JP2012028793A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device with high thin film transistor (TFT) characteristics.SOLUTION: A high-purity target is used as a target, a single gas of argon (Ar) is used as a sputtering gas, the substrate temperature is set to 300°C or less, the sputtering electric power is set to 1-9 kW, and the sputtering gas pressure is set to 1.0-3.0 Pa, whereby a film has a stress of -1×10to 1×10dyn/cm. By the use of a conductive film with low electrical resistivity (40 μΩ cm or less) containing 0.03 ppm or less, preferably 0.01 ppm or less, of sodium for a gate wiring material of a TFT or for another wiring material, a semiconductor device including the TFT can have drastically improved operation performance or reliability.

Description

本願発明は半導体装置の配線材料に関するものである。特に、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。   The present invention relates to a wiring material for a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a circuit including a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) and a manufacturing method thereof. For example, the present invention relates to an electro-optical device typified by a liquid crystal display panel and an electronic apparatus in which such an electro-optical device is mounted as a component.

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。   Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。   In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching devices for image display devices is urgently required.

従来、上記TFTの配線材料としては、スパッタ法を用いた抵抗率の低いアルミニウム膜が多用されている。しかしながら、アルミニウムを配線材料として用いてTFTを作製した場合、熱処理によってヒロックやウィスカー等の突起物の形成や、アルミニウム原子のチャネル形成領域への拡散により、TFTの動作不良やTFT特性の低下を引き起こしていた。 Conventionally, as a wiring material of the TFT, an aluminum film having a low resistivity using a sputtering method has been frequently used. However, when a TFT is manufactured using aluminum as a wiring material, TFT operation failure and TFT characteristics are deteriorated due to the formation of protrusions such as hillocks and whiskers by heat treatment and diffusion of aluminum atoms into the channel formation region. It was.

上記に示したようにアルミニウムは、耐熱性が低いためTFTの作製プロセスにおいて好ましい配線材料ではない。 As described above, aluminum is not a preferable wiring material in the TFT manufacturing process because of its low heat resistance.

このため、アルミニウム以外の配線材料として、例えばタンタル(Ta)やチタン(Ti)等を主成分に含む材料を使用する試みがなされている。タンタルやチタンはアルミニウムに比べれば耐熱性が高い一方、電気抵抗率が高いという問題が生じる。また、タンタルは500℃程度の熱処理を施すと、熱処理前のものと比べて電気抵抗率が数倍に増大するため問題となっていた。   For this reason, an attempt has been made to use a material containing, for example, tantalum (Ta), titanium (Ti) or the like as a main component as a wiring material other than aluminum. While tantalum and titanium have higher heat resistance than aluminum, there is a problem that electric resistivity is high. In addition, tantalum has been a problem when subjected to heat treatment at about 500 ° C., because its electrical resistivity increases several times as compared with that before heat treatment.

また、基板上に形成された膜が大きな応力を持つ場合、基板の反りや、膜自体の剥離が生じるため、スパッタ法により形成された膜は、膜応力の制御を行って、できるだけ低い応力を持つ膜を形成することが望まれている。膜応力の制御を行う一つの手段として、アルゴン(Ar)やクリプトン(Kr)やキセノン(Xe)の混合ガスをスパッタガスとして用いることが提案されている。しかしながら、クリプトン(Kr)やキセノン(Xe)は高価なものであるため、混合ガスを用いることは、大量生産する場合において不適であった。   In addition, when the film formed on the substrate has a large stress, the substrate is warped or the film itself is peeled off. Therefore, the film formed by sputtering is controlled by controlling the film stress so that the stress is as low as possible. It is desired to form a film having the same. As one means for controlling the film stress, it has been proposed to use a mixed gas of argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe) as a sputtering gas. However, since krypton (Kr) and xenon (Xe) are expensive, it is not appropriate to use a mixed gas in mass production.

本願発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、AM−LCDに代表される電気光学装置の各回路の配線または電極として、電気抵抗率が十分に低く、且つ耐熱性が十分に高い材料を用い、高い信頼性を有する電気光学装置およびその作製方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a sufficiently low electrical resistivity and a sufficiently high heat resistance as a wiring or an electrode of each circuit of an electro-optical device typified by an AM-LCD. It is an object of the present invention to provide an electro-optical device using a material and having high reliability and a manufacturing method thereof.

本明細書で開示する発明の構成は、
タングステンまたはタングステン化合物を主成分とする配線材料であって、前記配線材料中の不活性元素にアルゴンを90%以上含み、且つ、前記配線材料中におけるナトリウムの含有量は0.3ppm以下であることを特徴とする配線材料である。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A wiring material mainly composed of tungsten or a tungsten compound, wherein the inert material in the wiring material contains 90% or more of argon, and the content of sodium in the wiring material is 0.3 ppm or less. Wiring material characterized by

上記構成において、前記タングステン化合物は、Ta、Ti、Mo、Cr、Nb、Siから選ばれた一種の元素、または複数種の元素とタングステンとの化合物である。 In the above structure, the tungsten compound is a kind of element selected from Ta, Ti, Mo, Cr, Nb, and Si, or a compound of a plurality of kinds of elements and tungsten.

また、上記構成において、前記配線材料の電気抵抗率が40μΩ・cm以下、好ましくは20μΩ・cm以下であることを特徴としている。 In the above structure, the wiring material has an electrical resistivity of 40 μΩ · cm or less, preferably 20 μΩ · cm or less.

また、他の発明の構成は、
W、Ta、Ti、Mo、Cr、Nb、Siから選ばれた一種の元素、または複数種の元素を含む金属膜、前記元素を主成分とする金属化合物膜、前記元素を組み合わせた合金膜、もしくは前記金属膜、金属化合物膜または合金膜から選ばれた薄膜を積層した積層膜からなる配線を備え、
前記配線は前記配線中の不活性元素にアルゴンを90%以上含み、、且つ、前記配線中におけるナトリウムの含有量は0.3ppm以下であることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
One kind of element selected from W, Ta, Ti, Mo, Cr, Nb, Si, or a metal film containing a plurality of kinds of elements, a metal compound film mainly composed of the elements, an alloy film combining the elements, Or a wiring comprising a laminated film in which a thin film selected from the metal film, metal compound film or alloy film is laminated,
The wiring is a semiconductor device characterized in that argon contains 90% or more of an inert element in the wiring, and the content of sodium in the wiring is 0.3 ppm or less.

また、他の発明の構成は、
タングステンまたはタングステン化合物を主成分とする膜を含む配線を備えた半導体装置であって、
前記配線は前記配線中の不活性元素にアルゴンを90%以上含み、且つ、前記配線におけるナトリウムの含有量は0.3ppm以下であることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device including a wiring including a film containing tungsten or a tungsten compound as a main component,
The wiring is a semiconductor device characterized by containing 90% or more of argon as an inert element in the wiring, and the content of sodium in the wiring is 0.3 ppm or less.

また、他の発明の構成は、
タングステンまたはタングステン化合物を主成分とする膜と、タングステンの窒化物膜とを含む積層構造を有する配線を備えた半導体装置であって、
前記配線は前記配線中の不活性元素にアルゴンを90%以上含み、且つ、前記配線におけるナトリウムの含有量は0.3ppm以下であることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device including a wiring having a laminated structure including a film containing tungsten or a tungsten compound as a main component and a tungsten nitride film,
The wiring is a semiconductor device characterized by containing 90% or more of argon as an inert element in the wiring, and the content of sodium in the wiring is 0.3 ppm or less.

