphous semiconductor has an amorphous structure with few defects and high order. The layer 107c containing an amorphous semiconductor has nitrogen, an NH group, or an NH 2 group. At this time, the concentration of nitrogen is 1 × 10 20 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , preferably 2 × 10 20 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. Furthermore, in addition to the amorphous structure, crystal grains having a grain size of 1 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 5 nm may be included. Here, the layer containing an amorphous semiconductor is formed using a material in which a flow rate ratio between a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen is the same as that of the first semiconductor layer 106 to form a microcrystalline semiconductor layer. It can be formed by using a gas containing nitrogen as the gas. Here, the layer containing an amorphous semiconductor is a semiconductor layer having a small energy at the Urbach edge and a steep inclination of the level tail in the band gap when measured by CPM or low-temperature LP. . That is, the semiconductor layer has few defects and high order. Such a layer containing an amorphous semiconductor has a steep inclination of the level tail at the band edge of the electron band, so that the band gap becomes wide and the tunnel current hardly flows. As a result, the off-state current of the thin film transistor can be reduced.

なお、非晶質半導体を含む層107cの非晶質半導体とは、代表的にはアモルファスシリコンである。 Note that the amorphous semiconductor of the layer 107c containing an amorphous semiconductor is typically amorphous silicon.

図6(A)に示すように、混合層107bは、微結晶半導体層107a及び非晶質半導体を含む層107cの間に設けられる。また、混合層107bは、微結晶半導体領域108a、及び当該微結晶半導体領域108aの間に充填される非晶質半導体領域108bを有する。具体的には、微結晶半導体層107aから凸状に伸びた微結晶半導体領域108aと、非晶質半導体を含む層107cと同様の半導体で形成される非晶質半導体領域108bとで形成される。 As illustrated in FIG. 6A, the mixed layer 107b is provided between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the layer 107c containing an amorphous semiconductor. The mixed layer 107b includes a microcrystalline semiconductor region 108a and an amorphous semiconductor region 108b filled between the microcrystalline semiconductor region 108a. Specifically, a microcrystalline semiconductor region 108a extending in a convex shape from the microcrystalline semiconductor layer 107a and an amorphous semiconductor region 108b formed using the same semiconductor as the layer 107c containing an amorphous semiconductor are formed. .

非晶質半導体を含む層107cを、欠陥が少なく、価電子帯のバンド端における準位のテール(裾)の傾きが急峻である秩序性の高い半導体層で形成することで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。また、混合層107bにおいて、錐形状の微結晶半導体領域108aを有するため、縦方向(膜厚方向)における抵抗、即ち、混合層107bと、ソース領域またはドレイン領域との間の抵抗を下げることが可能であり、薄膜トランジスタのオン電流を高めることが可能である。 By forming the layer 107c containing an amorphous semiconductor with a highly ordered semiconductor layer with few defects and a steep inclination of the level tail at the band edge of the valence band, the off-state current of the thin film transistor Can be reduced. In addition, since the mixed layer 107b includes the conical microcrystalline semiconductor region 108a, resistance in the vertical direction (film thickness direction), that is, resistance between the mixed layer 107b and the source region or the drain region can be reduced. It is possible to increase the on-state current of the thin film transistor.

なお、混合層107bに含まれる微結晶半導体領域108aは微結晶半導体層107aと概略同質の半導体であり、また、混合層107bに含まれる非晶質半導体領域108bは非晶質半導体を含む層107cと概略同質の半導体である。このため、微結晶半導体層と、非晶質半導体を含む層の界面が、混合層107bにおける微結晶半導体領域108a及び非晶質半導体領域108bの界面に相当するため、微結晶半導体層と、非晶質半導体を含む層の界面が凹凸状であるともいえる。 Note that the microcrystalline semiconductor region 108a included in the mixed layer 107b is substantially the same semiconductor as the microcrystalline semiconductor layer 107a, and the amorphous semiconductor region 108b included in the mixed layer 107b is a layer 107c containing an amorphous semiconductor. It is a semiconductor of almost the same quality. Therefore, the interface between the microcrystalline semiconductor layer and the layer containing an amorphous semiconductor corresponds to the interface between the microcrystalline semiconductor region 108a and the amorphous semiconductor region 108b in the mixed layer 107b. It can be said that the interface of the layer containing a crystalline semiconductor is uneven.

また、図6(B)に示すように、混合層107bは、微結晶半導体層107a及び不純物半導体層109の間に設けられ、混合層107bと不純物半導体層109との間に、非晶質半導体を含む層107cが形成されない構成となる場合がある。このような場合は、図6(B)に示す構造においては、非晶質半導体領域108bに対する微結晶半導体領域108aの割合が低いことが好ましい。この結果、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。また、混合層107bにおいて、縦方向(膜厚方向)における抵抗、即ち、第3の半導体層107と、ソース領域またはドレイン領域との間の抵抗を下げることが可能であり、薄膜トランジスタのオン電流を高めることが可能である。 As shown in FIG. 6B, the mixed layer 107b is provided between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the impurity semiconductor layer 109, and an amorphous semiconductor is interposed between the mixed layer 107b and the impurity semiconductor layer 109. There is a case where the layer 107c containing is not formed. In such a case, in the structure illustrated in FIG. 6B, the ratio of the microcrystalline semiconductor region 108a to the amorphous semiconductor region 108b is preferably low. As a result, the off-state current of the thin film transistor can be reduced. Further, in the mixed layer 107b, resistance in the vertical direction (film thickness direction), that is, resistance between the third semiconductor layer 107 and the source region or the drain region can be reduced, and the on-state current of the thin film transistor can be reduced. It is possible to increase.

微結晶半導体領域108aは、酸化シリコン層105から非晶質半導体を含む層107cへ向けて、先端が狭まる凸状の微結晶半導体である。なお、酸化シリコン層105から非晶質半導体を含む層107cへ向けて幅が広がる凸の微結晶半導体であってもよい。 The microcrystalline semiconductor region 108a is a convex microcrystalline semiconductor with a tip narrowed from the silicon oxide layer 105 toward the layer 107c containing an amorphous semiconductor. Note that a convex microcrystalline semiconductor whose width increases from the silicon oxide layer 105 toward the layer 107c containing an amorphous semiconductor may be used.

混合層107bにおいては、微結晶半導体領域108aは、酸化シリコン層105から非晶質半導体を含む層107cへ向けて、先端が狭まる凸状の結晶粒の場合は、微結晶半導体層107a側のほうが、非晶質半導体を含む層107c側と比較して、微結晶半導体領域の割合が高い。これは、微結晶半導体層107aの表面から、微結晶半導体領域108aが膜厚方向に成長するが、原料ガスに窒素を含むガスを含ませる、または原料ガスに窒素を含むガスを含ませつつ、微結晶半導体膜の成膜条件よりシランに対する水素の流量を低減すると、微結晶半導体領域108aの結晶粒の成長が抑制され、錐状の結晶粒となるとともに、やがて非晶質半導体を含む層のみが堆積するためである。 In the mixed layer 107b, in the case where the microcrystalline semiconductor region 108a is a convex crystal grain with a tip narrowed from the silicon oxide layer 105 to the layer 107c containing an amorphous semiconductor, the microcrystalline semiconductor layer 107a side is more The ratio of the microcrystalline semiconductor region is higher than that of the amorphous semiconductor-containing layer 107c side. This is because the microcrystalline semiconductor region 108a grows in the film thickness direction from the surface of the microcrystalline semiconductor layer 107a, but the source gas contains a gas containing nitrogen or the source gas contains a gas containing nitrogen, When the flow rate of hydrogen with respect to silane is reduced according to the deposition conditions of the microcrystalline semiconductor film, the growth of crystal grains in the microcrystalline semiconductor region 108a is suppressed to become cone-shaped crystal grains, and only a layer including an amorphous semiconductor is eventually formed. This is because of deposition.

また、混合層107bは、窒素、代表的にはNH基、またはNH基を有する。これは、微結晶半導体領域108aに含まれる結晶粒の界面、微結晶半導体領域108aと非晶質半導体領域108bとの界面において、窒素、代表的にはNH基またはNH基が、シリコン原子のダングリングボンドと結合すると、欠陥が低減するためである。このため、窒素を1×1020cm−3乃至1×1021cm−3、好ましくは2×1020atoms/cm以上1×1021atoms/cm以下とすることで、シリコン原子のダングリングボンドを窒素、好ましくはNH基で架橋しやすくなり、キャリアが流れやすくなる。または、上記した界面における半導体原子のダングリングボンドがNH基で終端されて、欠陥準位が消失する。この結果、オン状態でソース電極及びドレイン電極の間に電圧が印加されたときの縦方向(厚さ方向)の抵抗が低減する。即ち、薄膜トランジスタの電界効果移動度とオン電流が増加する。 The mixed layer 107b includes nitrogen, typically an NH group or an NH 2 group. This is because nitrogen, typically an NH group or an NH 2 group, is formed of silicon atoms at an interface between crystal grains included in the microcrystalline semiconductor region 108a and an interface between the microcrystalline semiconductor region 108a and the amorphous semiconductor region 108b. This is because defects are reduced when combined with dangling bonds. Therefore, dangling of silicon atoms is achieved by setting nitrogen to 1 × 10 20 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , preferably 2 × 10 20 atoms / cm 3 to 1 × 10 21 atoms / cm 3. The ring bond is easily cross-linked with nitrogen, preferably with an NH group, and the carrier flows easily. Alternatively, the dangling bonds of the semiconductor atoms at the interface described above are terminated with NH 2 groups, and the defect level disappears. As a result, resistance in the vertical direction (thickness direction) when a voltage is applied between the source electrode and the drain electrode in the on state is reduced. That is, the field effect mobility and the on-current of the thin film transistor are increased.

また、混合層107bの酸素濃度を低減することにより、微結晶半導体領域108aと非晶質半導体領域108bとの界面や、微結晶半導体領域108aの界面におけるキャリアの移動を阻害する結合を低減することができる。 In addition, by reducing the oxygen concentration in the mixed layer 107b, the bond that hinders the movement of carriers at the interface between the microcrystalline semiconductor region 108a and the amorphous semiconductor region 108b or the interface between the microcrystalline semiconductor regions 108a can be reduced. Can do.

なお、ここでは、微結晶半導体層107aは、概略厚さが等しい領域をいう。また、微結晶半導体層107aと混合層107bとの界面は、微結晶半導体領域108aと非晶質半導体領域108bとの界面における平坦部において、酸化シリコン層105に最も近い領域を延長した領域をいう。なお、微結晶半導体層107aと混合層107bとの間に示す直線状の破線、及び混合層107bと非晶質半導体を含む層107cとの間に示す直線状の破線は、それぞれの界面を示すために表したものであり、実際には、微結晶半導体層107aと混合層107bとの界面、及び混合層107bと非晶質半導体を含む層107cとの界面は不明瞭となる。 Note that here, the microcrystalline semiconductor layer 107a refers to a region having substantially the same thickness. The interface between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b is a region obtained by extending a region closest to the silicon oxide layer 105 in a flat portion at the interface between the microcrystalline semiconductor region 108a and the amorphous semiconductor region 108b. . Note that a straight dashed line between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b and a straight dashed line between the mixed layer 107b and the layer 107c containing an amorphous semiconductor indicate respective interfaces. In actuality, the interface between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b and the interface between the mixed layer 107b and the layer 107c containing an amorphous semiconductor are unclear.

微結晶半導体層107a及び混合層107bの厚さの合計、即ち、酸化シリコン層105の界面から、混合層107bの凸部の先端の距離は、3nm以上80nm以下、好ましくは5nm以上30nm以下とすることで、薄膜トランジスタのオフ電流を低減できる。 The total thickness of the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b, that is, the distance from the interface of the silicon oxide layer 105 to the tip of the convex portion of the mixed layer 107b is 3 nm to 80 nm, preferably 5 nm to 30 nm. Thus, the off-state current of the thin film transistor can be reduced.

また、第2の半導体層の原料ガスとして、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と共に、窒素を含む気体を用いることで、混合層107b、及び非晶質半導体を含む層107cの結晶性と非晶質性を制御することが可能である。 Further, by using a deposition gas containing silicon or germanium as a source gas for the second semiconductor layer and a gas containing nitrogen together with hydrogen, the mixed layer 107b and the crystallinity of the layer 107c containing an amorphous semiconductor are used. It is possible to control the amorphousness.

次に、第3の半導体層107上に不純物半導体層109を形成する。不純物半導体層109は、プラズマCVD装置の処理室内において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、フォスフィン(水素希釈またはシラン希釈)とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体を水素で希釈して、リンが添加されたアモルファスシリコン、リンが添加された微結晶シリコン、リンが添加されたアモルファスシリコンゲルマニウム、リンが添加された微結晶シリコンゲルマニウム、リンが添加されたアモルファスゲルマニウム、リンが添加された微結晶ゲルマニウム等を形成する。 Next, the impurity semiconductor layer 109 is formed over the third semiconductor layer 107. The impurity semiconductor layer 109 is formed by glow discharge plasma in a processing chamber of a plasma CVD apparatus by mixing a deposition gas containing silicon or germanium, hydrogen, and phosphine (hydrogen dilution or silane dilution). A deposition gas containing silicon or germanium is diluted with hydrogen, and amorphous silicon to which phosphorus is added, microcrystalline silicon to which phosphorus is added, amorphous silicon germanium to which phosphorus is added, and microcrystalline silicon germanium to which phosphorus is added Amorphous germanium to which phosphorus is added, microcrystalline germanium to which phosphorus is added, and the like are formed.

また、不純物半導体層109の原料ガスに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン等の希ガスを導入し、成膜速度を高めることができる。 Further, a rare gas such as helium, argon, neon, krypton, or xenon can be introduced into the source gas of the impurity semiconductor layer 109 to increase the deposition rate.

なお、第3の半導体層107と、後に形成されるソース電極及びドレイン電極125とがオーミックコンタクトをする場合は、不純物半導体層109を形成しなくともよい。 Note that in the case where the third semiconductor layer 107 and the source and drain electrodes 125 to be formed later are in ohmic contact, the impurity semiconductor layer 109 is not necessarily formed.

窒素を含む絶縁層104の形成から不純物半導体層の形成までについて、図7に示すタイムチャートを参照して以下に説明する。 A process from formation of the insulating layer 104 containing nitrogen to formation of the impurity semiconductor layer will be described below with reference to a time chart shown in FIG.

まず、ゲート電極103が形成された基板を、実施の形態2に示すCVD装置の処理室241内にて加熱しつつ、窒素を含む絶縁層として窒化シリコン層を形成するために、窒化シリコンの堆積に用いる材料ガスを処理室241内に導入する(図7の予備処理201)。ここでは、一例として、SiHの流量を40sccm、Hの流量を500sccm、Nの流量を550sccm、NHの流量を140sccmとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を100Pa、基板の温度を280℃とし、370Wの出力によりプラズマ放電を行うことで、約110nmの窒化シリコン層を形成する。なお、窒化シリコン層の原料ガスは、SiHのほかに、少なくともNHまたはNを用いればよい。 First, deposition of silicon nitride is performed to form a silicon nitride layer as an insulating layer containing nitrogen while heating the substrate over which the gate electrode 103 is formed in the treatment chamber 241 of the CVD apparatus described in Embodiment 2. The material gas used for the process is introduced into the process chamber 241 (preliminary process 201 in FIG. 7). Here, as an example, the flow rate of SiH 4 is 40 sccm, the flow rate of H 2 is 500 sccm, the flow rate of N 2 is 550 sccm, the flow rate of NH 3 is 140 sccm, the material gas is introduced and stabilized, and the pressure in the processing chamber is 100 Pa, The substrate temperature is set to 280 ° C., and plasma discharge is performed with an output of 370 W, thereby forming a silicon nitride layer of about 110 nm. Note that the source gas for the silicon nitride layer may be at least NH 3 or N 2 in addition to SiH 4 .

その後、SiHの供給のみを停止して数秒後(ここでは、5秒)にプラズマの放電を停止させる(図7のSiN形成203)。これは、処理室内にSiHが存在する状態でプラズマの放電を停止させると、シリコンを主成分とする粒状物又は粉状物が形成され、歩留まりを低下させる原因となるためである。 Thereafter, only the supply of SiH 4 is stopped, and after several seconds (here, 5 seconds), plasma discharge is stopped (SiN formation 203 in FIG. 7). This is because if the plasma discharge is stopped in a state where SiH 4 exists in the processing chamber, a granular material or a powdery material containing silicon as a main component is formed, which causes a decrease in yield.

次に、窒化シリコン層の堆積に用いた材料ガスを排気し、酸化シリコン層の堆積に用いる材料ガスを処理室241内に導入する(図7のガス置換205)。ここでは、一例として、SiHの流量を10sccm、NOの流量を800sccm、Hの流量を1500sccm、とし、材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を280Pa、基板の温度を280℃として50Wの出力によりプラズマ放電を行うことで、約110nmの酸化シリコン層を形成する。その後、窒化シリコン層と同様に、SiHの供給のみを停止し、その数秒後(ここでは、5秒)にプラズマの放電を停止させる(図7のSiO2形成207)。 Next, the material gas used for depositing the silicon nitride layer is exhausted, and the material gas used for depositing the silicon oxide layer is introduced into the processing chamber 241 (gas replacement 205 in FIG. 7). Here, as an example, the flow rate of SiH 4 is 10 sccm, the flow rate of N 2 O is 800 sccm, the flow rate of H 2 is 1500 sccm, the material gas is introduced and stabilized, the pressure in the processing chamber is 280 Pa, and the temperature of the substrate is By performing plasma discharge at 280 ° C. and an output of 50 W, a silicon oxide layer of about 110 nm is formed. Thereafter, similarly to the silicon nitride layer, only the supply of SiH 4 is stopped, and after a few seconds (here, 5 seconds), plasma discharge is stopped (SiO 2 formation 207 in FIG. 7).

上記の工程により、窒素含有量を低減した酸化シリコン層105を形成することができる。酸化シリコン層105の形成後、基板101を処理室241から搬出する(図7のunload225)。 Through the above steps, the silicon oxide layer 105 with reduced nitrogen content can be formed. After the silicon oxide layer 105 is formed, the substrate 101 is unloaded from the processing chamber 241 (unload 225 in FIG. 7).

基板101を処理室241から搬出した後、処理室241に、例えばNFガスを導入し、処理室241内をクリーニングする(図7のクリーニング処理227)。その後、処理室241に非晶質シリコン層を形成する処理を行う(図7のプレコート処理229)。この処理により、処理室241の内壁に非晶質シリコン層が形成される。その後、基板101を処理室241内に搬入する(図7のload231)。 After unloading the substrate 101 from the processing chamber 241, for example, NF 3 gas is introduced into the processing chamber 241 to clean the inside of the processing chamber 241 (cleaning process 227 in FIG. 7). After that, a process for forming an amorphous silicon layer in the process chamber 241 is performed (precoat process 229 in FIG. 7). By this treatment, an amorphous silicon layer is formed on the inner wall of the treatment chamber 241. After that, the substrate 101 is carried into the processing chamber 241 (load 231 in FIG. 7).

次に、第1の半導体層106の堆積に用いる材料ガスを処理室241内に導入する(図7のガス置換209)。次に、酸化シリコン層105上に第1の半導体層106を形成する。ここでは、一例として、SiHの流量を10sccm、Hの流量を1500sccm、Arの流量を1500sccmとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を280Pa、基板の温度を280℃とし、50Wの出力によりプラズマ放電を行うことで、第1の半導体層106として、約5nmの微結晶シリコン層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、SiHの供給のみを停止し、その数秒後(ここでは、5秒)にプラズマの放電を停止させる(図7の第1の半導体層形成211)。 Next, a material gas used for deposition of the first semiconductor layer 106 is introduced into the treatment chamber 241 (gas replacement 209 in FIG. 7). Next, the first semiconductor layer 106 is formed over the silicon oxide layer 105. Here, as an example, the flow rate of SiH 4 is 10 sccm, the flow rate of H 2 is 1500 sccm, the flow rate of Ar is 1500 sccm, the material gas is introduced and stabilized, the pressure in the processing chamber is 280 Pa, the substrate temperature is 280 ° C., By performing plasma discharge with an output of 50 W, a microcrystalline silicon layer with a thickness of about 5 nm can be formed as the first semiconductor layer 106. Thereafter, similarly to the formation of the silicon nitride layer and the like described above, only the supply of SiH 4 is stopped, and after several seconds (here, 5 seconds), plasma discharge is stopped (formation of the first semiconductor layer in FIG. 7). 211).

その後、これらのガスを排気し、第2の半導体層の堆積に用いるガスを導入する(図7のガス置換215)。 Thereafter, these gases are exhausted, and a gas used for depositing the second semiconductor layer is introduced (gas replacement 215 in FIG. 7).

次に、第2の半導体層を形成し、第1の半導体層106及び第2の半導体層が積層された第3の半導体層107を形成する。ここでは、一例として、SiHの流量を30sccm、Hの流量を1425sccm、1000ppmのNH(水素希釈)の流量を25sccmとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を280Pa、基板の温度を280℃とし、RF電源周波数13.56MHz、RF電源の電力50Wの出力によりプラズマ放電を行い、約150nmの第2の半導体層を形成する。具体的には、微結晶半導体層107a、混合層107b、及び非晶質半導体を含む層107cを形成する。当該工程において、アンモニアがプラズマ放電により解離し、NH基またはNH基を生成する。または、Nが脱離する。このため、第3の半導体層107には窒素が含まれる。さらには、NH基またはNH基が含まれる。このため、第2の半導体層が堆積される際に、ダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位を低減することができる(図7の第2の半導体層形成217)。 Next, a second semiconductor layer is formed, and a third semiconductor layer 107 in which the first semiconductor layer 106 and the second semiconductor layer are stacked is formed. Here, as an example, the flow rate of SiH 4 is 30 sccm, the flow rate of H 2 is 1425 sccm, the flow rate of 1000 ppm NH 3 (hydrogen dilution) is 25 sccm, the material gas is introduced and stabilized, the pressure in the processing chamber is 280 Pa, the substrate The temperature is set to 280 ° C., plasma discharge is performed by the output of RF power frequency of 13.56 MHz and the power of the RF power source of 50 W to form a second semiconductor layer of about 150 nm. Specifically, a microcrystalline semiconductor layer 107a, a mixed layer 107b, and a layer 107c containing an amorphous semiconductor are formed. In this process, ammonia is dissociated by plasma discharge to generate NH groups or NH 2 groups. Or, N is eliminated. Therefore, the third semiconductor layer 107 contains nitrogen. Furthermore, an NH group or an NH 2 group is included. Therefore, when the second semiconductor layer is deposited, dangling bonds are bridged or terminated, and the defect level can be reduced (second semiconductor layer formation 217 in FIG. 7).

なお、処理室に窒素を有するガスとして、第2の半導体層形成217において、アンモニアの代わりに、破線232で示すように窒素ガスを流してもよい。または、アンモニア及び窒素ガスを流しても良い。この結果、第3の半導体層107に窒素が含まれる。さらには、NH基またはNH基が含まれる。このため、第3の半導体層107のダングリングボンドがNH基で架橋され、欠陥準位が低減する。または、半導体層107のダングリングボンドがNH基で終端され、欠陥準位が低減する。 Note that as the gas containing nitrogen in the treatment chamber, nitrogen gas may be flowed in the second semiconductor layer formation 217 instead of ammonia as indicated by a broken line 232. Alternatively, ammonia and nitrogen gas may be flowed. As a result, the third semiconductor layer 107 contains nitrogen. Furthermore, an NH group or an NH 2 group is included. Therefore, dangling bonds in the third semiconductor layer 107 are cross-linked with NH groups, and the defect level is reduced. Alternatively, dangling bonds in the semiconductor layer 107 are terminated with NH 2 groups, and the defect level is reduced.

このような方法により形成した第3の半導体層107において、二次イオン質量分析法によって計測される窒素濃度は、微結晶半導体層107aの上方、または微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍から、不純物半導体層の界面まで一定の濃度を示す。なお、微結晶半導体層107aの上方、または微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍にピーク濃度を有する場合もある。 In the third semiconductor layer 107 formed by such a method, the nitrogen concentration measured by secondary ion mass spectrometry is higher than the microcrystalline semiconductor layer 107a or between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b. A constant concentration is exhibited from the vicinity of the interface to the interface of the impurity semiconductor layer. Note that there may be a peak concentration above the microcrystalline semiconductor layer 107a or in the vicinity of the interface between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b.

また、第2の半導体層形成217において、破線234で示すように、原料ガスとして希ガスを用いてもよい。この結果、第2の半導体層の成長速度を速めることが可能である。 In the second semiconductor layer formation 217, a rare gas may be used as a source gas as indicated by a broken line 234. As a result, the growth rate of the second semiconductor layer can be increased.

その後、これらのガスを排気し、不純物半導体層109の堆積に用いるガスを導入する(図7のガス置換219)。 After that, these gases are exhausted, and a gas used for depositing the impurity semiconductor layer 109 is introduced (gas replacement 219 in FIG. 7).

次に、第3の半導体層107上の全面に不純物半導体層109を形成する。不純物半導体層109は、後の工程でパターン形成されてソース領域及びドレイン領域127となるものである。まず、不純物半導体層109の堆積に用いる材料ガスを処理室241内に導入する。ここでは、一例として、SiHの流量を100sccm、PHをHにより0.5vol%まで希釈した混合ガスの流量を170sccmとして材料ガスを導入して安定させる。処理室241内の圧力を280Pa、基板の温度を280℃とし、60Wの出力によりプラズマ放電を行うことで、約50nmのリンを含むアモルファスシリコン層を形成することができる。その後、上記した窒化シリコン等の形成と同様に、SiHの供給のみを停止し、その数秒後(ここでは、5秒)にプラズマの放電を停止させる(図7の不純物半導体層形成221)。その後、これらのガスを排気する(図7の排気223)。 Next, the impurity semiconductor layer 109 is formed over the entire surface of the third semiconductor layer 107. The impurity semiconductor layer 109 is formed into a pattern in a later step and becomes a source region and a drain region 127. First, a material gas used for deposition of the impurity semiconductor layer 109 is introduced into the treatment chamber 241. Here, as an example, the material gas is introduced and stabilized by setting the flow rate of SiH 4 to 100 sccm and the flow rate of the mixed gas obtained by diluting PH 3 to 0.5 vol% with H 2 to 170 sccm. An amorphous silicon layer containing phosphorus of about 50 nm can be formed by performing a plasma discharge with an output of 60 W at a pressure in the treatment chamber 241 of 280 Pa and a substrate temperature of 280 ° C. Thereafter, similarly to the above-described formation of silicon nitride or the like, only the supply of SiH 4 is stopped, and after several seconds (here, 5 seconds), plasma discharge is stopped (impurity semiconductor layer formation 221 in FIG. 7). Thereafter, these gases are exhausted (exhaust 223 in FIG. 7).

以上説明したように、不純物半導体層109までを形成することができる。 As described above, up to the impurity semiconductor layer 109 can be formed.

その後、不純物半導体層109の原料ガスを排気する(図7の排気223)。 After that, the source gas of the impurity semiconductor layer 109 is exhausted (exhaust 223 in FIG. 7).

導電層111は、アルミニウム、銅、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン、クロム、タンタル若しくはタングステン等により単層で、又は積層して形成することができる。または、ヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金(代表的には、ゲート電極103に用いることができるAl−Nd合金等)により形成してもよい。また、ドナーとなる不純物元素を添加した結晶性シリコンを用いてもよい。ドナーとなる不純物元素が添加された結晶性シリコンと接する側の層を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン又はこれらの元素の窒化物により形成し、その上にアルミニウム又はアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウム又はアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン又はこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。例えば、導電層121として、アルミニウム層を窒化チタン層で挟んだ層の積層構造とするとよい。 The conductive layer 111 can be formed as a single layer or a stacked layer using aluminum, copper, titanium, neodymium, scandium, molybdenum, chromium, tantalum, tungsten, or the like. Alternatively, an aluminum alloy to which a hillock preventing element is added (typically, an Al—Nd alloy that can be used for the gate electrode 103) may be used. Alternatively, crystalline silicon to which an impurity element which serves as a donor is added may be used. The layer on the side in contact with the crystalline silicon to which the impurity element to be a donor is added is formed of titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, or nitride of these elements, and a laminated structure in which aluminum or an aluminum alloy is formed thereon Also good. Furthermore, a laminated structure in which the upper and lower surfaces of aluminum or an aluminum alloy are sandwiched between titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, or nitrides of these elements may be employed. For example, the conductive layer 121 may have a stacked structure in which an aluminum layer is sandwiched between titanium nitride layers.