また、他の発明の構成は、
導電型を付与する不純物元素が添加されたシリコン膜と、タングステンまたはタングステン化合物を主成分とする膜と、タングステンの窒化物膜とを含む積層構造を有する配線を備えた半導体装置であって、
前記配線は前記配線中の不活性元素にアルゴンを90%以上含み、、且つ、前記配線におけるナトリウムの含有量は0.3ppm以下であることを特徴とする半導体装置である。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device including a wiring having a stacked structure including a silicon film to which an impurity element imparting conductivity is added, a film containing tungsten or a tungsten compound as a main component, and a nitride film of tungsten,
The wiring is a semiconductor device characterized by containing 90% or more of argon as an inert element in the wiring, and the content of sodium in the wiring is 0.3 ppm or less.

上記各構成において、前記配線は、アルゴンをスパッタガスとして用いたスパッタ法により形成されたことを特徴としている。 In each of the above-described structures, the wiring is formed by a sputtering method using argon as a sputtering gas.

上記各構成において、前記配線中に含まれるアルゴン以外の不活性元素(XeまたはKr)は、1atoms%以下、好ましくは0.1atoms%以下であることを特徴としている。 In each of the above structures, an inert element (Xe or Kr) other than argon included in the wiring is 1 atom% or less, preferably 0.1 atoms% or less.

また、上記各構成のいずれか一において、前記タングステンまたはタングステン化合物を主成分とする膜の内部応力は、−2×1010dyn/cm2〜2×1010dyn/cm2、好ましくは−1×1010dyn/cm2〜1×1010dyn/cm2であることを特徴としている。 In any one of the above structures, the internal stress of the film containing tungsten or a tungsten compound as a main component is −2 × 10 10 dyn / cm 2 to 2 × 10 10 dyn / cm 2 , preferably −1. It is characterized by being x10 10 dyn / cm 2 to 1 × 10 10 dyn / cm 2 .

また、上記各構成のいずれか一において、前記配線の線幅は5μm以下であることを特徴としている。 In any one of the above-described configurations, the line width of the wiring is 5 μm or less.

また、上記各構成のいずれか一において、前記配線の膜厚は0.1μm以上、0.7μm以下であることを特徴としている。 In any one of the above structures, the thickness of the wiring is 0.1 μm or more and 0.7 μm or less.

また、上記各構成のいずれか一において、前記配線をTFTのゲート配線として用いたことを特徴としている。   In any one of the above structures, the wiring is used as a gate wiring of a TFT.

また、上記各構造を実現するための発明の構成は、
絶縁表面上に配線を少なくとも含む半導体装置の作製方法において、
前記配線は、スパッタ法によりタングステン膜を形成する工程と、前記タングステン膜をパターニングする工程とによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
In addition, the configuration of the invention for realizing each of the above structures is as follows:
In a method for manufacturing a semiconductor device including at least a wiring over an insulating surface,
The wiring is formed by a step of forming a tungsten film by a sputtering method and a step of patterning the tungsten film.

上記構成において、前記スパッタ法は、純度が4N以上のタングステンターゲットを用いることを特徴としている。   In the above structure, the sputtering method is characterized by using a tungsten target having a purity of 4N or higher.

上記構成において、前記スパッタ法は、純度が4N以上のタングステン合金ターゲットを用いることを特徴としている。   In the above structure, the sputtering method uses a tungsten alloy target having a purity of 4N or more.

上記構成において、前記スパッタ法は、アルゴンのみをスパッタガスとしたスパッタ法であることを特徴としている。   In the above configuration, the sputtering method is a sputtering method using only argon as a sputtering gas.

また、上記各構成において、膜の応力は基板温度とガス圧とスパッタ電力とを適宜調節することによって、−2×1010dyn/cm2〜2×1010dyn/cm2、好ましくは−1×1010dyn/cm2〜1×1010dyn/cm2の範囲内で所望の値を得ることが可能である。 In each of the above-described structures, the stress of the film is −2 × 10 10 dyn / cm 2 to 2 × 10 10 dyn / cm 2 , preferably −1 by appropriately adjusting the substrate temperature, gas pressure, and sputtering power. It is possible to obtain a desired value within the range of × 10 10 dyn / cm 2 to 1 × 10 10 dyn / cm 2 .

また、前記スパッタ法における基板温度は300℃以下とすることを特徴としている。また、前記スパッタ法におけるガス圧は、0.1Pa〜3.0Pa、好ましくは1.0Pa〜2.0Paとすることを特徴としている。   The substrate temperature in the sputtering method is 300 ° C. or less. The gas pressure in the sputtering method is 0.1 Pa to 3.0 Pa, preferably 1.0 Pa to 2.0 Pa.

また、前記スパッタ法におけるスパッタ電力は、300W〜15KW、好ましくは1KW〜9KW(φ305mmの大きさのターゲット)とすることを特徴としている。即ち、単位面積当りのスパッタ電力に換算すると、0.41W/cm2〜20.53W/cm2、好ましくは1.37W/cm2〜12.32W/cm2である。 The sputtering power in the sputtering method is 300 W to 15 KW, preferably 1 KW to 9 KW (a target having a size of φ305 mm). That is, in terms of sputtering power per unit area, it is 0.41 W / cm 2 to 20.53 W / cm 2 , preferably 1.37 W / cm 2 to 12.32 W / cm 2 .

なお、本明細書中において「内部応力」は図28に示すように、基板52に対して薄膜51が収縮しようとするときには、基板52はそれを妨げる方向に引っ張られ薄膜51を内側にして変形し、これを引張応力と呼び、「+」方向の応力として表している。一方、薄膜51が伸張しようとするときには、基板52は押し縮められ薄膜51を外側にして変形するので、これを圧縮応力と呼び、「−」方向の応力として表している。   In the present specification, as shown in FIG. 28, “internal stress” means that when the thin film 51 is about to contract with respect to the substrate 52, the substrate 52 is pulled in a direction that prevents the thin film 51 from being deformed. This is called tensile stress and expressed as stress in the “+” direction. On the other hand, when the thin film 51 is about to be stretched, the substrate 52 is compressed and deformed with the thin film 51 on the outside, and this is called a compressive stress and expressed as a stress in the “−” direction.

なお、本明細書中において「電極」とは、「配線」の一部であり、他の配線との電気的接続を行う箇所、または半導体層と交差する箇所を指す。従って、説明の便宜上、「配線」と「電極」とを使い分けるが、「電極」という文言に「配線」は常に含められているものとする。   Note that in this specification, an “electrode” is a part of “wiring” and refers to a portion where electrical connection with another wiring is made or a portion intersecting with a semiconductor layer. Therefore, for convenience of explanation, “wiring” and “electrode” are used properly, but “wiring” is always included in the term “electrode”.

本願発明を用いることで配線に含まれるナトリウムが0.03ppm以下、好ましくは0.01ppm以下であり、且つ、低い電気抵抗率(40μΩ・cm以下)を有し、応力が−5×1010dyn/cm2〜5×1010dyn/cm2、好ましくは−2×1010dyn/cm2〜2×1010dyn/cm2、さらに好ましくは−1×1010dyn/cm2〜1×1010dyn/cm2に制御された配線を形成することができる。 By using the present invention, sodium contained in the wiring is 0.03 ppm or less, preferably 0.01 ppm or less, has a low electric resistivity (40 μΩ · cm or less), and has a stress of −5 × 10 10 dyn. / Cm 2 to 5 × 10 10 dyn / cm 2 , preferably −2 × 10 10 dyn / cm 2 to 2 × 10 10 dyn / cm 2 , more preferably −1 × 10 10 dyn / cm 2 to 1 × 10 A wiring controlled to 10 dyn / cm 2 can be formed.