導電層111は、CVD法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて形成する。また、導電層111は、銀、金または銅等の導電性ナノペーストを用いてスクリーン印刷法またはインクジェット法等を用いて吐出し、焼成することで形成しても良い。 The conductive layer 111 is formed by a CVD method, a sputtering method, or a vacuum evaporation method. Alternatively, the conductive layer 111 may be formed by discharging and baking a conductive nanopaste of silver, gold, copper, or the like using a screen printing method, an inkjet method, or the like.

次に、フォトリソグラフィ工程により、導電層111上に、レジストマスクを形成する。レジストマスク113は厚さの異なる領域を有する。このようなレジストマスクは、多階調マスクを用いて形成することができる。多階調マスクを用いることで、使用するフォトマスクの枚数が低減され、作製工程数が減少するため好ましい。本実施の形態において、第3の半導体層107のパターンを形成する工程と、ソース領域とドレイン領域を分離する工程において、多階調マスクを用いることができる。 Next, a resist mask is formed over the conductive layer 111 by a photolithography process. The resist mask 113 has regions with different thicknesses. Such a resist mask can be formed using a multi-tone mask. It is preferable to use a multi-tone mask because the number of photomasks to be used is reduced and the number of manufacturing steps is reduced. In this embodiment, a multi-tone mask can be used in the step of forming the pattern of the third semiconductor layer 107 and the step of separating the source region and the drain region.

多階調マスクとは、多段階の光量で露光を行うことが可能なマスクであり、代表的には、露光領域、半露光領域及び未露光領域の3段階の光量で露光を行う。多階調マスクを用いることで、一度の露光及び現像工程によって、複数(代表的には二種類)の厚さを有するレジストマスクを形成することができる。そのため、多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することができる。 A multi-tone mask is a mask that can be exposed with multiple levels of light, and typically, exposure is performed with three levels of light: an exposed area, a half-exposed area, and an unexposed area. By using a multi-tone mask, a resist mask having a plurality of thicknesses (typically two types) can be formed by one exposure and development process. Therefore, the number of photomasks can be reduced by using a multi-tone mask.

図8(A−1)及び図8(B−1)は、代表的な多階調マスクの断面図を示す。図8(A−1)にはグレートーンマスク180を示し、図8(B−1)にはハーフトーンマスク185を示す。 8A-1 and 8B-1 are cross-sectional views of typical multi-tone masks. 8A-1 shows a gray tone mask 180, and FIG. 8B-1 shows a halftone mask 185. FIG.

図8(A−1)に示すグレートーンマスク180は、透光性を有する基板181上に遮光層により形成された遮光部182、及び遮光層のパターンにより設けられた回折格子部183で構成されている。 A gray-tone mask 180 illustrated in FIG. 8A-1 includes a light-blocking portion 182 formed using a light-blocking layer over a light-transmitting substrate 181 and a diffraction grating portion 183 provided using a pattern of the light-blocking layer. ing.

回折格子部183は、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔で設けられたスリット、ドットまたはメッシュ等を有することで、光の透過率を制御する。なお、回折格子部183に設けられるスリット、ドットまたはメッシュは周期的なものであってもよいし、非周期的なものであってもよい。 The diffraction grating unit 183 controls the light transmittance by having slits, dots, meshes, or the like provided at intervals equal to or less than the resolution limit of light used for exposure. Note that the slits, dots, or mesh provided in the diffraction grating portion 183 may be periodic or non-periodic.

透光性を有する基板181としては、石英等を用いることができる。遮光部182及び回折格子部183を構成する遮光層は、金属を用いて形成すればよく、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。 As the substrate 181 having a light-transmitting property, quartz or the like can be used. The light shielding layer constituting the light shielding portion 182 and the diffraction grating portion 183 may be formed using metal, and is preferably provided with chromium, chromium oxide, or the like.

グレートーンマスク180に露光するための光を照射した場合、図8(A−2)に示すように、遮光部182に重畳する領域における透光率は0%となり、遮光部182または回折格子部183が設けられていない領域における透光率は100%となる。また、回折格子部183における透光率は、概ね10〜70%の範囲であり、回折格子のスリット、ドットまたはメッシュの間隔等により調整可能である。 When the graytone mask 180 is irradiated with light for exposure, as shown in FIG. 8A-2, the light transmittance in the region overlapping the light shielding portion 182 becomes 0%, and the light shielding portion 182 or the diffraction grating portion. The transmissivity in the region where 183 is not provided is 100%. Further, the light transmittance in the diffraction grating portion 183 is generally in the range of 10 to 70%, and can be adjusted by the interval of slits, dots or meshes of the diffraction grating.

図8(B−1)に示すハーフトーンマスク185は、透光性を有する基板186上に半透光層により形成された半透光部187、及び遮光層により形成された遮光部188で構成されている。 A halftone mask 185 illustrated in FIG. 8B-1 includes a semi-transmissive portion 187 formed using a semi-transmissive layer over a light-transmitting substrate 186 and a light-blocking portion 188 formed using a light-blocking layer. Has been.

半透光部187は、MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSi等の層を用いて形成することができる。遮光部188は、グレートーンマスクの遮光層と同様の金属を用いて形成すればよく、好ましくはクロムまたは酸化クロム等により設けられる。 The semi-translucent portion 187 can be formed using a layer of MoSiN, MoSi, MoSiO, MoSiON, CrSi or the like. The light shielding portion 188 may be formed using the same metal as the light shielding layer of the gray tone mask, and is preferably provided with chromium, chromium oxide, or the like.

ハーフトーンマスク185に露光するための光を照射した場合、図8(B−2)に示すように、遮光部188に重畳する領域における透光率は0%となり、遮光部188または半透光部187が設けられていない領域における透光率は100%となる。また、半透光部187における透光率は、概ね10〜70%の範囲であり、形成する材料の種類または形成する膜厚等により、調整可能である。 When the exposure light is irradiated to the halftone mask 185, the light transmittance in the region overlapping with the light shielding portion 188 is 0% as shown in FIG. The light transmittance in the region where the portion 187 is not provided is 100%. The translucency in the semi-translucent portion 187 is approximately in the range of 10 to 70%, and can be adjusted by the type of material to be formed, the film thickness to be formed, or the like.

多階調マスクを用いて露光して現像を行うことで、厚さの異なる領域を有するレジストマスクを形成することができる。 By performing exposure and development using a multi-tone mask, a resist mask having regions with different thicknesses can be formed.

次に、レジストマスク113を用いて、第3の半導体層107、不純物半導体層109、及び導電層111をエッチングする。この工程により、第3の半導体層107、不純物半導体層109及び導電層111を素子毎に分離し、第3の半導体層115、不純物半導体層117、及び導電層119を形成する。なお、第3の半導体層115は、微結晶半導体層115a、混合層115b、及び非晶質半導体を含む層115cを有する(図1(D)を参照)。 Next, the third semiconductor layer 107, the impurity semiconductor layer 109, and the conductive layer 111 are etched using the resist mask 113. Through this step, the third semiconductor layer 107, the impurity semiconductor layer 109, and the conductive layer 111 are separated for each element, and the third semiconductor layer 115, the impurity semiconductor layer 117, and the conductive layer 119 are formed. Note that the third semiconductor layer 115 includes a microcrystalline semiconductor layer 115a, a mixed layer 115b, and a layer 115c containing an amorphous semiconductor (see FIG. 1D).

次に、レジストマスク113を後退させて、分離されたレジストマスク123を形成する。レジストマスクの後退には、酸素プラズマによるアッシングを用いればよい。ここでは、ゲート電極上で分離するようにレジストマスク113をアッシングすることで、レジストマスク123を形成することができる(図9(A)参照)。 Next, the resist mask 113 is moved backward to form a separated resist mask 123. For the receding of the resist mask, ashing using oxygen plasma may be used. Here, the resist mask 123 can be formed by ashing the resist mask 113 so as to be separated over the gate electrode (see FIG. 9A).

次に、レジストマスク123を用いて導電層119をエッチングし、ソース電極及びドレイン電極125を形成する(図9(B)を参照)。導電層119のエッチングは、ウェットエッチングを用いることが好ましい。ウェットエッチングにより、導電層が等方的にエッチングされる。その結果、導電層はレジストマスク123よりも内側に後退し、ソース電極及びドレイン電極125が形成される。ソース電極またはドレイン電極125は、ソース電極またはドレイン電極のみならず信号線としても機能する。ただし、これに限定されず、信号線とソース電極及びドレイン電極とは別に設けてもよい。 Next, the conductive layer 119 is etched using the resist mask 123 to form a source electrode and a drain electrode 125 (see FIG. 9B). For the etching of the conductive layer 119, wet etching is preferably used. The conductive layer is isotropically etched by wet etching. As a result, the conductive layer recedes inward from the resist mask 123, and the source and drain electrodes 125 are formed. The source or drain electrode 125 functions as a signal line as well as the source or drain electrode. However, the present invention is not limited to this, and the signal line, the source electrode, and the drain electrode may be provided separately.

次に、レジストマスク123を用いて、非晶質半導体を含む層115c、及び不純物半導体層117のそれぞれ一部をエッチングする。ここでは、ドライエッチングを用いる。本工程までで、表面に凹部を有する非晶質半導体を含む層129a、ソース領域及びドレイン領域127を形成する。この後、レジストマスク123を除去する(図9(C)参照)。 Next, part of the layer 115 c containing an amorphous semiconductor and the impurity semiconductor layer 117 are etched using the resist mask 123. Here, dry etching is used. Up to this step, a layer 129a including an amorphous semiconductor having a depression on the surface, a source region, and a drain region 127 are formed. After that, the resist mask 123 is removed (see FIG. 9C).

なお、ここでは、導電層119をウェットエッチングし、非晶質半導体を含む層115c、及び不純物半導体層117のそれぞれ一部をドライエッチングしたため、導電層119が等方的にエッチングされ、ソース電極及びドレイン電極125の側面と、ソース領域及びドレイン領域127の側面は一致せず、ソース電極及びドレイン電極125の側面の外側に、ソース領域1及びドレイン領域127の側面が形成される形状となる。 Note that here, the conductive layer 119 is wet-etched, and part of the layer 115c containing an amorphous semiconductor and the impurity semiconductor layer 117 are dry-etched, so that the conductive layer 119 is isotropically etched, so that the source electrode and The side surfaces of the drain electrode 125 and the side surfaces of the source region and the drain region 127 do not coincide with each other, and the side surfaces of the source region 1 and the drain region 127 are formed outside the side surfaces of the source electrode and the drain electrode 125.

また、導電層119をエッチングし、ソース電極及びドレイン電極125を形成し、第3のレジストマスク123を除去した後、不純物半導体層117及び非晶質半導体を含む層115cの一部をエッチングしてもよい。当該エッチングより、ソース電極及びドレイン電極125を用いて不純物半導体層117をエッチングするため、ソース電極及びソース領域のそれぞれ端部が概略一致する。また、ドレイン電極及びドレイン領域のそれぞれ端部が概略一致する。 In addition, the conductive layer 119 is etched, the source and drain electrodes 125 are formed, the third resist mask 123 is removed, and then part of the impurity semiconductor layer 117 and the layer 115c containing an amorphous semiconductor is etched. Also good. From this etching, the impurity semiconductor layer 117 is etched using the source and drain electrodes 125, so that the end portions of the source electrode and the source region are approximately aligned. Further, the end portions of the drain electrode and the drain region are approximately coincident.

次に、ドライエッチングを行ってもよい。ドライエッチングの条件は、露出している非晶質半導体を含む層129cにダメージが入らず、且つ非晶質半導体を含む層129cに対するエッチングレートが低い条件を用いる。つまり、露出している非晶質半導体を含む層129c表面にほとんどダメージを与えず、且つ露出している非晶質半導体を含む層129cの厚さがほとんど減少しない条件を用いる。エッチングガスとしては、代表的にはCl、CF、N等を用いる。また、エッチング方法については特に限定はなく、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)方式、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)方式、電子サイクロトン共鳴プラズマ(ECR:Electron Cyclotron Resonance)方式、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)方式等を用いることができる。 Next, dry etching may be performed. The dry etching is performed under such a condition that the exposed layer 129c containing an amorphous semiconductor is not damaged and the etching rate for the layer 129c containing an amorphous semiconductor is low. That is, a condition is used in which the surface of the exposed layer 129c containing an amorphous semiconductor is hardly damaged and the thickness of the exposed layer 129c containing an amorphous semiconductor is hardly reduced. As an etching gas, typically Cl 2 , CF 4 , N 2, or the like is used. The etching method is not particularly limited, and an inductively coupled plasma (ICP) method, a capacitively coupled plasma (CCP) method, an electron cyclotron resonance (ECR) method is used. Alternatively, a reactive ion etching (RIE) method or the like can be used.

次に、非晶質半導体を含む層129cの表面に水プラズマ、アンモニアプラズマ、窒素プラズマ等を照射してもよい。 Next, the surface of the layer 129c containing an amorphous semiconductor may be irradiated with water plasma, ammonia plasma, nitrogen plasma, or the like.

水プラズマ処理は、反応空間に水蒸気(HO蒸気)に代表される、水を主成分とするガスを導入し、プラズマを生成して、行うことができる。 The water plasma treatment can be performed by introducing a gas containing water as a main component typified by water vapor (H 2 O vapor) into the reaction space to generate plasma.

上記したように、ソース領域及びドレイン領域127を形成した後に、非晶質半導体を含む層129cにダメージを与えない条件で更なるドライエッチングを行うことで、露出した非晶質半導体を含む層129c上に存在する残渣などの不純物を除去することができる。また、ドライエッチングに続けて水プラズマ処理を行うことで、レジストマスクの残渣を除去することができる。水プラズマ処理を行うことで、ソース領域とドレイン領域との間の絶縁を確実なものにすることができ、完成する薄膜トランジスタのオフ電流を低減し、電気的特性のばらつきを低減することができる。 As described above, after the source region and the drain region 127 are formed, further dry etching is performed under a condition that does not damage the layer 129c containing the amorphous semiconductor, so that the layer 129c containing the exposed amorphous semiconductor is obtained. Impurities such as residues present on the top can be removed. Further, by performing water plasma treatment subsequent to dry etching, the resist mask residue can be removed. By performing the water plasma treatment, insulation between the source region and the drain region can be ensured, off-state current of a completed thin film transistor can be reduced, and variation in electrical characteristics can be reduced.

以上の工程により、少ないマスク数で、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。 Through the above process, a thin film transistor with a small number of masks, a low off-state current, a high on-state current and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity.

(実施の形態2)
本実施の形態では、窒素を含む絶縁層104、酸化シリコン層105、第1の半導体層106、第2の半導体層、及び不純物半導体層109の形成に用いることが可能なプラズマCVD装置の一形態について詳細に説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, one embodiment of a plasma CVD apparatus which can be used for forming the insulating layer 104 containing nitrogen, the silicon oxide layer 105, the first semiconductor layer 106, the second semiconductor layer, and the impurity semiconductor layer 109. Will be described in detail.

図10に示すプラズマCVD装置261は、ガス供給手段250及び排気手段251に接続されている。 A plasma CVD apparatus 261 shown in FIG. 10 is connected to a gas supply means 250 and an exhaust means 251.

図10に示すプラズマCVD装置261は、処理室241と、ステージ242と、ガス供給部243と、シャワープレート244と、排気口245と、上部電極246と、下部電極247と、交流電源248と、温度制御部249と、を具備する。 A plasma CVD apparatus 261 illustrated in FIG. 10 includes a processing chamber 241, a stage 242, a gas supply unit 243, a shower plate 244, an exhaust port 245, an upper electrode 246, a lower electrode 247, an AC power source 248, A temperature control unit 249.

処理室241は剛性のある素材で形成され、内部を真空排気できるように構成されている。処理室241には、上部電極246と下部電極247が備えられている。なお、図10では、容量結合型(平行平板型)の構成を示しているが、異なる二以上の高周波電力を印加して処理室241の内部にプラズマを生成できるものであれば、誘導結合型など他の構成を適用してもよい。 The processing chamber 241 is formed of a rigid material and is configured so that the inside can be evacuated. The processing chamber 241 is provided with an upper electrode 246 and a lower electrode 247. Note that FIG. 10 shows a configuration of a capacitive coupling type (parallel plate type), but inductive coupling type may be used as long as it can generate plasma inside the processing chamber 241 by applying two or more different high frequency powers. Other configurations may be applied.

図10に示すプラズマCVD装置により処理を行う際には、所定のガスをガス供給部243から供給する。供給されたガスは、シャワープレート244を通って、処理室241に導入される。上部電極246と下部電極247に接続された交流電源248により、高周波電力が印加されて処理室241内のガスが励起され、プラズマが生成される。また、真空ポンプに接続された排気口245によって、処理室241内のガスが排気されている。また、温度制御部249によって、被処理物を加熱しながらプラズマ処理することができる。 When processing is performed by the plasma CVD apparatus shown in FIG. The supplied gas is introduced into the processing chamber 241 through the shower plate 244. A high frequency power is applied by an AC power source 248 connected to the upper electrode 246 and the lower electrode 247 to excite the gas in the processing chamber 241 and generate plasma. Further, the gas in the processing chamber 241 is exhausted through the exhaust port 245 connected to the vacuum pump. In addition, the temperature control unit 249 can perform plasma treatment while heating the workpiece.

ガス供給手段250は、反応ガスが充填されるシリンダ252、圧力調整弁253、ストップバルブ254、マスフローコントローラ255などで構成されている。処理室241内において、上部電極246と基板101との間には板状に加工され、複数の細孔が設けられたシャワープレートを有する。上部電極246に供給される反応ガスは、中空構造である上部電極246の内部の細孔から処理室241内に供給される。 The gas supply means 250 includes a cylinder 252 filled with a reaction gas, a pressure adjustment valve 253, a stop valve 254, a mass flow controller 255, and the like. In the processing chamber 241, a shower plate is formed between the upper electrode 246 and the substrate 101 and processed into a plate shape and provided with a plurality of pores. The reaction gas supplied to the upper electrode 246 is supplied into the processing chamber 241 from the pores inside the upper electrode 246 having a hollow structure.

処理室241に接続される排気手段251は、真空排気と、反応ガスを流す場合において処理室241内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段251の構成としては、バタフライバルブ256、コンダクタンスバルブ257、ターボ分子ポンプ258、ドライポンプ259などが含まれる。バタフライバルブ256とコンダクタンスバルブ257を並列に配置する場合には、バタフライバルブ256を閉じてコンダクタンスバルブ257を動作させることで、反応ガスの排気速度を制御して処理室241の圧力を所定の範囲に保つことができる。また、コンダクタンスの大きいバタフライバルブ256を開くことで高真空排気が可能となる。 The exhaust unit 251 connected to the processing chamber 241 includes a function of controlling the vacuum chamber and a pressure so that the inside of the processing chamber 241 is maintained at a predetermined pressure when a reaction gas is allowed to flow. The configuration of the exhaust unit 251 includes a butterfly valve 256, a conductance valve 257, a turbo molecular pump 258, a dry pump 259, and the like. When the butterfly valve 256 and the conductance valve 257 are arranged in parallel, the butterfly valve 256 is closed and the conductance valve 257 is operated, thereby controlling the exhaust speed of the reaction gas so that the pressure in the processing chamber 241 is kept within a predetermined range. Can keep. Further, high vacuum evacuation is possible by opening the butterfly valve 256 having a large conductance.

なお、処理室241を10−5Paよりも低い圧力まで超高真空排気する場合には、クライオポンプ260を併用することが好ましい。その他、到達真空度として超高真空まで排気する場合には、処理室241の内壁を鏡面加工し、内壁からのガス放出を低減するためにベーキング用のヒータを設けても良い。 Note that when the processing chamber 241 is evacuated to a pressure lower than 10 −5 Pa, it is preferable to use a cryopump 260 in combination. In addition, when the ultimate vacuum is exhausted to an ultra-high vacuum, the inner wall of the processing chamber 241 may be mirror-finished, and a baking heater may be provided to reduce gas emission from the inner wall.

なお、図10に示すように、処理室241の全体を覆う膜が形成(被着)されるようにプレコート処理を行うと、処理室(チャンバー)内壁に付着した不純物元素、または処理室(チャンバー)内壁を構成する不純物元素が素子に混入することを防止することができる。本実施の形態では、プレコート処理はシリコンを主成分とする層を形成すればよく、例えば、非晶質シリコン膜等を形成すればよい。ただし、この膜には酸素が含まれないことが好ましい。 As shown in FIG. 10, when pre-coating treatment is performed so that a film covering the entire processing chamber 241 is formed (deposited), the impurity element attached to the inner wall of the processing chamber (chamber) or the processing chamber (chamber ) Impurity elements constituting the inner wall can be prevented from entering the device. In this embodiment mode, the precoating process may be performed by forming a layer containing silicon as a main component, for example, an amorphous silicon film or the like. However, it is preferable that this film does not contain oxygen.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1に適用可能な第2の半導体層の形成工程について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a process for forming a second semiconductor layer which can be applied to Embodiment 1 will be described.

本実施の形態では、第2の半導体層の形成前に処理室内をクリーニングし、その後チャンバー内壁を窒化シリコン層で覆うことで、第2の半導体層に窒素を含ませる。窒素を含む絶縁層104の形成から第1の半導体層106の形成方法は実施の形態1と同様であるため、ここでは、第2の半導体層から不純物半導体層109の形成までについて、図11を参照して以下に説明する。 In this embodiment mode, the processing chamber is cleaned before the second semiconductor layer is formed, and then the inner wall of the chamber is covered with a silicon nitride layer, so that the second semiconductor layer contains nitrogen. Since the formation method of the insulating layer 104 containing nitrogen and the formation method of the first semiconductor layer 106 are the same as those in Embodiment Mode 1, here, from the second semiconductor layer to the formation of the impurity semiconductor layer 109, FIG. This will be described below with reference.

酸化シリコン層105上の全面に第1の半導体層106を形成する。まず、第1の半導体層106の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、実施の形態1と同様の方法により、第1の半導体層106として約5nmの微結晶シリコン層を形成する。その後、プラズマの放電を停止させる(図11の第1の半導体層形成211)。その後、基板101を処理室241から搬出する(図11のunload225)。 A first semiconductor layer 106 is formed on the entire surface of the silicon oxide layer 105. First, a material gas used for deposition of the first semiconductor layer 106 is introduced into the treatment chamber. Here, as an example, a microcrystalline silicon layer with a thickness of about 5 nm is formed as the first semiconductor layer 106 by a method similar to that in Embodiment 1. Thereafter, plasma discharge is stopped (first semiconductor layer formation 211 in FIG. 11). Thereafter, the substrate 101 is unloaded from the processing chamber 241 (unload 225 in FIG. 11).

基板101を処理室241から搬出した後、処理室241に、例えばNFガスを導入し、処理室241内をクリーニングする(図11のクリーニング処理227)。その後、処理室241内に窒化シリコン層を形成する処理を行う(図11のプレコート処理233)。窒化シリコン層としては、実施の形態1のゲート絶縁層で形成した窒化シリコン層と同様の条件を用いる。この処理により、処理室241の内壁に窒化シリコン層が形成される。その後、基板101を処理室241内に搬入する(図11のload231)。 After the substrate 101 is unloaded from the processing chamber 241, for example, NF 3 gas is introduced into the processing chamber 241 to clean the inside of the processing chamber 241 (cleaning process 227 in FIG. 11). Thereafter, a process of forming a silicon nitride layer in the process chamber 241 is performed (precoat process 233 in FIG. 11). As the silicon nitride layer, conditions similar to those of the silicon nitride layer formed using the gate insulating layer of Embodiment 1 are used. By this treatment, a silicon nitride layer is formed on the inner wall of the treatment chamber 241. Thereafter, the substrate 101 is carried into the processing chamber 241 (load 231 in FIG. 11).

なお、クリーニング処理227は行わなくてもよい。この結果、スループットを向上させることができる。 Note that the cleaning process 227 may not be performed. As a result, throughput can be improved.

次に、第2の半導体層の堆積に用いる材料ガスを処理室241内に導入する(図11のガス置換215)。次に、第2の半導体層を形成し、第1の半導体層106及び第2の半導体で積層される第3の半導体層107を形成する。処理室内の内壁に形成された窒化シリコン層がプラズマに曝されることにより、窒化シリコンの一部が解離し、NH基またはNH基が生成される。または、Nが脱離する。このため、第3の半導体層107には窒素が含まれる。ここでは、実施の形態1と同様に、厚さ150nmの第2の半導体層を形成する。その後、プラズマの放電を停止させる(図11の第2の半導体層形成217)。 Next, a material gas used for deposition of the second semiconductor layer is introduced into the processing chamber 241 (gas replacement 215 in FIG. 11). Next, a second semiconductor layer is formed, and a first semiconductor layer 106 and a third semiconductor layer 107 stacked with the second semiconductor are formed. When the silicon nitride layer formed on the inner wall of the processing chamber is exposed to plasma, part of the silicon nitride is dissociated and NH groups or NH 2 groups are generated. Or, N is eliminated. Therefore, the third semiconductor layer 107 contains nitrogen. Here, as in Embodiment Mode 1, a second semiconductor layer with a thickness of 150 nm is formed. Thereafter, plasma discharge is stopped (second semiconductor layer formation 217 in FIG. 11).

このような方法により形成した第3の半導体層107において、二次イオン質量分析法によって計測される窒素濃度は、微結晶半導体層107aの上方、または微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍で、ピーク濃度を有し、第3の半導体層107の堆積方向に対して減少する。 In the third semiconductor layer 107 formed by such a method, the nitrogen concentration measured by secondary ion mass spectrometry is higher than the microcrystalline semiconductor layer 107a or between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b. Near the interface, it has a peak concentration and decreases with respect to the deposition direction of the third semiconductor layer 107.

なお、図11の破線237aに示すように、第2の半導体層形成217において、アンモニアを処理室内に流してもよい。または、破線237bに示すように、アンモニアの代わりに窒素ガスを流してもよい。または、アンモニア及び窒素ガスを流しても良い。この結果、第3の半導体層107に窒素を含ませることができ、第3の半導体層107のダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位が低減する。 Note that ammonia may be flowed into the processing chamber in the second semiconductor layer formation 217 as indicated by a broken line 237a in FIG. Alternatively, as indicated by a broken line 237b, nitrogen gas may be flowed instead of ammonia. Alternatively, ammonia and nitrogen gas may be flowed. As a result, nitrogen can be contained in the third semiconductor layer 107, dangling bonds in the third semiconductor layer 107 are bridged or terminated, and a defect level is reduced.

このような方法により形成した第3の半導体層107において、二次イオン質量分析法によって計測される窒素濃度は、微結晶半導体層107aの上方、または微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍で、ピーク濃度を有し、第3の半導体層107の堆積方向に対して一定な濃度となる。 In the third semiconductor layer 107 formed by such a method, the nitrogen concentration measured by secondary ion mass spectrometry is higher than the microcrystalline semiconductor layer 107a or between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b. In the vicinity of the interface, it has a peak concentration and becomes a constant concentration with respect to the deposition direction of the third semiconductor layer 107.

また、第2の半導体層形成217において、破線238で示すように、原料ガスとして希ガスを用いてもよい。この結果、第2の半導体層の成長速度を速めることが可能である。 In the second semiconductor layer formation 217, a rare gas may be used as a source gas as indicated by a broken line 238. As a result, the growth rate of the second semiconductor layer can be increased.

その後、これらのガスを排気し、不純物半導体層109の堆積に用いるガスを導入する(図11のガス置換219)。また、実施の形態1と同様に、不純物半導体層109を形成する(図11の不純物半導体層形成221)。その後、不純物半導体層109の原料ガスを排気する(図11の排気223)。 After that, these gases are exhausted, and a gas used for depositing the impurity semiconductor layer 109 is introduced (gas replacement 219 in FIG. 11). Further, as in Embodiment 1, the impurity semiconductor layer 109 is formed (impurity semiconductor layer formation 221 in FIG. 11). After that, the source gas of the impurity semiconductor layer 109 is exhausted (exhaust 223 in FIG. 11).

本実施の形態において、処理室内にプレコート処理において導入されたアンモニアがプラズマ放電により解離しNH基またはNH基となる。または、Nが脱離する。また、当該窒素ガスからNが脱離する。また、プラズマ放電により、当該窒素ガスと、非晶質半導体を含む層の原料ガスである、水素ガスとが反応しNH基またはNH基を生成する。また、処理室内の内壁に形成された窒化シリコン層がプラズマに曝されることにより、窒化シリコンの一部が解離しNH基またはNH基が生成される。または、Nが脱離する。 In the present embodiment, ammonia introduced in the pre-coating process into the processing chamber is dissociated by plasma discharge and becomes NH groups or NH 2 groups. Or, N is eliminated. Further, N is desorbed from the nitrogen gas. Further, by the plasma discharge, the nitrogen gas reacts with hydrogen gas, which is a raw material gas for a layer containing an amorphous semiconductor, to generate NH groups or NH 2 groups. Further, when the silicon nitride layer formed on the inner wall of the processing chamber is exposed to plasma, part of the silicon nitride is dissociated to generate NH groups or NH 2 groups. Or, N is eliminated.