また、本発明の配線は、800℃程度の熱処理を施しても低い電気抵抗率(40μΩ・cm以下)を維持することができる。   Further, the wiring according to the present invention can maintain a low electric resistivity (40 μΩ · cm or less) even when heat treatment at about 800 ° C. is performed.

加えて、タングステンを主成分とする配線の表面に窒化タングステンを形成することによって、低抵抗で信頼性の高い配線を得ることができ、半導体装置(ここでは具体的に電気光学装置)の動作性能や信頼性を大幅に向上させることができる。 In addition, by forming tungsten nitride on the surface of the wiring mainly composed of tungsten, it is possible to obtain a wiring having low resistance and high reliability, and the operation performance of the semiconductor device (here, specifically, the electro-optical device). And reliability can be greatly improved.

画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. FIG. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. FIG. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. FIG. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. FIG. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。FIG. 9 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。FIG. 9 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. 駆動回路のTFTの作製工程を示す上面図。FIG. 9 is a top view illustrating a manufacturing process of a TFT of a driver circuit. 画素TFTの作製工程を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT. 液晶表示装置の入出力端子、配線回路配置を示す上面図。The top view which shows the input-output terminal of a liquid crystal display device, and wiring circuit arrangement | positioning. 液晶表示装置の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a liquid crystal display device. 液晶表示装置の構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of a liquid crystal display device. 画素部の画素を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a pixel in a pixel portion. 液晶表示装置の回路ブロック図。The circuit block diagram of a liquid crystal display device. ゲート電極とLDD領域の位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of a gate electrode and a LDD area | region. ゲート電極とゲート配線の接続を示す図。The figure which shows the connection of a gate electrode and gate wiring. 配線構造を示す断面図。Sectional drawing which shows a wiring structure. 画素TFT、保持容量、駆動回路のTFTの断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a pixel TFT, a storage capacitor, and a driver circuit TFT. 画素TFTの上面図の一部。Part of the top view of the pixel TFT. 駆動回路のTFTの上面図。The top view of TFT of a drive circuit. アクティブマトリクス型EL表示装置の構成を示す図。FIG. 11 illustrates a structure of an active matrix EL display device. 無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率の特性を示す図。The figure which shows the characteristic of the light transmittance with respect to the applied voltage of a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal. 電子機器の一例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. 電子機器の一例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. GDMSの分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result of GDMS. スパッタ圧と応力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between sputtering pressure and stress. スパッタ圧と電気抵抗率の関係を示す図。The figure which shows the relationship between a sputtering pressure and an electrical resistivity. 引張応力と圧縮応力の説明図。Explanatory drawing of a tensile stress and a compressive stress. コンタクト抵抗を測定するためのコンタクトチェーンを示す図。The figure which shows the contact chain for measuring contact resistance. スパッタ電力と応力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between sputtering electric power and stress. スパッタ電力と電気抵抗率の関係を示す図。The figure which shows the relationship between sputtering electric power and an electrical resistivity. TFTの断面図。A sectional view of a TFT.

本願発明の実施形態について、以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

上述の課題を解決するために、本発明は、高純度な高融点金属からなるターゲットを用い、スパッタ法によって得られる高融点金属膜を配線材料として提供する。代表的にはタングステン(W)を高融点金属として用いることを本発明の特徴の一つとしている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a refractory metal film obtained by sputtering using a target made of a high-purity refractory metal as a wiring material. Typically, one feature of the present invention is to use tungsten (W) as a refractory metal.

ターゲットとしては純度の高い4N(99.99%)以上、好ましくは6N(99.9999%)以上のタングステンターゲットを用い、スパッタガスとしてはアルゴン(Ar)の単体ガスを用いる。   A tungsten target having a high purity of 4N (99.99%) or more, preferably 6N (99.9999%) or more is used as a target, and a single gas of argon (Ar) is used as a sputtering gas.

また、本発明は、基板温度、スパッタガスの圧力(ガス圧)を調節することによって応力制御を行うことを特徴の一つとしている。基板温度を300℃以下とし、スパッタガスの圧力を1.0Pa〜3.0Pa、好ましくは1.0Pa〜2.0Paとすることにより膜の応力を、−5×1010〜5×1010dyn/cm2、好ましくは−2×1010dyn/cm2〜2×1010dyn/cm2、さらに好ましくは−1×1010dyn/cm2〜1×1010dyn/cm2とすることができる。 One feature of the present invention is that stress control is performed by adjusting the substrate temperature and the sputtering gas pressure (gas pressure). By setting the substrate temperature to 300 ° C. or lower and the sputtering gas pressure to 1.0 Pa to 3.0 Pa, preferably 1.0 Pa to 2.0 Pa, the stress of the film is −5 × 10 10 to 5 × 10 10 dyn. / Cm 2 , preferably −2 × 10 10 dyn / cm 2 to 2 × 10 10 dyn / cm 2 , more preferably −1 × 10 10 dyn / cm 2 to 1 × 10 10 dyn / cm 2. it can.

また、本発明は、基板温度、スパッタガスの圧力(ガス圧)、またはスパッタ電力を調節することによって応力制御を行うことを特徴の一つとしている。   One feature of the present invention is that stress control is performed by adjusting the substrate temperature, sputtering gas pressure (gas pressure), or sputtering power.

また、従来では、スパッタ電力を大きくすると膜応力が増大していた。しかし、上記本願発明を利用することによって、膜応力の増大を抑制できるため、大きめのスパッタ電力を投入することができ、スパッタレートを向上させることができる。   Conventionally, when the sputtering power is increased, the film stress is increased. However, by utilizing the present invention, an increase in film stress can be suppressed, so that a large amount of sputtering power can be applied and the sputtering rate can be improved.

上記スパッタ方法によって得られる本願のタングステン膜のナトリウム(Na)濃度及びカリウム(K)濃度をGDMS分析法によって分析した。その分析結果を表1及び図25に示す。   The sodium (Na) concentration and potassium (K) concentration of the tungsten film of the present application obtained by the above sputtering method were analyzed by the GDMS analysis method. The analysis results are shown in Table 1 and FIG.

なお、本明細書中のGDMS分析法とは、グロー放電質量分析法(Glow Discharge Mass Spectrometry)の略であり、グロー放電により試料をスパッタ、イオン化して取り出す固体質量分析法である。GDMS分析法は、安定したイオン源が得られることにより、微量分析法として広く活用されている分析方法である。 Note that the GDMS analysis method in this specification is an abbreviation for Glow Discharge Mass Spectrometry, and is a solid mass spectrometry method in which a sample is sputtered and ionized by glow discharge. The GDMS analysis method is an analysis method widely used as a microanalysis method by obtaining a stable ion source.

表1及び図25に示したように、タングステン膜のナトリウム(Na)濃度を0.3ppm以下、好ましくは0.1ppm以下とすることができ、ゲート配線として用いてもTFT特性に影響を与えない範囲内に抑えることができた。仮に、ゲート電極中にナトリウム(Na)濃度が多く含まれていた場合は、TFT特性に悪影響を与えてしまう。   As shown in Table 1 and FIG. 25, the sodium (Na) concentration of the tungsten film can be 0.3 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less, and it does not affect the TFT characteristics even when used as a gate wiring. We were able to keep it within the range. If a large amount of sodium (Na) is contained in the gate electrode, the TFT characteristics are adversely affected.

また、半導体装置の配線を、タングステン膜と、窒化されたタングステン膜との積層構造としてもよい。例えば、絶縁表面上に窒化タングステン(WNx(但し、0<x<1))を成膜後、タングステン(W)を積層する。また、密着性を向上させるために導電性を有する珪素膜(例えばリンドープシリコン膜、ボロンドープシリコン膜等)を窒化タングステン(WNx)の下層に設ける構成としてもよい。なお、この配線の線幅は5μm以下、膜厚は0.1〜0.7μmで形成することができる。 Alternatively, the wiring of the semiconductor device may have a stacked structure of a tungsten film and a nitrided tungsten film. For example, tungsten (W) is stacked after a tungsten nitride (WNx (where 0 <x <1)) film is formed over the insulating surface. Alternatively, a conductive silicon film (eg, a phosphorus-doped silicon film or a boron-doped silicon film) may be provided below the tungsten nitride (WNx) layer in order to improve adhesion. The wiring can be formed with a line width of 5 μm or less and a film thickness of 0.1 to 0.7 μm.

図26(a)に本発明のタングステン膜の応力値、図26(b)に熱処理(500℃、4時間)後の応力値、図26(c)に熱処理(800℃、4時間)後の応力値を示した。タングステン膜の成膜条件は、アルゴンガスの流量を100sccmとし、スパッタ電力を6kWとした。ただし、図26(b)及び図26(c)においては、熱処理する際、200nmの酸化窒化珪素膜SiOxNy(但し、0<x、y<1)で覆っている。   FIG. 26A shows the stress value of the tungsten film of the present invention, FIG. 26B shows the stress value after heat treatment (500 ° C., 4 hours), and FIG. 26C shows the stress value after heat treatment (800 ° C., 4 hours). The stress value is shown. The tungsten film was formed under the conditions of an argon gas flow rate of 100 sccm and a sputtering power of 6 kW. However, in FIGS. 26 (b) and 26 (c), the silicon oxynitride film SiOxNy (where 0 <x, y <1) is covered with 200 nm during the heat treatment.

本発明のタングステン膜は、熱処理の温度を上げるにつれて、最初は引張応力を有する膜であったものが、熱処理を加えると、さらに引張応力が増加する傾向を有しているため、膜応力の制御を行いやすい。   The tungsten film of the present invention was initially a film having a tensile stress as the temperature of the heat treatment was raised. However, when the heat treatment is applied, the tensile stress tends to increase further. Easy to do.

なお、本発明のタングステン膜は、成膜時の基板温度、圧力、スパッタ電力で応力を制御できる。タングステン膜の応力は、タングステン膜を覆って成膜する酸化窒化珪素膜の有無によってアニール後に変化する様子が異なる。すなわち酸化窒化珪素膜で覆われている場合、応力はアニール後引っ張り方向に変化し、覆われていない場合には圧縮方向に変化する。タングステン膜を覆って酸化窒化珪素膜を成膜する場合には、弱い圧縮応力に、酸化窒化珪素膜を成膜しない場合には弱い引張応力になるようタングステン膜の成膜条件を合わせ込んでおけばアニール後の応力を小さくすることが可能である。 Note that the stress of the tungsten film of the present invention can be controlled by the substrate temperature, pressure, and sputtering power at the time of film formation. The stress of the tungsten film changes after annealing depending on the presence or absence of the silicon oxynitride film formed to cover the tungsten film. That is, when the silicon oxynitride film is covered, the stress changes in the tensile direction after annealing, and when it is not covered, the stress changes in the compression direction. When a silicon oxynitride film is formed to cover the tungsten film, the tungsten film deposition conditions should be adjusted so that the tensile stress is weak when the silicon oxynitride film is not formed. For example, the stress after annealing can be reduced.

また、図30は、スパッタ電力と応力との関係を示したグラフである。図30にタングステン膜(膜厚400nm)の熱処理前の応力と、熱処理(550℃、4時間)後の応力をそれぞれ示した。このように、スパッタ電力を調節することによって応力を自由に調節することができる。また、図31に示すように、スパッタ電力を変化させると、抵抗率も変化する。図31にタングステン膜の熱処理前の抵抗率と、熱処理(550℃、4時間)後の抵抗率をそれぞれ示した。ただし、図30及び図31に示したスパッタ電力はφ305mmの大きさのターゲットを用いたデータである。従って、単位面積当りのスパッタ電力に換算できることは言うまでもない。 FIG. 30 is a graph showing the relationship between sputtering power and stress. FIG. 30 shows the stress before the heat treatment of the tungsten film (film thickness 400 nm) and the stress after the heat treatment (550 ° C., 4 hours), respectively. Thus, the stress can be freely adjusted by adjusting the sputtering power. Further, as shown in FIG. 31, when the sputtering power is changed, the resistivity also changes. FIG. 31 shows the resistivity of the tungsten film before the heat treatment and the resistivity after the heat treatment (550 ° C., 4 hours). However, the sputtering power shown in FIGS. 30 and 31 is data using a target having a size of φ305 mm. Therefore, it goes without saying that it can be converted into sputtering power per unit area.

また、一般的な高融点金属の比較例として、図26(a)にタンタルと窒化タンタルの積層膜の応力値、図26(b)に熱処理(500℃、4時間)後の応力値、図26(c)に熱処理(800℃、4時間)後の応力値を示している。同様に図26(b)及び図26(c)においては、熱処理する際、200nmの酸化窒化珪素膜SiOxNy(但し、0<x、y<1)で覆っている。   As a comparative example of a general refractory metal, FIG. 26A shows the stress value of the laminated film of tantalum and tantalum nitride, FIG. 26B shows the stress value after heat treatment (500 ° C., 4 hours), The stress value after heat processing (800 degreeC, 4 hours) is shown to 26 (c). Similarly, in FIGS. 26 (b) and 26 (c), a 200 nm silicon oxynitride film SiOxNy (where 0 <x, y <1) is covered during the heat treatment.

図26(a)〜図26(c)に示すように、タンタルと窒化タンタルの積層膜は、熱処理の温度を上げるにつれて、最初は引張応力を有する膜であったものが、熱処理を加えると、圧縮応力を有する膜へと移行する傾向があるため、膜応力の制御が困難である。   As shown in FIGS. 26 (a) to 26 (c), the laminated film of tantalum and tantalum nitride was originally a film having a tensile stress as the temperature of the heat treatment was increased. Since there is a tendency to shift to a film having a compressive stress, it is difficult to control the film stress.

また、図27(a)に本発明のタングステン膜の抵抗率、図27(b)に熱処理(500℃、4時間)後の抵抗率、図27(c)に熱処理(800℃、4時間)後の抵抗率を示した。なお、ここでの抵抗率とは電気抵抗率のことである。   FIG. 27 (a) shows the resistivity of the tungsten film of the present invention, FIG. 27 (b) shows the resistivity after the heat treatment (500 ° C., 4 hours), and FIG. 27 (c) shows the heat treatment (800 ° C., 4 hours). The later resistivity was shown. Here, the resistivity is an electrical resistivity.