本実施の形態において、第2の半導体層を形成する処理室には、窒素を有するガスが供給され、Nが脱離する。更にはNH基またはNH基が生成される。このため、窒素を有するガスを供給した処理室において、第2の半導体層を形成することで、ダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位を低減することができる。 In this embodiment mode, a gas containing nitrogen is supplied to the treatment chamber in which the second semiconductor layer is formed, and N is desorbed. Furthermore, NH groups or NH 2 groups are generated. Therefore, by forming the second semiconductor layer in the treatment chamber supplied with a gas containing nitrogen, dangling bonds are cross-linked or terminated, and the defect level can be reduced.

さらに、第2の半導体層を形成する直前に処理室の内壁を窒化シリコン層により覆うことで、酸素濃度を低く抑え、窒素濃度を酸素濃度よりも高くすることが可能であり、窒素及び非晶質半導体を含む層を形成することができる。 Further, by covering the inner wall of the processing chamber with a silicon nitride layer immediately before forming the second semiconductor layer, it is possible to suppress the oxygen concentration to be low and to make the nitrogen concentration higher than the oxygen concentration. A layer containing a quality semiconductor can be formed.

また、処理室の内壁を窒化シリコン層で覆うことで、処理室の内壁を構成する元素等が第2の半導体層に混入することをも防ぐことができる。 Further, by covering the inner wall of the processing chamber with the silicon nitride layer, it is possible to prevent the elements constituting the inner wall of the processing chamber from being mixed into the second semiconductor layer.

以上の工程により、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。 Through the above process, a thin film transistor with low off-state current, high on-state current, and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity.

(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1に適用可能な第2の半導体層の形成工程について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a process for forming a second semiconductor layer which can be applied to Embodiment 1 will be described.

本実施の形態では、第2の半導体層を形成する前に、処理室に窒素を含む気体を供給することを特徴とする。窒素を含む絶縁層104の形成から第1の半導体層106の形成方法は、実施の形態1と同様であるため、ここでは、第1の半導体層106から不純物半導体層109の形成までについて、図12を参照して以下に説明する。 In this embodiment mode, a gas containing nitrogen is supplied to the treatment chamber before the second semiconductor layer is formed. Since the formation method of the insulating layer 104 containing nitrogen and the formation method of the first semiconductor layer 106 are the same as those in Embodiment Mode 1, here, from the first semiconductor layer 106 to the formation of the impurity semiconductor layer 109, FIG. This will be described below with reference to FIG.

窒素を含む絶縁層104上の全面に第1の半導体層106を形成する。まず、第1の半導体層106の堆積に用いる材料ガスを処理室内に導入する。ここでは、一例として、実施の形態1と同様の方法により、第1の半導体層106として約5nmの微結晶シリコン層を形成する。その後、プラズマの放電を停止させる(図12の第1の半導体層形成211)。 A first semiconductor layer 106 is formed over the entire surface of the insulating layer 104 containing nitrogen. First, a material gas used for deposition of the first semiconductor layer 106 is introduced into the treatment chamber. Here, as an example, a microcrystalline silicon layer with a thickness of about 5 nm is formed as the first semiconductor layer 106 by a method similar to that in Embodiment 1. Thereafter, plasma discharge is stopped (first semiconductor layer formation 211 in FIG. 12).

次に、第1の半導体層106の表面に窒素を供給する。ここでは、第1の半導体層106の表面をアンモニアに曝すことで窒素を供給する(ここでは、フラッシュ処理という。)(図12のフラッシュ処理213)。また、アンモニアには破線235aに示すように水素を含ませてもよい。または、アンモニアの代わりに破線235bに示すように窒素を処理室241に導入してもよい。または、アンモニアと窒素を処理室241に導入してもよい。ここでは、一例として、処理室241内の圧力は概ね20Pa〜30Pa、基板の温度は280℃とし、処理時間は60秒間とするとよい。なお、本工程の処理では基板101をアンモニアに曝すのみであるが、プラズマ処理を行ってもよい。その後、これらのガスを排気し、第2の半導体層の堆積に用いるガスを導入する(図12のガス置換215)。 Next, nitrogen is supplied to the surface of the first semiconductor layer 106. Here, nitrogen is supplied by exposing the surface of the first semiconductor layer 106 to ammonia (here, referred to as flash processing) (flash processing 213 in FIG. 12). Ammonia may contain hydrogen as indicated by a broken line 235a. Alternatively, nitrogen may be introduced into the treatment chamber 241 instead of ammonia as indicated by a broken line 235b. Alternatively, ammonia and nitrogen may be introduced into the treatment chamber 241. Here, as an example, the pressure in the processing chamber 241 is approximately 20 Pa to 30 Pa, the substrate temperature is 280 ° C., and the processing time is 60 seconds. In the process of this step, the substrate 101 is only exposed to ammonia, but a plasma process may be performed. After that, these gases are exhausted, and a gas used for depositing the second semiconductor layer is introduced (gas replacement 215 in FIG. 12).

次に、第2の半導体層を形成し、第1の半導体層106及び第2の半導体層が積層された第3の半導体層107を形成する。ここで、第2の半導体層は、窒素を有する非晶質半導体を含む層を用いて形成する。ここでは、一例として、SiHの流量を30sccm、Hの流量を1500sccmとして材料ガスを導入して安定させ、処理室内の圧力を280Pa、基板の温度を280℃とし、RF電源周波数13.56MHz、RF電源の電力50Wの出力によりプラズマ放電を行うことで、約150nmの第2の半導体層を形成することができる。 Next, a second semiconductor layer is formed, and a third semiconductor layer 107 in which the first semiconductor layer 106 and the second semiconductor layer are stacked is formed. Here, the second semiconductor layer is formed using a layer containing an amorphous semiconductor containing nitrogen. Here, as an example, the material gas is introduced and stabilized with a flow rate of SiH 4 of 30 sccm and a flow rate of H 2 of 1500 sccm, the pressure in the processing chamber is 280 Pa, the temperature of the substrate is 280 ° C., and the RF power supply frequency is 13.56 MHz. The second semiconductor layer having a thickness of about 150 nm can be formed by performing plasma discharge with an output of power of 50 W from the RF power source.

第2の半導体層の形成工程において、フラッシュ処理により処理室内に導入されたアンモニアがプラズマ放電により分解され、NH基またはNH基が生成される。または、Nが脱離する。また、第2の半導体層が堆積される際に、ダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位を低減することができる。なお、処理室に窒素を有するガスとして、窒素ガスを導入した場合は、プラズマ放電により、Nが脱離する。または、当該窒素ガスと、第2の半導体層の原料ガスである、水素ガスとが反応し、NH基またはNH基を生成する。 In the step of forming the second semiconductor layer, ammonia introduced into the processing chamber by the flash process is decomposed by plasma discharge, and NH groups or NH 2 groups are generated. Or, N is eliminated. Further, when the second semiconductor layer is deposited, dangling bonds are cross-linked or terminated, so that the defect level can be reduced. Note that in the case where nitrogen gas is introduced into the treatment chamber as nitrogen-containing gas, N is desorbed by plasma discharge. Alternatively, the nitrogen gas reacts with hydrogen gas, which is a source gas for the second semiconductor layer, to generate an NH group or an NH 2 group.

その後、上記した窒化シリコン層等の形成と同様に、SiHの供給のみを停止し、その数秒後(ここでは、5秒)にプラズマの放電を停止させる(図12の第2の半導体層形成217)。その後、これらのガスを排気し、不純物半導体層109の堆積に用いるガスを導入する(図12のガス置換219)。この後、実施の形態1と同様に不純物半導体層109を形成する(図12の不純物半導体層形成221)。 Thereafter, similarly to the formation of the silicon nitride layer and the like described above, only the supply of SiH 4 is stopped, and after a few seconds (here, 5 seconds), plasma discharge is stopped (formation of the second semiconductor layer in FIG. 12). 217). After that, these gases are exhausted, and a gas used for depositing the impurity semiconductor layer 109 is introduced (gas replacement 219 in FIG. 12). Thereafter, the impurity semiconductor layer 109 is formed as in Embodiment 1 (impurity semiconductor layer formation 221 in FIG. 12).

その後、不純物半導体層109の原料ガスを排気する(図12の排気223)。 Thereafter, the source gas of the impurity semiconductor layer 109 is exhausted (exhaust 223 in FIG. 12).

本実施の形態における第2の半導体層を形成する処理室には、窒素を有するガスが供給されている。窒素を有するガスは、プラズマ放電により、NH基またはNH基が形成される。または、Nが脱離する。このため、第2の半導体層が堆積される際に、ダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位を低減することができる。 A gas containing nitrogen is supplied to the treatment chamber in which the second semiconductor layer is formed in this embodiment mode. In the gas containing nitrogen, NH groups or NH 2 groups are formed by plasma discharge. Or, N is eliminated. For this reason, when the second semiconductor layer is deposited, the dangling bonds are bridged or terminated, and the defect level can be reduced.

このような方法により形成した第3の半導体層107において、二次イオン質量分析法によって計測される窒素濃度は、微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍でピーク濃度を有し、混合層107b及び非晶質半導体を含む層107cの堆積方向に対して減少する濃度となる。 In the third semiconductor layer 107 formed by such a method, the nitrogen concentration measured by secondary ion mass spectrometry has a peak concentration in the vicinity of the interface between the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b. The concentration decreases with respect to the deposition direction of the mixed layer 107b and the layer 107c containing an amorphous semiconductor.

なお、図12の破線236aに示すように、第2の半導体層形成217において、アンモニアを処理室内に流してもよい。または、アンモニアの代わりに破線236bに示すように窒素ガスを流してもよい。または、アンモニア及び窒素ガスを流しても良い。この結果、第3の半導体層107の窒素濃度が高まり、第3の半導体層107に含まれるダングリングボンドが架橋または終端され、欠陥準位が低減する。 Note that ammonia may be flowed into the processing chamber in the second semiconductor layer formation 217 as indicated by a broken line 236a in FIG. Alternatively, nitrogen gas may be flowed as shown by a broken line 236b instead of ammonia. Alternatively, ammonia and nitrogen gas may be flowed. As a result, the nitrogen concentration in the third semiconductor layer 107 is increased, dangling bonds included in the third semiconductor layer 107 are bridged or terminated, and the defect level is reduced.

このような方法により形成した第3の半導体層107において、二次イオン質量分析法によって計測される窒素濃度は、微結晶半導体層107a、または微結晶半導体層107aと、混合層107bとの界面近傍でピーク濃度を有し、混合層107b及び非晶質半導体を含む層107cの堆積方向に対して一定な濃度となる。 In the third semiconductor layer 107 formed by such a method, the nitrogen concentration measured by secondary ion mass spectrometry is near the interface between the microcrystalline semiconductor layer 107a or the microcrystalline semiconductor layer 107a and the mixed layer 107b. And has a constant concentration with respect to the deposition direction of the mixed layer 107b and the layer 107c containing an amorphous semiconductor.

また、第2の半導体層形成217において、破線236cで示すように、原料ガスとして希ガスを用いてもよい。この結果、第2の半導体層の成長速度を速めることが可能である。 Further, in the second semiconductor layer formation 217, a rare gas may be used as a source gas as indicated by a broken line 236c. As a result, the growth rate of the second semiconductor layer can be increased.

以上の工程により、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。 Through the above process, a thin film transistor with low off-state current, high on-state current, and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity.

(実施の形態5)
実施の形態1において、第2の半導体層の作製方法について、図13を用いて示す。
(Embodiment 5)
In Embodiment Mode 1, a method for manufacturing the second semiconductor layer is described with reference to FIGS.

本実施の形態では、第2の半導体層を形成する方法として、実施の形態1において、第1の半導体層形成211処理工程の後、フラッシュ処理213で窒素を有するガスを処理室内に導入すると共に、第2の半導体層を形成している途中で、実線239aで示すように窒素を有するガスを再度処理室内に導入する(図13参照)。窒素を有するガスとして、ここではアンモニアを用いる。なお、アンモニアの代わりに破線239bに示すように窒素ガスを用いてもよい。または、アンモニア及び窒素ガスを用いてもよい。この結果、第2の半導体層の堆積初期及び堆積途中において、窒素濃度が高くなり欠陥準位を低減することができる。 In this embodiment mode, as a method for forming the second semiconductor layer, in Embodiment 1, after the first semiconductor layer formation 211 processing step, a gas containing nitrogen is introduced into the processing chamber by the flash processing 213. During the formation of the second semiconductor layer, a gas containing nitrogen is again introduced into the processing chamber as shown by a solid line 239a (see FIG. 13). Here, ammonia is used as the nitrogen-containing gas. Instead of ammonia, nitrogen gas may be used as indicated by a broken line 239b. Alternatively, ammonia and nitrogen gas may be used. As a result, the nitrogen concentration increases and the defect level can be reduced during the initial deposition stage and during the deposition of the second semiconductor layer.

または、第2の半導体層に、窒素、更にはNH基またはNH基を添加する方法として、実施の形態3において、第1の半導体層106を形成した後、処理室内に窒化シリコン層を形成すると共に、第2の半導体層を形成している途中で、窒素を有するガスを再度処理室内に導入してもよい。窒素を有するガスとして、ここではアンモニアを用いる。なお、アンモニアの代わりに窒素ガスを用いてもよい。または、アンモニア及び窒素ガスを用いてもよい。この結果、第2の半導体層の堆積初期及び堆積途中において、窒素濃度が高くなり欠陥準位を低減することができる。 Alternatively, as a method for adding nitrogen, further an NH group or an NH 2 group to the second semiconductor layer, in Embodiment 3, after the first semiconductor layer 106 is formed, a silicon nitride layer is formed in the treatment chamber. In the middle of forming the second semiconductor layer, a gas containing nitrogen may be introduced again into the processing chamber. Here, ammonia is used as the nitrogen-containing gas. Nitrogen gas may be used instead of ammonia. Alternatively, ammonia and nitrogen gas may be used. As a result, the nitrogen concentration increases and the defect level can be reduced during the initial deposition stage and during the deposition of the second semiconductor layer.

その後、不純物半導体層109の原料ガスを排気する(図13の排気223)。 Thereafter, the source gas of the impurity semiconductor layer 109 is exhausted (exhaust 223 in FIG. 13).

以上の工程により、オフ電流が低く、オン電流及び電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを生産性高く作製することができる。 Through the above process, a thin film transistor with low off-state current, high on-state current, and high field-effect mobility can be manufactured with high productivity.