図27(a)〜図27(c)に示すように、本願のタングステン膜は、低抵抗率(12〜16μΩ・cm程度)を有しており、熱処理後もほとんど抵抗率の変化は見られない。なお、さらにスパッタ条件を適宜変更することによりタングステン膜の抵抗率を12μΩ・cm以下、好ましくは9μΩ・cm程度にすることも可能である。   As shown in FIGS. 27A to 27C, the tungsten film of the present application has a low resistivity (about 12 to 16 μΩ · cm), and almost no change in resistivity is observed after the heat treatment. Absent. Further, the resistivity of the tungsten film can be reduced to 12 μΩ · cm or less, preferably about 9 μΩ · cm, by appropriately changing the sputtering conditions.

一方、一般的な高融点金属は酸化に対して耐性がなく、数ppmの残留酸素が存在する雰囲気での熱処理で容易に酸化してしまっていた。その結果、電気抵抗率の増大や膜剥がれが生じていた。また、イオンドーピングの際、反応ガスに含まれている微量な酸素等の不純物元素が高融点金属膜に注入されることによっても電気抵抗率が増大していた。 On the other hand, general refractory metals have no resistance to oxidation, and have been easily oxidized by heat treatment in an atmosphere containing several ppm of residual oxygen. As a result, an increase in electrical resistivity and film peeling occurred. In addition, when ion doping is performed, an electrical resistivity is also increased by injecting a trace amount of an impurity element such as oxygen contained in the reaction gas into the refractory metal film.

例えば、タンタルと窒化タンタルの積層膜は、熱処理する際、200nmの酸化窒化珪素膜SiOxNy(但し、0<x、y<1)で覆われているのにも関わらず、熱処理前の抵抗率(25μΩ・cm程度)と比べて、熱処理後の抵抗率(50〜80μΩ・cm程度)は数倍に増大していた。   For example, even when a laminated film of tantalum and tantalum nitride is covered with a 200 nm silicon oxynitride film SiOxNy (where 0 <x, y <1) during heat treatment, the resistivity before heat treatment ( The resistivity after heat treatment (about 50 to 80 μΩ · cm) was increased several times as compared to about 25 μΩ · cm).

また、通常、他の導電膜とのコンタクトを形成する場合には、他の導電膜を成膜する前に薄い酸化膜及び汚染物を除去するエッチング処理を行っている。次に、図29に示す構造を基板60上に形成する際、熱処理(500℃、1時間)の有無と、電極62(Al−Si(2wt%))の成膜前にエッチング処理(1/10希釈HF)の有無での、抵抗値の比較を行った結果を表2に示す。   In general, when a contact with another conductive film is formed, an etching process for removing a thin oxide film and contaminants is performed before forming the other conductive film. Next, when the structure shown in FIG. 29 is formed on the substrate 60, the presence or absence of heat treatment (500 ° C., 1 hour) and the etching treatment (1/2) before the electrode 62 (Al—Si (2 wt%)) is formed. Table 2 shows the results of comparison of resistance values with and without 10 diluted HF).

なお、コンタクト数は50個とし、接触面積の合計は約420μm2として、タンタルと窒化タンタルの積層構造を有する電極と、タングステン膜と窒化タングステン膜との積層構造を有する電極とで比較を行った。なお、表2においては、接触面積1μm□当たりの抵抗値を示した。ここではこの接触面積1μm□当たりの抵抗値をコンタクト抵抗値と呼ぶ。 The number of contacts was 50, and the total contact area was about 420 μm 2. Comparison was made between an electrode having a laminated structure of tantalum and tantalum nitride and an electrode having a laminated structure of a tungsten film and a tungsten nitride film. . In Table 2, resistance values per 1 μm square contact area are shown. Here, this resistance value per 1 μm square of contact area is called a contact resistance value.

表2では、タンタルと窒化タンタルの積層構造を有する電極61と電極62(Al−Si(2wt%))とのコンタクト抵抗は、エッチング処理(1/10希釈HF)が有りの場合のほうが、無しの場合よりも抵抗値は下がっている。また、タンタルと窒化タンタルの積層構造を有する配線のコンタクト抵抗は熱処理を施した場合、急激な増大が見られ、その値は0.4kΩに達している。   In Table 2, the contact resistance between the electrode 61 and the electrode 62 (Al—Si (2 wt%)) having a laminated structure of tantalum and tantalum nitride is absent when there is an etching process (1/10 diluted HF). The resistance value is lower than in the case of. Further, the contact resistance of the wiring having a laminated structure of tantalum and tantalum nitride is rapidly increased when heat treatment is performed, and the value reaches 0.4 kΩ.

一方、タングステン膜と窒化タングステン膜との積層構造を有する電極61と電極62(Al−Si(2wt%))とのコンタクト抵抗は、熱処理及びエッチング処理(1/10希釈HF)の有無に関わらず変化が見られない。本願のコンタクト抵抗値は、1.3Ωと十分低い抵抗値を示している。このコンタクト抵抗値が、40Ω以下、好ましくは10Ω以下、さらに好ましくは5Ω以下であれば配線として使用することが可能である。また、表2においては熱処理する際、図2のように酸化窒化珪素膜で覆っていない。   On the other hand, the contact resistance between the electrode 61 and the electrode 62 (Al—Si (2 wt%)) having a laminated structure of a tungsten film and a tungsten nitride film is irrespective of the presence or absence of heat treatment and etching treatment (1/10 diluted HF). There is no change. The contact resistance value of the present application shows a sufficiently low resistance value of 1.3Ω. If this contact resistance value is 40Ω or less, preferably 10Ω or less, more preferably 5Ω or less, it can be used as a wiring. In Table 2, when heat treatment is performed, the silicon oxynitride film is not covered as shown in FIG.

即ち、本発明のタングステン膜は、熱処理する際、酸化窒化珪素膜等で覆わなくとも抵抗率はほとんど変化しない。これらのことから、本発明のタングステン膜は、非常に耐熱性が高く、且つ、酸化しにくい膜であることがわかる。また、本発明のタングステン膜を用いた場合、このエッチング処理を省略することが可能である。   In other words, the resistivity of the tungsten film of the present invention hardly changes even if it is not covered with a silicon oxynitride film or the like during heat treatment. From these facts, it can be seen that the tungsten film of the present invention has a very high heat resistance and is hardly oxidized. Further, when the tungsten film of the present invention is used, this etching process can be omitted.

本発明は、膜中に含まれるナトリウムが0.03ppm以下であり、且つ、熱処理後も低い電気抵抗率(40μΩ・cm以下)を有し、応力が−5×1010dyn/cm2〜5×1010dyn/cm2、好ましくは−1×1010dyn/cm2〜1×1010dyn/cm2に制御されたタングステン膜をTFTのゲート配線材料やその他の配線材料として用いることにより、TFTを備えた半導体装置の動作性能や信頼性を大幅に向上させることができる。 In the present invention, the sodium contained in the film is 0.03 ppm or less, has a low electrical resistivity (40 μΩ · cm or less) even after heat treatment, and has a stress of −5 × 10 10 dyn / cm 2 to 5. By using a tungsten film controlled to × 10 10 dyn / cm 2 , preferably −1 × 10 10 dyn / cm 2 to 1 × 10 10 dyn / cm 2 as a gate wiring material of TFT or other wiring material, The operating performance and reliability of a semiconductor device including a TFT can be greatly improved.

以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。   The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.

本発明の実施例について図1〜図5を用いて説明する。ここでは画素部の画素TFTと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のTFTを同一基板上に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるCMOS回路と、サンプリング回路を形成するnチャネル型TFTとを図示することにする。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing the pixel TFT of the pixel portion and the TFT of the driver circuit provided around the pixel portion over the same substrate will be described in detail according to the process. However, in order to simplify the description, a CMOS circuit that is a basic circuit such as a shift register circuit and a buffer circuit is shown in the control circuit, and an n-channel TFT that forms a sampling circuit.

図1(A)において、基板101には低アルカリガラス基板や石英基板を用いることができる。本実施例では低アルカリガラス基板を用いた。この場合、ガラス歪み点よりも10〜20℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。この基板101のTFTを形成する表面には、基板101からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜102を50nm〜400nmの膜厚で形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜を100nm、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜を200nmの厚さに積層形成する。 In FIG. 1A, a low alkali glass substrate or a quartz substrate can be used for the substrate 101. In this example, a low alkali glass substrate was used. In this case, heat treatment may be performed in advance at a temperature lower by about 10 to 20 ° C. than the glass strain point. A base film 102 such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed with a film thickness of 50 nm to 400 nm on the surface of the substrate 101 on which the TFT is formed in order to prevent impurity diffusion from the substrate 101. For example, a silicon oxynitride film made of SiH 4 , NH 3 , and N 2 O by plasma CVD is formed to a thickness of 100 nm, and a silicon oxynitride film made of SiH 4 and N 2 O is laminated to a thickness of 200 nm. To do.

次に、20〜150nm(好ましくは30〜80nm)の厚さで非晶質構造を有する半導体膜103aを、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。本実施例では、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜を55nmの厚さに形成した。非晶質構造を有する半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、下地膜102と非晶質シリコン膜103aとは同じ成膜法で形成することが可能であるので、両者を連続形成しても良い。下地膜を形成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFTの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。(図1(A))   Next, a semiconductor film 103a having an amorphous structure with a thickness of 20 to 150 nm (preferably 30 to 80 nm) is formed by a known method such as a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed by plasma CVD. As the semiconductor film having an amorphous structure, there are an amorphous semiconductor film and a microcrystalline semiconductor film, and a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film may be applied. Further, since the base film 102 and the amorphous silicon film 103a can be formed by the same film formation method, they may be formed continuously. After the formation of the base film, it is possible to prevent contamination of the surface by not exposing it to the air atmosphere, and it is possible to reduce variations in characteristics of TFTs to be manufactured and variations in threshold voltage. (Fig. 1 (A))

そして、公知の結晶化技術を使用して非晶質シリコン膜103aから結晶質シリコン膜103bを形成する。例えば、レーザー結晶化法や熱結晶化法(固相成長法)を適用すれば良いが、ここでは、特開平7−130652号公報で開示された技術に従って、触媒元素を用いる結晶化法で結晶質シリコン膜103bを形成した。結晶化の工程に先立って、非晶質シリコン膜の含有水素量にもよるが、400〜500℃で1時間程度の熱処理を行い、含有水素量を5atom%以下にしてから結晶化させることが望ましい。非晶質シリコン膜を結晶化させると原子の再配列が起こり緻密化するので、作製される結晶質シリコン膜の厚さは当初の非晶質シリコン膜の厚さ(本実施例では55nm)よりも1〜15%程度減少した。(図1(B))   Then, a crystalline silicon film 103b is formed from the amorphous silicon film 103a using a known crystallization technique. For example, a laser crystallization method or a thermal crystallization method (solid phase growth method) may be applied. Here, in accordance with the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-130552, the crystallization method using a catalytic element is used for crystallization. A quality silicon film 103b was formed. Prior to the crystallization step, depending on the amount of hydrogen contained in the amorphous silicon film, heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for about 1 hour, and the amount of hydrogen contained is reduced to 5 atom% or less for crystallization. desirable. When the amorphous silicon film is crystallized, the rearrangement of atoms occurs and the film is densified. Therefore, the thickness of the produced crystalline silicon film is larger than the thickness of the initial amorphous silicon film (55 nm in this embodiment). Also decreased by about 1 to 15%. (Fig. 1 (B))

そして、結晶質シリコン膜103bを島状に分割して、島状半導体層104〜107を形成する。その後、プラズマCVD法またはスパッタ法により50〜100nmの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層108を形成する。(図1(C))   Then, the crystalline silicon film 103b is divided into island shapes, so that island-like semiconductor layers 104 to 107 are formed. Thereafter, a mask layer 108 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 to 100 nm is formed by plasma CVD or sputtering. (Figure 1 (C))

そしてレジストマスク109を設け、nチャネル型TFTを形成する島状半導体層105〜107の全面にしきい値電圧を制御する目的で1×1016〜5×1017atoms/cm3程度の濃度でp型を付与する不純物元素としてボロン(B)を添加した。ボロン(B)の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン(B)添加は必ずしも必要でないが、ボロン(B)を添加した半導体層110〜112はnチャネル型TFTのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった。(図1(D)) Then, a resist mask 109 is provided, and p has a concentration of about 1 × 10 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 for the purpose of controlling the threshold voltage over the entire surface of the island-like semiconductor layers 105 to 107 forming the n-channel TFT. Boron (B) was added as an impurity element imparting a mold. Boron (B) may be added by an ion doping method, or may be added simultaneously with the formation of an amorphous silicon film. Although boron (B) is not necessarily added here, the semiconductor layers 110 to 112 to which boron (B) is added are preferably formed in order to keep the threshold voltage of the n-channel TFT within a predetermined range. It was good. (Figure 1 (D))

駆動回路のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物元素を島状半導体層110、111に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク113〜116を形成した。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)や砒素(As)を用いれば良く、ここではリン(P)を添加すべく、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法を適用した。形成された不純物領域117、118のリン(P)濃度は2×1016〜5×1019atoms/cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域117〜119に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n-)と表す。また、不純物領域119は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン(P)を添加した。(図2(A)) In order to form the LDD region of the n-channel TFT of the driver circuit, an impurity element imparting n-type conductivity is selectively added to the island-like semiconductor layers 110 and 111. Therefore, resist masks 113 to 116 are formed in advance. As an impurity element imparting n-type conductivity, phosphorus (P) or arsenic (As) may be used. Here, an ion doping method using phosphine (PH 3 ) is applied to add phosphorus (P). The phosphorus (P) concentration of the formed impurity regions 117 and 118 may be in the range of 2 × 10 16 to 5 × 10 19 atoms / cm 3 . In this specification, the concentration of an impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 117 to 119 formed here is represented as (n ). The impurity region 119 is a semiconductor layer for forming a storage capacitor of the pixel portion, and phosphorus (P) is added to this region at the same concentration. (Fig. 2 (A))

次に、マスク層108をフッ酸などにより除去して、図1(D)と図2(A)で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で500〜600℃で1〜4時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)を用い、線状ビームを形成して、発振周波数5〜50Hz、エネルギー密度100〜500mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を80〜98%として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。 Next, the mask layer 108 is removed with hydrofluoric acid or the like, and a step of activating the impurity element added in FIGS. 1D and 2A is performed. The activation can be performed by a heat treatment at 500 to 600 ° C. for 1 to 4 hours or a laser activation method in a nitrogen atmosphere. Moreover, you may carry out using both together. In this embodiment, a laser activation method is used, a KrF excimer laser beam (wavelength 248 nm) is used to form a linear beam, and an oscillation frequency of 5 to 50 Hz and an energy density of 100 to 500 mJ / cm 2 are used. The entire surface of the substrate on which the island-shaped semiconductor layer was formed was processed by scanning with an overlap ratio of 80 to 98%. Note that there are no particular limitations on the irradiation conditions of the laser beam, and the practitioner may make an appropriate decision.