(実施の形態6)
実施の形態1とは異なる薄膜トランジスタの作製方法について、図14及び図15を用いて示す。
(Embodiment 6)
A method for manufacturing a thin film transistor, which is different from that in Embodiment 1, is described with reference to FIGS.

実施の形態1と同様に、基板101上にゲート電極103を形成する。次に、ゲート電極103を覆う窒素を含む絶縁層104を形成し、窒素を含む絶縁層104上に、実施の形態1と同様に酸化シリコン層105を形成し、酸化シリコン層105上に第1の半導体層106を形成する。次に、実施の形態1と同様に、第1の半導体層106上に第2の半導体層を形成して、第1の半導体層106及び第2の半導体層が積層した第3の半導体層107を形成する。次に、第2の半導体層上に不純物半導体層109を形成する。その後、不純物半導体層109上にレジストマスク(図示せず。)を形成する(図14(A)を参照)。 Similarly to Embodiment Mode 1, a gate electrode 103 is formed over the substrate 101. Next, an insulating layer 104 containing nitrogen that covers the gate electrode 103 is formed, a silicon oxide layer 105 is formed over the insulating layer 104 containing nitrogen in the same manner as in Embodiment 1, and the first layer is formed on the silicon oxide layer 105. The semiconductor layer 106 is formed. Next, as in Embodiment Mode 1, the second semiconductor layer is formed over the first semiconductor layer 106, and the third semiconductor layer 107 in which the first semiconductor layer 106 and the second semiconductor layer are stacked is formed. Form. Next, the impurity semiconductor layer 109 is formed over the second semiconductor layer. After that, a resist mask (not shown) is formed over the impurity semiconductor layer 109 (see FIG. 14A).

次に、レジストマスクを用いて、第3の半導体層107及び不純物半導体層109をエッチングする。この工程により、第3の半導体層107及び不純物半導体層109を素子毎に分離し、第3の半導体層115(微結晶半導体層115a、混合層115b、非晶質半導体を含む層115c)、及び不純物半導体層117を形成する(図14(B)を参照)。 Next, the third semiconductor layer 107 and the impurity semiconductor layer 109 are etched using a resist mask. Through this step, the third semiconductor layer 107 and the impurity semiconductor layer 109 are separated for each element, a third semiconductor layer 115 (a microcrystalline semiconductor layer 115a, a mixed layer 115b, a layer 115c containing an amorphous semiconductor), and An impurity semiconductor layer 117 is formed (see FIG. 14B).

次に、酸化シリコン層105、第3の半導体層115、及び不純物半導体層117上に導電層111を形成する(図14(C)参照)。 Next, a conductive layer 111 is formed over the silicon oxide layer 105, the third semiconductor layer 115, and the impurity semiconductor layer 117 (see FIG. 14C).

次に、導電層111上にレジストマスク(図示せず。)を形成し、当該レジストマスクを用いて導電層111をエッチングして、ソース電極及びドレイン電極133を形成する(図15(A)参照)。 Next, a resist mask (not shown) is formed over the conductive layer 111, and the conductive layer 111 is etched using the resist mask to form a source electrode and a drain electrode 133 (see FIG. 15A). ).

次に、ソース電極及びドレイン電極133をマスクとして、不純物半導体層117をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域127を形成する。また、非晶質半導体を含む層115cをエッチングして、凹部を有する非晶質半導体を含む層129cを形成する。こののち、レジストマスクを除去する(図15(B)参照)。 Next, the impurity semiconductor layer 117 is etched using the source and drain electrodes 133 as masks to form source and drain regions 127. In addition, the layer 115c containing an amorphous semiconductor is etched to form a layer 129c containing an amorphous semiconductor having a recess. After that, the resist mask is removed (see FIG. 15B).

以上の工程により、薄膜トランジスタを作製することができる。 Through the above process, a thin film transistor can be manufactured.

なお、本実施の形態では、ソース電極及びドレイン電極133を形成した後、レジストマスクを除去せず非晶質半導体を含む層115cの一部をエッチングしたが、当該レジストマスクを除去した後、不純物半導体層117及び非晶質半導体を含む層115cの一部をエッチングしてもよい。当該エッチングより、ソース電極及びドレイン電極133を用いて不純物半導体層117をエッチングするため、ソース電極及びソース領域のそれぞれ端部が概略一致する。また、ドレイン電極及びドレイン領域のそれぞれ端部が概略一致する。 Note that in this embodiment, after the source and drain electrodes 133 are formed, the resist mask is not removed and part of the layer 115c containing an amorphous semiconductor is etched; however, after the resist mask is removed, impurities Part of the semiconductor layer 117 and the layer 115c containing an amorphous semiconductor may be etched. In this etching, the impurity semiconductor layer 117 is etched using the source and drain electrodes 133, so that the end portions of the source electrode and the source region substantially coincide with each other. Further, the end portions of the drain electrode and the drain region are approximately coincident.

なお、本実施の形態に示す第2の半導体層の代わりに、実施の形態3乃至実施の形態5の第2の半導体層の作製方法を適宜適用することができる。 Note that the method for manufacturing the second semiconductor layer of Embodiments 3 to 5 can be applied as appropriate instead of the second semiconductor layer described in this embodiment.

(実施の形態7)
本実施の形態では、実施の形態1乃至6と比較して、半導体層の積層構造の異なる逆スタガ型薄膜トランジスタの作製工程について、以下に示す。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a manufacturing process of an inverted staggered thin film transistor in which the stacked structure of semiconductor layers is different from that in Embodiments 1 to 6 is described below.

実施の形態1と同様に、図16(A)に示すように、基板101上にゲート電極103を形成する。次に、ゲート電極103を覆う窒素を含む絶縁層104を形成し、窒素を含む絶縁層104上に酸化シリコン層105を形成し、酸化シリコン層105上に第1の半導体層106を形成する。次に、第1の半導体層106上に非晶質半導体層110を形成する。 As in Embodiment 1, a gate electrode 103 is formed over a substrate 101 as illustrated in FIG. Next, an insulating layer 104 containing nitrogen that covers the gate electrode 103 is formed, a silicon oxide layer 105 is formed over the insulating layer 104 containing nitrogen, and a first semiconductor layer 106 is formed over the silicon oxide layer 105. Next, an amorphous semiconductor layer 110 is formed over the first semiconductor layer 106.

本実施の形態では、第1の半導体層106として、厚さ20〜200nm、好ましくは30〜100nmの微結晶半導体層を形成する。 In this embodiment, a microcrystalline semiconductor layer having a thickness of 20 to 200 nm, preferably 30 to 100 nm, is formed as the first semiconductor layer 106.

非晶質半導体層110としては、シリコンを含む堆積性気体と、水素とを用いたCVD法を用いて形成することができる。シリコンを含む堆積性気体に、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈したCVD法により形成することができる。非晶質半導体層110は、シリコンを含む堆積性気体の流量の0倍以上5倍以下、好ましくは1倍以上3倍以下の流量の水素を用いることで形成できる。非晶質半導体層110は、3MHzから30MHz、代表的には13.56MHz、27.12MHzのHF帯の高周波電力、または30MHzより大きく300MHz程度までのVHF帯の高周波電力、代表的には、60MHzを印加することで行われる。 The amorphous semiconductor layer 110 can be formed by a CVD method using a deposition gas containing silicon and hydrogen. It can be formed by a CVD method in which a deposition gas containing silicon is diluted with one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, neon, krypton, and xenon. The amorphous semiconductor layer 110 can be formed using hydrogen at a flow rate of 0 to 5 times, preferably 1 to 3 times the flow rate of the deposition gas containing silicon. The amorphous semiconductor layer 110 has a high frequency power in the HF band of 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, 27.12 MHz, or a high frequency power in the VHF band of greater than 30 MHz to about 300 MHz, typically 60 MHz. Is applied.

また、非晶質半導体層110は、半導体ターゲットを、水素、または希ガスでスパッタリングして形成することができる。 The amorphous semiconductor layer 110 can be formed by sputtering a semiconductor target with hydrogen or a rare gas.

非晶質半導体層110としては、厚さ30〜200nm、好ましくは50〜200nmのアモルファスシリコン層を形成することができる。 As the amorphous semiconductor layer 110, an amorphous silicon layer having a thickness of 30 to 200 nm, preferably 50 to 200 nm can be formed.

微結晶半導体層で形成される第1の半導体層106上に、抵抗の高い非晶質半導体層110を設けることで、後に形成される薄膜トランジスタにおいて、リーク電流を低減することができる。また、薄膜トランジスタの印加電圧の高い(例えば15V程度)表示装置、代表的には液晶表示装置において、非晶質半導体層110を厚く形成すると、耐圧が高くなり、薄膜トランジスタに高い電圧が印加されても、薄膜トランジスタの劣化を低減することができる。 By providing the amorphous semiconductor layer 110 with high resistance over the first semiconductor layer 106 formed with a microcrystalline semiconductor layer, leakage current can be reduced in a thin film transistor to be formed later. Further, in a display device with a high applied voltage of the thin film transistor (for example, about 15 V), typically a liquid crystal display device, when the amorphous semiconductor layer 110 is formed thick, the withstand voltage is increased, and a high voltage is applied to the thin film transistor. Degradation of the thin film transistor can be reduced.

この後、実施の形態1または実施の形態6の工程により、図16(B)に示すように、薄膜トランジスタを作製することができる。ここでは、実施の形態1と同様の工程により、酸化シリコン層105上にチャネル形成領域として機能する微結晶半導体層115aが形成され、微結晶半導体層115a上に非晶質半導体層130が形成される。また、非晶質半導体層130上にソース領域及びドレイン領域127が形成され、ソース領域及びドレイン領域127上にソース電極及びドレイン電極125を形成される薄膜トランジスタを作製することができる。 After that, a thin film transistor can be manufactured by the process of Embodiment 1 or 6 as shown in FIG. Here, by a process similar to that in Embodiment 1, the microcrystalline semiconductor layer 115a functioning as a channel formation region is formed over the silicon oxide layer 105, and the amorphous semiconductor layer 130 is formed over the microcrystalline semiconductor layer 115a. The In addition, a thin film transistor in which a source region and a drain region 127 are formed over the amorphous semiconductor layer 130 and a source electrode and a drain electrode 125 are formed over the source region and the drain region 127 can be manufactured.

本実施の形態により形成される薄膜トランジスタは、結晶性の高い微結晶半導体層をチャネル形成領域とするため、オン電流及び電界効果移動度が高い。また、微結晶半導体層上に抵抗の高い非晶質半導体層を有することにより、オフ電流を低減することができる。このため、本実施の形態により、電気特性の良好な薄膜トランジスタを作製することができる。 The thin film transistor formed according to this embodiment mode has high on-state current and field-effect mobility because a microcrystalline semiconductor layer with high crystallinity is used as a channel formation region. In addition, by providing an amorphous semiconductor layer with high resistance over the microcrystalline semiconductor layer, off-state current can be reduced. Therefore, according to this embodiment mode, a thin film transistor with favorable electrical characteristics can be manufactured.

(実施の形態8)
本実施の形態では、チャネル長が10μm以下と短い薄膜トランジスタにおいて、ソース領域及びドレイン領域の抵抗を低減することが可能な形態について、以下に示す。ここでは、実施の形態1及び実施の形態6を用いて説明するが、適宜他の実施の形態に適用可能である。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a mode in which resistance of a source region and a drain region can be reduced in a thin film transistor having a channel length of 10 μm or less is described below. Here, description is made using Embodiment 1 and Embodiment 6, but the present invention can be applied to other embodiments as appropriate.

不純物半導体層109を、リンが添加された微結晶シリコン、またはボロンが添加された微結晶シリコンで形成する場合は、図1(C)に示す混合層107bまたは非晶質半導体を含む層107cと、不純物半導体層109との間に、微結晶半導体層、代表的には微結晶シリコン層を形成する。また、実施の形態6に示す薄膜トランジスタでは、非晶質半導体層110及び不純物半導体層109の間に微結晶半導体層、代表的には微結晶シリコン層を形成する。このような構造により、不純物半導体層109の堆積初期に低密度層が形成されず、微結晶半導体層を種結晶として、不純物半導体層109を結晶成長させることが可能であるため、界面の特性を向上させることができる。この結果、不純物半導体層109と、混合層107b、非晶質半導体を含む層107c、または非晶質半導体層110との界面に生じる抵抗を低減することができる。この結果、薄膜トランジスタのソース領域、半導体層、及びドレイン領域を流れる電流量を増加させ、オン電流及び電界効果移動度の増加させることが可能となる。 In the case where the impurity semiconductor layer 109 is formed using microcrystalline silicon to which phosphorus is added or microcrystalline silicon to which boron is added, the mixed layer 107b or the layer 107c containing an amorphous semiconductor illustrated in FIG. A microcrystalline semiconductor layer, typically a microcrystalline silicon layer, is formed between the impurity semiconductor layer 109 and the impurity semiconductor layer 109. In the thin film transistor described in Embodiment 6, a microcrystalline semiconductor layer, typically a microcrystalline silicon layer, is formed between the amorphous semiconductor layer 110 and the impurity semiconductor layer 109. With such a structure, a low-density layer is not formed at the initial stage of deposition of the impurity semiconductor layer 109, and the impurity semiconductor layer 109 can be crystal-grown using the microcrystalline semiconductor layer as a seed crystal. Can be improved. As a result, resistance generated at the interface between the impurity semiconductor layer 109 and the mixed layer 107b, the layer 107c containing an amorphous semiconductor, or the amorphous semiconductor layer 110 can be reduced. As a result, the amount of current flowing through the source region, the semiconductor layer, and the drain region of the thin film transistor can be increased, and the on-current and field-effect mobility can be increased.

(実施の形態9)
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態8で示す薄膜トランジスタを用いることが可能な、素子基板、及び当該素子基板を有する表示装置について、以下に示す。表示装置としては、液晶表示装置、発光表示装置、電子ペーパー等があるが、上記実施の形態の薄膜トランジスタは他の表示装置の素子基板にも用いることができる。ここでは、上記実施の形態1で示す薄膜トランジスタを有する液晶表示装置、代表的には、VA(Vertical Alignment)型の液晶表示装置について、図17及び図18を用いて説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, an element substrate in which the thin film transistor described in any of Embodiments 1 to 8 can be used and a display device including the element substrate are described below. Examples of the display device include a liquid crystal display device, a light-emitting display device, and electronic paper. The thin film transistor of the above embodiment can be used for an element substrate of another display device. Here, a liquid crystal display device including the thin film transistor described in Embodiment Mode 1, typically a VA (Vertical Alignment) liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.