そして、ゲート絶縁膜120をプラズマCVD法またはスパッタ法を用いて10〜150nmの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、120nmの厚さで酸化窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜には、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。(図2(B))   Then, the gate insulating film 120 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 10 to 150 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. For example, a silicon oxynitride film is formed with a thickness of 120 nm. As the gate insulating film, another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure. (Fig. 2 (B))

次に、ゲート電極を形成するために第1の導電層を成膜する。この第1の導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造としても良い。本実施例では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層(A)121と金属膜から成る導電層(B)122とを積層させた。導電層(B)122はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形成すれば良く、導電層(A)121は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)で形成する。また、導電層(A)121は代替材料として、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層(B)は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させると良く、特にナトリウム濃度に関しては、0.1ppm以下、酸素濃度に関しては1wt%以下とすると良かった。例えば、タングステン(W)は酸素濃度を0.2wt%以下とすることで40μΩ・cm以下、好ましくは20μΩ・cm以下の抵抗率を実現することができた。   Next, a first conductive layer is formed to form a gate electrode. The first conductive layer may be formed as a single layer, but may have a laminated structure such as two layers or three layers as necessary. In this example, a conductive layer (A) 121 made of a conductive nitride metal film and a conductive layer (B) 122 made of a metal film were laminated. The conductive layer (B) 122 is an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W), an alloy containing the element as a main component, or an alloy film combining the elements. (Typically, a Mo—W alloy film or a Mo—Ta alloy film) may be used, and the conductive layer (A) 121 may be a tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN) film, or nitride. It is made of molybdenum (MoN). Alternatively, tungsten silicide, titanium silicide, or molybdenum silicide may be applied to the conductive layer (A) 121 as an alternative material. In the conductive layer (B), the concentration of impurities contained in the conductive layer (B) should be reduced. In particular, the sodium concentration should be 0.1 ppm or less, and the oxygen concentration should be 1 wt% or less. For example, tungsten (W) can realize a resistivity of 40 μΩ · cm or less, preferably 20 μΩ · cm or less by setting the oxygen concentration to 0.2 wt% or less.

導電層(A)121は10〜50nm(好ましくは20〜30nm)とし、導電層(B)122は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良い。本実施例では、導電層(A)121として、50nm厚の窒化タングステン(WNx)膜を、導電層(B)122として、350nm厚のタングステン(W)膜を用いた。本実施例では、大気に触れることなく、連続的にスパッタ法を用いて積層形成した。   The conductive layer (A) 121 may be 10 to 50 nm (preferably 20 to 30 nm), and the conductive layer (B) 122 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). In this example, a tungsten nitride (WNx) film having a thickness of 50 nm was used as the conductive layer (A) 121, and a tungsten (W) film having a thickness of 350 nm was used as the conductive layer (B) 122. In this example, the layers were continuously formed using a sputtering method without being exposed to the atmosphere.

本実施例では、6N(99.9999%)のタングステンターゲットを用い、スパッタガスとしてはアルゴン(Ar)の単体ガスを用いた。また、基板温度を200℃、スパッタガスの圧力を1.5Pa、スパッタ電力を6kWとすることにより膜の応力を、−5×1010〜5×1010dyn/cm2、好ましくは−2×1010〜2×1010dyn/cm2、さらに好ましくは−1×1010〜1×1010dyn/cm2の範囲内に制御した。こうして、本願のタングステン膜のナトリウム(Na)濃度はGDMS分析で0.3ppm以下、好ましくは0.1ppm以下とすることができ、ゲート配線として用いてもTFT特性に影響を与えない範囲内にすることができた。また、本願のタングステン膜は熱処理を施しても抵抗率にほとんど変化がみられない。このように低抵抗で信頼性の高いゲート配線を用いればTFTの動作性能や信頼性を大幅に向上させることができた。 In this embodiment, a 6N (99.9999%) tungsten target was used, and a single gas of argon (Ar) was used as the sputtering gas. Further, by setting the substrate temperature to 200 ° C., the sputtering gas pressure to 1.5 Pa, and the sputtering power to 6 kW, the film stress is set to −5 × 10 10 to 5 × 10 10 dyn / cm 2 , preferably −2 ×. It was controlled within the range of 10 10 to 2 × 10 10 dyn / cm 2 , more preferably −1 × 10 10 to 1 × 10 10 dyn / cm 2 . Thus, the sodium (Na) concentration of the tungsten film of the present application can be set to 0.3 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less by GDMS analysis, and within the range that does not affect TFT characteristics even when used as a gate wiring. I was able to. In addition, the tungsten film of the present application shows almost no change in resistivity even after heat treatment. As described above, if the gate wiring having low resistance and high reliability is used, the operation performance and reliability of the TFT can be greatly improved.

尚、図示しないが、導電層(A)121の下に2〜20nm程度の厚さでリン(P)をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層(A)または導電層(B)が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜120に拡散するのを防ぐことができる。(図2(C))   Although not shown, it is effective to form a silicon film doped with phosphorus (P) with a thickness of about 2 to 20 nm under the conductive layer (A) 121. This improves adhesion and prevents oxidation of the conductive film formed thereon, and at the same time, an alkali metal element contained in a trace amount in the conductive layer (A) or the conductive layer (B) diffuses into the gate insulating film 120. Can be prevented. (Fig. 2 (C))

次に、レジストマスク123〜127を形成し、導電層(A)121と導電層(B)122とを一括でエッチングしてゲート電極128〜131と容量配線132を形成する。ゲート電極128〜131と容量配線132は、導電層(A)から成る128a〜132aと、導電層(B)から成る128b〜132bとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極129、130は不純物領域117、118の一部と、ゲート絶縁膜120を介して重なるように形成する。(図2(D))   Next, resist masks 123 to 127 are formed, and the conductive layer (A) 121 and the conductive layer (B) 122 are etched together to form the gate electrodes 128 to 131 and the capacitor wiring 132. The gate electrodes 128 to 131 and the capacitor wiring 132 are integrally formed of 128a to 132a made of a conductive layer (A) and 128b to 132b made of a conductive layer (B). At this time, the gate electrodes 129 and 130 formed in the driver circuit are formed so as to overlap part of the impurity regions 117 and 118 with the gate insulating film 120 interposed therebetween. (Fig. 2 (D))

次いで、駆動回路のpチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域を形成するために、p型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極128をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、nチャネル型TFTが形成される領域はレジストマスク133で被覆しておく。そして、ジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で不純物領域134を形成した。この領域のボロン(B)濃度は3×1020〜3×1021atoms/cm3となるようにする。本明細書中では、ここで形成された不純物領域134に含まれるp型を付与する不純物元素の濃度を(p+)と表す。(図3(A)) Next, in order to form a source region and a drain region of the p-channel TFT of the driver circuit, a step of adding an impurity element imparting p-type is performed. Here, the impurity region is formed in a self-aligning manner using the gate electrode 128 as a mask. At this time, a region where the n-channel TFT is formed is covered with a resist mask 133. Then, an impurity region 134 was formed by an ion doping method using diborane (B 2 H 6 ). The boron (B) concentration in this region is set to 3 × 10 20 to 3 × 10 21 atoms / cm 3 . In this specification, the concentration of the impurity element imparting p-type contained in the impurity region 134 formed here is expressed as (p + ). (Fig. 3 (A))