図17において、液晶表示装置の画素部の断面構造を示す。基板301上に、上記実施の形態で作製される薄膜トランジスタ303及び容量素子305が形成される。また、薄膜トランジスタ303上に形成される絶縁層308上に画素電極309が形成される。薄膜トランジスタ303のソース電極またはドレイン電極307と、画素電極309とは、絶縁層308に設けられる開口部において、接続される。画素電極309上には配向膜311が形成される。 FIG. 17 shows a cross-sectional structure of a pixel portion of a liquid crystal display device. Over the substrate 301, the thin film transistor 303 and the capacitor 305 which are manufactured in the above embodiment modes are formed. In addition, the pixel electrode 309 is formed over the insulating layer 308 formed over the thin film transistor 303. The source or drain electrode 307 of the thin film transistor 303 and the pixel electrode 309 are connected to each other through an opening provided in the insulating layer 308. An alignment film 311 is formed on the pixel electrode 309.

容量素子305は、薄膜トランジスタ303のゲート電極302と同時に形成される容量配線304と、ゲート絶縁層306と、画素電極309とで構成される。 The capacitor 305 includes a capacitor wiring 304 formed at the same time as the gate electrode 302 of the thin film transistor 303, a gate insulating layer 306, and a pixel electrode 309.

基板301から配向膜311までの積層体を素子基板313という。 A stacked body from the substrate 301 to the alignment film 311 is referred to as an element substrate 313.

対向基板321には、薄膜トランジスタ303への光の入射を遮断する遮光層323と、着色層325とが形成される。また、遮光層323及び着色層325上に平坦化層327が形成される。平坦化層327上に対向電極329が形成され、対向電極329上に配向膜331が形成される。 A light-blocking layer 323 that blocks light from entering the thin film transistor 303 and a coloring layer 325 are formed over the counter substrate 321. In addition, a planarization layer 327 is formed over the light-blocking layer 323 and the coloring layer 325. A counter electrode 329 is formed over the planarization layer 327, and an alignment film 331 is formed over the counter electrode 329.

なお、対向基板321上に、遮光層323、着色層325、及び平坦化層327により、カラーフィルタとして機能する。なお、遮光層323、平坦化層327の何れか一方、または両方は、対向基板321上に形成されていなくともよい。 Note that the light-blocking layer 323, the coloring layer 325, and the planarization layer 327 function as a color filter over the counter substrate 321. Note that one or both of the light-blocking layer 323 and the planarization layer 327 may not be formed over the counter substrate 321.

また、着色層は、可視光の波長範囲のうち、任意の波長範囲の光を優先的に透過させる機能を有する。通常は、赤色波長範囲の光、青色波長範囲の光、及び緑色波長範囲の光、それぞれを優先的に透過させる着色層を組み合わせて、カラーフィルタに用いることが多い。しかしながら、着色層の組み合わせに関しては、これに限られない。 The colored layer has a function of preferentially transmitting light in an arbitrary wavelength range within the visible light wavelength range. In general, a colored layer that preferentially transmits light in the red wavelength range, light in the blue wavelength range, and light in the green wavelength range is often used in a color filter. However, the combination of the colored layers is not limited to this.

基板301及び対向基板321は、シール材(図示しない)で固定され、基板301、対向基板321、及びシール材の内側に液晶層343が充填される。また、基板301及び対向基板321の間隔を保つために、スペーサ341が設けられている。 The substrate 301 and the counter substrate 321 are fixed with a sealant (not shown), and a liquid crystal layer 343 is filled inside the substrate 301, the counter substrate 321, and the sealant. In addition, a spacer 341 is provided in order to maintain a distance between the substrate 301 and the counter substrate 321.

画素電極309、液晶層343、及び対向電極329が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。 The pixel electrode 309, the liquid crystal layer 343, and the counter electrode 329 overlap with each other, so that a liquid crystal element is formed.

図18に、図17とは異なる液晶表示装置を示す。ここでは、対向基板321側に着色層及び遮光層が形成されず、薄膜トランジスタ303が形成される基板301側に着色層及び遮光層が形成されることを特徴とする。 FIG. 18 shows a liquid crystal display device different from that in FIG. Here, the coloring layer and the light shielding layer are not formed on the counter substrate 321 side, and the coloring layer and the light shielding layer are formed on the substrate 301 side where the thin film transistor 303 is formed.

図18において、液晶表示装置の画素部の断面構造を示す。基板301上に、上記実施の形態で作製される薄膜トランジスタ303及び容量素子305が形成される。 FIG. 18 shows a cross-sectional structure of a pixel portion of a liquid crystal display device. Over the substrate 301, the thin film transistor 303 and the capacitor 305 which are manufactured in the above embodiment modes are formed.

また、薄膜トランジスタ303上に形成される絶縁層308上に、遮光層323及び着色層351が形成される。また、遮光層323及び着色層351上には、着色層351に含まれる不純物が液晶層343に混入するのを防ぐために、保護層353が形成される。遮光層323及び着色層351、並びに保護層353上に、画素電極309が形成される。遮光層323は、各画素の薄膜トランジスタ303、特に薄膜トランジスタ303のチャネル形成領域に外光が入射されるのを防ぐために設けられる。このため、遮光層323は、薄膜トランジスタ303を覆うように設けられる。なお、図18においては、遮光層323は、薄膜トランジスタ303及び画素電極309の間に設けられているが、基板301及び薄膜トランジスタ303の間に設けてもよい。さらには、薄膜トランジスタ303及び画素電極309の間と、基板301及び薄膜トランジスタ303の間とに設けてもよい。 In addition, a light-blocking layer 323 and a colored layer 351 are formed over the insulating layer 308 formed over the thin film transistor 303. In addition, a protective layer 353 is formed over the light-blocking layer 323 and the colored layer 351 in order to prevent impurities contained in the colored layer 351 from entering the liquid crystal layer 343. A pixel electrode 309 is formed over the light-blocking layer 323, the colored layer 351, and the protective layer 353. The light shielding layer 323 is provided to prevent external light from entering the thin film transistor 303 of each pixel, in particular, the channel formation region of the thin film transistor 303. Therefore, the light shielding layer 323 is provided so as to cover the thin film transistor 303. In FIG. 18, the light shielding layer 323 is provided between the thin film transistor 303 and the pixel electrode 309, but may be provided between the substrate 301 and the thin film transistor 303. Further, it may be provided between the thin film transistor 303 and the pixel electrode 309 and between the substrate 301 and the thin film transistor 303.

着色層351は、各画素毎に、任意の波長範囲の光(赤色、青色、または緑色)を優先的に透過させる層で形成すればよい。 The colored layer 351 may be formed of a layer that preferentially transmits light in any wavelength range (red, blue, or green) for each pixel.

また、遮光層323及び着色層351は平坦化層としても機能するため、液晶層343の配向ムラを低減することができる。 In addition, since the light-blocking layer 323 and the colored layer 351 also function as a planarization layer, uneven alignment of the liquid crystal layer 343 can be reduced.

薄膜トランジスタ303のソース電極またはドレイン電極307と、画素電極309とは、絶縁層308、遮光層323、着色層351、及び保護層353に設けられる開口部において、接続される。画素電極309上には配向膜311が形成される。 The source or drain electrode 307 of the thin film transistor 303 and the pixel electrode 309 are connected to each other in an opening provided in the insulating layer 308, the light-blocking layer 323, the coloring layer 351, and the protective layer 353. An alignment film 311 is formed on the pixel electrode 309.

容量素子305は、薄膜トランジスタ303のゲート電極302と同時に形成される容量配線304と、ゲート絶縁層306と、画素電極309とで構成される。 The capacitor 305 includes a capacitor wiring 304 formed at the same time as the gate electrode 302 of the thin film transistor 303, a gate insulating layer 306, and a pixel electrode 309.

基板301から配向膜311までの積層体を素子基板355という。 A stacked body from the substrate 301 to the alignment film 311 is referred to as an element substrate 355.

対向基板321には、絶縁層328が形成される。絶縁層328上に対向電極329が形成され、対向電極329上に配向膜331が形成される。なお、絶縁層328は設けなくともよい。 An insulating layer 328 is formed over the counter substrate 321. A counter electrode 329 is formed over the insulating layer 328, and an alignment film 331 is formed over the counter electrode 329. Note that the insulating layer 328 is not necessarily provided.

画素電極309、液晶層343、及び対向電極329が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。 The pixel electrode 309, the liquid crystal layer 343, and the counter electrode 329 overlap with each other, so that a liquid crystal element is formed.

なお、ここでは、液晶表示装置として、VA型の液晶表示装置を示したが、これに限定されない。すなわち、実施の形態6に示す薄膜トランジスタを用いて形成した素子基板を、FFS型の液晶表示装置、IPS型の液晶表示装置、TN型の液晶表示装置又はその他の液晶表示装置に用いることができる。 Note that although a VA liquid crystal display device is shown here as a liquid crystal display device, the present invention is not limited to this. That is, an element substrate formed using the thin film transistor described in Embodiment 6 can be used for an FFS liquid crystal display device, an IPS liquid crystal display device, a TN liquid crystal display device, or another liquid crystal display device.

本実施の形態の液晶表示装置は、オン電流及び電解効果移動度が高くオフ電流が低い薄膜トランジスタを画素トランジスタとして用いているため、液晶表示装置の画質が良好(例えば、高コントラスト)の表示画質を高めることができる。また、薄膜トランジスタの大きさを小さくしても、薄膜トランジスタの電気特性が低減されないため、薄膜トランジスタの面積を小さくすることで、液晶表示装置の開口率を向上させることができる。または、画素の面積を小さくすることが可能であり、液晶表示装置の解像度を高めることができる。 Since the liquid crystal display device of this embodiment uses a thin film transistor having a high on-state current and high electrolysis effect mobility and a low off-current as a pixel transistor, the display image quality of the liquid crystal display device is good (for example, high contrast). Can be increased. In addition, even if the size of the thin film transistor is reduced, the electrical characteristics of the thin film transistor are not reduced; therefore, the aperture ratio of the liquid crystal display device can be improved by reducing the area of the thin film transistor. Alternatively, the pixel area can be reduced, and the resolution of the liquid crystal display device can be increased.

また、図18に示す液晶表示装置は、遮光層323と、着色層351を薄膜トランジスタを有する基板上に形成する。このため、薄膜トランジスタを有する基板301と、対向基板321との位置合わせが容易となる。 In the liquid crystal display device illustrated in FIG. 18, the light-blocking layer 323 and the coloring layer 351 are formed over a substrate having a thin film transistor. For this reason, alignment with the board | substrate 301 which has a thin-film transistor, and the opposing board | substrate 321 becomes easy.

(実施の形態10)
実施の形態9で示す素子基板313において、配向膜311を形成せず、発光素子を設けることにより、当該素子基板を発光表示装置や、発光装置に用いることができる。発光表示装置や発光装置は、発光素子として代表的には、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子がある。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
(Embodiment 10)
In the element substrate 313 described in Embodiment 9, the light-emitting element is provided without forming the alignment film 311, so that the element substrate can be used for a light-emitting display device or a light-emitting device. A light-emitting display device or a light-emitting device typically includes a light-emitting element using electroluminescence as a light-emitting element. A light-emitting element utilizing electroluminescence is roughly classified according to whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. In general, the former is called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element.

本実施の形態の発光表示装置及び発光装置は、オン電流及び電解効果移動度が高くオフ電流が低い薄膜トランジスタを画素トランジスタとして用いているため、画質が良好(例えば、高コントラスト)であり、且つ消費電力の低い発光表示装置及び発光装置を作製することができる。 In the light-emitting display device and the light-emitting device of this embodiment, a thin film transistor with high on-state current and high electrolysis effect mobility and low off-state current is used as a pixel transistor. A light-emitting display device and a light-emitting device with low power can be manufactured.

(実施の形態11)
上記実施の形態に係る薄膜トランジスタを有する表示装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、電子ペーパー、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。特に、実施の形態9及び実施の形態10で示したように、上記実施の形態に係る薄膜トランジスタを液晶表示装置、発光装置、電気泳動方式表示装置などに適用することにより、電子機器の表示部に用いることができる。以下に具体的に例示する。
(Embodiment 11)
The display device including the thin film transistor according to any of the above embodiments can be applied to various electronic devices (including game machines). Examples of the electronic device include a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, an electronic paper, a camera such as a digital camera or a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (a mobile phone) Large-sized game machines such as portable game machines, portable information terminals, sound reproduction apparatuses, and pachinko machines. In particular, as described in Embodiments 9 and 10, the thin film transistor according to any of the above embodiments is applied to a liquid crystal display device, a light-emitting device, an electrophoretic display device, or the like, so that the display portion of the electronic device is used. Can be used. Specific examples are given below.

上記実施の形態に係る薄膜トランジスタを有する半導体装置は、電子ペーパーに適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、デジタルサイネージ、PID(Public Infomation Display)、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図19(A)に示す。 The semiconductor device including the thin film transistor according to any of the above embodiments can be applied to electronic paper. Electronic paper can be used for electronic devices in various fields as long as they display information. For example, it can be applied to electronic books (electronic books), posters, advertisements in vehicles such as trains, digital signage, PID (Public Information Display), display on various cards such as credit cards, etc. . An example of the electronic device is illustrated in FIG.

図19(A)は、電子書籍2700の一例を示している。例えば、電子書籍2700は、筐体2701および筐体2703の2つの筐体で構成されている。筐体2701および筐体2703は、蝶番2711により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。 FIG. 19A illustrates an example of an electronic book 2700. For example, the electronic book 2700 includes two housings, a housing 2701 and a housing 2703. The housing 2701 and the housing 2703 are integrated with a hinge 2711 and can be opened / closed. With such a configuration, an operation like a paper book can be performed.

筐体2701には表示部2705が組み込まれ、筐体2703には表示部2707が組み込まれている。表示部2705および表示部2707は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(図19(A)では表示部2705)に文章を表示し、左側の表示部(図19(A)では表示部2707)に画像を表示することができる。 A display portion 2705 and a display portion 2707 are incorporated in the housing 2701 and the housing 2703, respectively. The display unit 2705 and the display unit 2707 may be configured to display a continuous screen or may be configured to display different screens. By adopting a configuration in which different screens are displayed, for example, text is displayed on the right display unit (display unit 2705 in FIG. 19A) and an image is displayed on the left display unit (display unit 2707 in FIG. 19A). Can be displayed.

また、図19(A)では、筐体2701に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体2701において、電源2721、操作キー2723、スピーカ2725などを備えている。操作キー2723により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍2700は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。 FIG. 19A illustrates an example in which the housing 2701 is provided with an operation portion and the like. For example, the housing 2701 is provided with a power supply 2721, operation keys 2723, a speaker 2725, and the like. Pages can be turned with the operation keys 2723. Note that a keyboard, a pointing device, or the like may be provided on the same surface as the display portion of the housing. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal, a USB terminal, or a terminal that can be connected to various cables such as an AC adapter and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like may be provided on the back and side surfaces of the housing. . Further, the e-book reader 2700 may have a structure having a function as an electronic dictionary.

また、電子書籍2700は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。 Further, the e-book reader 2700 may have a configuration capable of transmitting and receiving information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

図19(B)は、デジタルフォトフレーム2800の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム2800は、筐体2801に表示部2803が組み込まれている。表示部2803は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。 FIG. 19B illustrates an example of a digital photo frame 2800. For example, a digital photo frame 2800 has a display portion 2803 incorporated in a housing 2801. The display unit 2803 can display various images. For example, the display unit 2803 can display image data captured by a digital camera or the like to function in the same manner as a normal photo frame.

なお、デジタルフォトフレーム2800は、操作部、外部接続用端子(USB端子、USBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部2803に表示させることができる。 Note that the digital photo frame 2800 includes an operation unit, an external connection terminal (a terminal that can be connected to various types of cables such as a USB terminal and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like. These configurations may be incorporated on the same surface as the display portion, but it is preferable to provide them on the side surface or the back surface because the design is improved. For example, a memory storing image data captured by a digital camera can be inserted into the recording medium insertion unit of the digital photo frame to capture the image data, and the captured image data can be displayed on the display unit 2803.

また、デジタルフォトフレーム2800は、無線で情報を送受信出来る構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。 In addition, the digital photo frame 2800 may be configured to be able to transmit and receive information wirelessly. A configuration may be employed in which desired image data is captured and displayed wirelessly.

図19(C)は、テレビジョン装置2900の一例を示している。テレビジョン装置2900は、筐体2901に表示部2903が組み込まれている。表示部2903により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド2905により筐体2901を支持した構成を示している。表示部2903は、実施の形態9及び実施の形態10に示した表示装置を適用することができる。 FIG. 19C illustrates an example of a television device 2900. In the television device 2900, a display portion 2903 is incorporated in a housing 2901. Images can be displayed on the display portion 2903. Here, a configuration in which the housing 2901 is supported by a stand 2905 is shown. The display device described in Embodiments 9 and 10 can be applied to the display portion 2903.

テレビジョン装置2900の操作は、筐体2901が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部2903に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。 The television device 2900 can be operated with an operation switch provided in the housing 2901 or a separate remote controller. Channels and volume can be operated with operation keys provided in the remote controller, and an image displayed on the display portion 2903 can be operated. Further, the remote controller may be provided with a display unit that displays information output from the remote controller.

なお、テレビジョン装置2900は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して優先または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。 Note that the television set 2900 is provided with a receiver, a modem, and the like. The receiver can receive general TV broadcasts, and can be connected one-way (sender to receiver) or two-way (sender to receiver) by connecting to a priority or wireless communication network via a modem. It is also possible to perform information communication between each other or between recipients).

図19(D)は、携帯電話機3000の一例を示している。携帯電話機3000は、筐体3001に組み込まれた表示部3002の他、操作ボタン3003、3007、外部接続ポート3004、スピーカ3005、マイク3006などを備えている。表示部3002には、実施の形態9及び実施の形態10に示した表示装置を適用することができる。 FIG. 19D illustrates an example of a mobile phone 3000. The cellular phone 3000 includes operation buttons 3003 and 3007, an external connection port 3004, a speaker 3005, a microphone 3006, and the like in addition to the display portion 3002 incorporated in the housing 3001. The display devices described in Embodiments 9 and 10 can be applied to the display portion 3002.

図19(D)に示す携帯電話機3000は、表示部3002がタッチパネルになっており、指などの接触により、表示部3002の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或いはメールの作成は、表示部3002を指などで接触することにより行うことができる。 In the cellular phone 3000 illustrated in FIG. 19D, the display portion 3002 is a touch panel, and a display content of the display portion 3002 can be operated by touching a finger or the like. Further, making a call or creating a mail can be performed by touching the display portion 3002 with a finger or the like.

表示部3002の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。 There are mainly three screen modes of the display portion 3002. The first mode is a display mode mainly for displaying images. The first is a display mode mainly for displaying images, and the second is an input mode mainly for inputting information such as characters. The third is a display + input mode in which the display mode and the input mode are mixed.

例えば、電話の発信、或いはメールを作成する場合は、表示部3002を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部3002の画面の大部分の領域にキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。 For example, when making a call or creating a mail, the display unit 3002 may be set to a character input mode mainly for inputting characters and an operation for inputting characters displayed on the screen may be performed. In this case, it is preferable to display a keyboard or number buttons in the most area of the screen of the display portion 3002.

また、携帯電話機3000内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機3000の向き(縦または横)を判断して、表示部3002の表示情報を自動的に切り替えるようにすることができる。 Further, by providing a detection device having a sensor for detecting the inclination, such as a gyroscope or an acceleration sensor, in the mobile phone 3000, the orientation (vertical or horizontal) of the mobile phone 3000 is determined, and the display information on the display unit 3002 is displayed. It can be switched automatically.

また、画面モードの切り替えは、表示部3002の接触、又は筐体3001の操作ボタン3007の操作により行われる。また、表示部3002に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替えることができる。 The screen mode is switched by touching the display portion 3002 or operating the operation button 3007 of the housing 3001. Further, switching can be performed depending on the type of image displayed on the display portion 3002. For example, the display mode can be switched if the image signal to be displayed on the display unit is moving image data, and the input mode can be switched if it is text data.

また、入力モードにおいて、表示部3002の光センサで検出される信号を検知し、表示部3002のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。 In addition, in the input mode, when a signal detected by the optical sensor of the display unit 3002 is detected and there is no input by a touch operation on the display unit 3002, the screen mode is switched from the input mode to the display mode. You may control.

表示部3002は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部3002を掌や指で触れることで、掌紋、指紋等をイメージセンサで撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。 The display portion 3002 can also function as an image sensor. For example, the user can be authenticated by touching the display unit 3002 with a palm or a finger and capturing an image of a palm print, fingerprint, or the like with an image sensor. In addition, if a backlight that emits near-infrared light or a sensing light source that emits near-infrared light is used for the display portion, finger veins, palm veins, and the like can be imaged.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments.

Claims (12)

基板上に、ゲート電極を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、及び窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記ゲート電極上に窒素を含む絶縁層を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、窒素を含む酸化気体、及び水素を混合し、高周波電力を印加して、前記窒素を含む絶縁層上に酸化シリコン層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、高周波電力を印加して前記酸化シリコン層上に微結晶半導体層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
A deposition gas containing silicon and a gas containing nitrogen are mixed, high frequency power is applied, and an insulating layer containing nitrogen is formed on the gate electrode,
A deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen are mixed, and high frequency power is applied to form a silicon oxide layer on the insulating layer containing nitrogen,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen are mixed and a high-frequency power is applied to form a microcrystalline semiconductor layer over the silicon oxide layer.
基板上に、ゲート電極を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、及び窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記ゲート電極上に窒素を含む絶縁層を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、窒素を含む酸化気体、及び水素を混合し、高周波電力を印加して、前記窒素を含む絶縁層上に酸化シリコン層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素とを混合し、高周波電力を印加して前記酸化シリコン層上に第1の半導体層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記第1の半導体層上に第2の半導体層を形成して、ゲート絶縁層上に前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が積層された第3の半導体層を形成し、
前記第3の半導体層上に、不純物半導体層を形成し、
前記不純物半導体層上に導電層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
A deposition gas containing silicon and a gas containing nitrogen are mixed, high frequency power is applied, and an insulating layer containing nitrogen is formed on the gate electrode,
A deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen are mixed, and high frequency power is applied to form a silicon oxide layer on the insulating layer containing nitrogen,
A deposition gas containing silicon or germanium is mixed with hydrogen, high-frequency power is applied to form a first semiconductor layer on the silicon oxide layer,
A deposition gas containing silicon or germanium, a gas containing hydrogen and nitrogen are mixed, high frequency power is applied, a second semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer, and a gate insulating layer is formed. Forming a third semiconductor layer in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked;
Forming an impurity semiconductor layer on the third semiconductor layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a conductive layer is formed over the impurity semiconductor layer.
基板上に、ゲート電極を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、及び窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記ゲート電極上に窒素を含む絶縁層を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、窒素を含む酸化気体、及び水素を混合し、高周波電力を印加して、前記窒素を含む絶縁層上に酸化シリコン層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、希ガスとを混合し、高周波電力を印加して前記酸化シリコン層上に第1の半導体層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、希ガスと、窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記第1の半導体層上に第2の半導体層を形成して、ゲート絶縁層上に前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が積層された第3の半導体層を形成し、
前記第3の半導体層上に、不純物半導体層を形成し、
前記第3の半導体層及び前記不純物半導体層をエッチングした後、導電層を形成し、
前記導電層をエッチングして配線を形成し、
前記エッチングされた不純物半導体層をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
A deposition gas containing silicon and a gas containing nitrogen are mixed, high frequency power is applied, and an insulating layer containing nitrogen is formed on the gate electrode,
A deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen are mixed, and high frequency power is applied to form a silicon oxide layer on the insulating layer containing nitrogen,
A deposition gas containing silicon or germanium, hydrogen, and a rare gas are mixed, and high frequency power is applied to form a first semiconductor layer on the silicon oxide layer,
A deposition gas containing silicon or germanium, a gas containing hydrogen, a rare gas, and nitrogen are mixed, and a high frequency power is applied to form a second semiconductor layer on the first semiconductor layer, Forming a third semiconductor layer in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked on a gate insulating layer;
Forming an impurity semiconductor layer on the third semiconductor layer;
After etching the third semiconductor layer and the impurity semiconductor layer, a conductive layer is formed,
Etching the conductive layer to form a wiring,
A method for manufacturing a thin film transistor, characterized in that a source region and a drain region are formed by etching the etched impurity semiconductor layer.
基板上に、ゲート電極を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、及び窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記ゲート電極上に窒素を含む絶縁層を形成し、
シリコンを含む堆積性気体、窒素を含む酸化気体、及び水素を混合し、高周波電力を印加して、前記窒素を含む絶縁層上に酸化シリコン層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、希ガスとを混合し、高周波電力を印加して前記酸化シリコン層上に第1の半導体層を形成し、
シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、希ガスと、窒素を含む気体を混合し、高周波電力を印加して、前記第1の半導体層上に第2の半導体層を形成して、前記酸化シリコン層上に前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層が積層された第3の半導体層を形成し、
前記第3の半導体層上に、不純物半導体層を形成し、
前記不純物半導体層上に導電層を形成し、
前記第3の半導体層、前記不純物半導体層、及び前記導電層をエッチングした後、前記エッチングされた導電層をエッチングして配線を形成し、
前記エッチングされた不純物半導体層をエッチングしてソース領域及びドレイン領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
A deposition gas containing silicon and a gas containing nitrogen are mixed, high frequency power is applied, and an insulating layer containing nitrogen is formed on the gate electrode,
A deposition gas containing silicon, an oxidizing gas containing nitrogen, and hydrogen are mixed, and high frequency power is applied to form a silicon oxide layer on the insulating layer containing nitrogen,
A deposition gas containing silicon or germanium, hydrogen, and a rare gas are mixed, and high frequency power is applied to form a first semiconductor layer on the silicon oxide layer,
A deposition gas containing silicon or germanium, a gas containing hydrogen, a rare gas, and nitrogen are mixed, and a high frequency power is applied to form a second semiconductor layer on the first semiconductor layer, Forming a third semiconductor layer in which the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked on the silicon oxide layer;
Forming an impurity semiconductor layer on the third semiconductor layer;
Forming a conductive layer on the impurity semiconductor layer;
After etching the third semiconductor layer, the impurity semiconductor layer, and the conductive layer, the etched conductive layer is etched to form a wiring,
A method for manufacturing a thin film transistor, characterized in that a source region and a drain region are formed by etching the etched impurity semiconductor layer.
請求項2乃至4のいずれか一項において、前記第1の半導体層は微結晶半導体層であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   5. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 2, wherein the first semiconductor layer is a microcrystalline semiconductor layer. 請求項2乃至5のいずれか一項において、前記第3の半導体層は、前記酸化シリコン層に接する微結晶半導体層と、前記微結晶半導体層に接する微結晶半導体及び非晶質半導体を有する層とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   6. The third semiconductor layer according to claim 2, wherein the third semiconductor layer includes a microcrystalline semiconductor layer in contact with the silicon oxide layer, and a microcrystalline semiconductor and an amorphous semiconductor in contact with the microcrystalline semiconductor layer. And a method for manufacturing a thin film transistor. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記第3の半導体層は、前記酸化シリコン層に接する微結晶半導体層と、前記微結晶半導体層に接する混合層と、前記混合層に接する非晶質半導体を含む層とが積層されていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   6. The third semiconductor layer according to claim 1, wherein the third semiconductor layer includes a microcrystalline semiconductor layer in contact with the silicon oxide layer, a mixed layer in contact with the microcrystalline semiconductor layer, and an amorphous in contact with the mixed layer. A method for manufacturing a thin film transistor, characterized in that a layer containing a crystalline semiconductor is stacked. 請求項1乃至7のいずれか一項において、前記窒素を含む絶縁層は、窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   8. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the insulating layer containing nitrogen is a silicon nitride layer or a silicon nitride oxide layer. 請求項1乃至8のいずれか一項において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と共に、希ガスを混合することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   9. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a rare gas is mixed with a deposition gas containing silicon or germanium and hydrogen. 請求項1乃至9のいずれか一項において、シリコンまたはゲルマニウムを含む堆積性気体と、水素と、窒素を含む気体と共に、希ガスを混合することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   10. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a rare gas is mixed together with a deposition gas containing silicon or germanium, a gas containing hydrogen, and nitrogen. 請求項9または10において、前記希ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、またはキセノンであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   11. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 9, wherein the rare gas is helium, argon, neon, krypton, or xenon. 請求項2乃至11のいずれか一項において、前記窒素を含む気体は、アンモニア、窒素ガス、フッ化窒素、または塩化窒素であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   12. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 2, wherein the gas containing nitrogen is ammonia, nitrogen gas, nitrogen fluoride, or nitrogen chloride.
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