次に、nチャネル型TFTにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク135〜137を形成し、n型を付与する不純物元素が添加して不純物領域138〜142を形成した。これは、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリン(P)濃度を1×1020〜1×1021atoms/cm3とした。本明細書中では、ここで形成された不純物領域138〜142に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n+)と表す。(図3(B)) Next, in the n-channel TFT, an impurity region functioning as a source region or a drain region was formed. Resist masks 135 to 137 were formed, and an impurity element imparting n-type conductivity was added to form impurity regions 138 to 142. This was performed by ion doping using phosphine (PH 3 ), and the phosphorus (P) concentration in this region was set to 1 × 10 20 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . In this specification, the concentration of the impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 138 to 142 formed here is expressed as (n + ). (Fig. 3 (B))

不純物領域138〜142には、既に前工程で添加されたリン(P)またはボロン(B)が含まれているが、それに比して十分に高い濃度でリン(P)が添加されるので、前工程で添加されたリン(P)またはボロン(B)の影響は考えなくても良い。また、不純物領域138に添加されたリン(P)濃度は図3(A)で添加されたボロン(B)濃度の1/2〜1/3なのでp型の導電性が確保され、TFTの特性に何ら影響を与えることはなかった。   The impurity regions 138 to 142 already contain phosphorus (P) or boron (B) added in the previous step, but phosphorus (P) is added at a sufficiently high concentration, so that The influence of phosphorus (P) or boron (B) added in the previous step may not be considered. Further, since the phosphorus (P) concentration added to the impurity region 138 is 1/2 to 1/3 of the boron (B) concentration added in FIG. 3A, p-type conductivity is ensured, and TFT characteristics are obtained. It had no effect on.

そして、画素部のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するためのn型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極131をマスクとして自己整合的にn型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加するリン(P)の濃度は1×1016〜5×1018atoms/cm3であり、図2(A)および図3(A)と図3(B)で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域143、144のみが形成される。本明細書中では、この不純物領域143、144に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n--)と表す。(図3(C)) Then, an impurity addition step for imparting n-type for forming an LDD region of the n-channel TFT in the pixel portion was performed. Here, an impurity element imparting n-type in a self-aligning manner is added by ion doping using the gate electrode 131 as a mask. The concentration of phosphorus (P) to be added is 1 × 10 16 to 5 × 10 18 atoms / cm 3, which is based on the concentration of the impurity element added in FIGS. 2 (A), 3 (A), and 3 (B). In addition, by adding at a low concentration, substantially only the impurity regions 143 and 144 are formed. In this specification, the concentration of the impurity element imparting n-type contained in the impurity regions 143 and 144 is represented by (n ). (Fig. 3 (C))

その後、それぞれの濃度で添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を活性化するために熱処理工程を行う。この工程はファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)で行うことができる。ここではファーネスアニール法で活性化工程を行った。熱処理は酸素濃度が8ppm〜9%の窒素雰囲気中で400〜800℃、代表的には500〜600℃で行うものであり、本実施例では550℃で4時間の熱処理を行った。また、基板101に石英基板のような耐熱性を有するものを使用した場合には、800℃で1時間の熱処理としても良く、不純物元素の活性化と、該不純物元素が添加された不純物領域とチャネル形成領域との接合を良好に形成することができた。   Thereafter, a heat treatment process is performed to activate the impurity element imparting n-type or p-type added at each concentration. This step can be performed by a furnace annealing method, a laser annealing method, or a rapid thermal annealing method (RTA method). Here, the activation process was performed by furnace annealing. The heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 8 ppm to 9% at 400 to 800 ° C., typically 500 to 600 ° C. In this embodiment, the heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours. Further, in the case where a substrate 101 having heat resistance such as a quartz substrate is used, heat treatment may be performed at 800 ° C. for 1 hour, and activation of the impurity element, impurity region to which the impurity element is added, and A good junction with the channel formation region could be formed.

この熱処理において、ゲート電極128〜131と容量配線132形成する金属膜128b〜132bは、表面から5〜80nmの厚さで導電層(C)128c〜132cが形成される。例えば、導電層(B)128b〜132bがタングステン(W)の場合には窒化タングステン(WN)が形成され、タンタル(Ta)の場合には窒化タンタル(TaN)を形成することができる。また、導電層(C)128c〜132cは、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極128〜131を晒しても同様に形成することができる。さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。   In this heat treatment, the conductive layers (C) 128c to 132c are formed with a thickness of 5 to 80 nm from the surface of the metal films 128b to 132b forming the gate electrodes 128 to 131 and the capacitor wiring 132. For example, when the conductive layers (B) 128b to 132b are tungsten (W), tungsten nitride (WN) can be formed, and when tantalum (Ta) is used, tantalum nitride (TaN) can be formed. The conductive layers (C) 128c to 132c can be formed in the same manner even when the gate electrodes 128 to 131 are exposed to a plasma atmosphere containing nitrogen using nitrogen or ammonia. Further, a heat treatment was performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.

島状半導体層が、非晶質シリコン膜から触媒元素を用いる結晶化の方法で作製された場合、島状半導体層中には微量の触媒元素が残留した。勿論、そのような状態でもTFTを完成させることが可能であるが、残留する触媒元素を少なくともチャネル形成領域から除去する方がより好ましかった。この触媒元素を除去する手段の一つにリン(P)によるゲッタリング作用を利用する手段があった。ゲッタリングに必要なリン(P)の濃度は図3(B)で形成した不純物領域(n+)と同程度であり、ここで実施される活性化工程の熱処理により、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTのチャネル形成領域から触媒元素をゲッタリングをすることができた。(図3(D)) In the case where the island-shaped semiconductor layer was formed from an amorphous silicon film by a crystallization method using a catalytic element, a trace amount of the catalytic element remained in the island-shaped semiconductor layer. Of course, it is possible to complete the TFT even in such a state, but it is more preferable to remove at least the remaining catalyst element from the channel formation region. As one of means for removing the catalyst element, there is a means for utilizing the gettering action by phosphorus (P). The concentration of phosphorus (P) necessary for gettering is approximately the same as that of the impurity region (n + ) formed in FIG. 3B, and the n-channel TFT and the p-type are formed by heat treatment in the activation process performed here. The catalytic element could be gettered from the channel formation region of the channel TFT. (Fig. 3 (D))

図6(A)および図7(A)はここまでの工程におけるTFTの上面図であり、A−A'断面およびC−C'断面は図3(D)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(A)および図9(A)の断面図に対応している。図6および図7の上面図はゲート絶縁膜を省略しているが、ここまでの工程で少なくとも島状半導体層104〜107上にゲート電極128〜131と容量配線132が図に示すように形成されている。   6A and 7A are top views of the TFT in the steps up to here, and the AA ′ cross section and the CC ′ cross section are AA ′ and CC in FIG. It corresponds to '. Further, the BB ′ cross section and the DD ′ cross section correspond to the cross sectional views of FIGS. 8A and 9A. Although the gate insulating film is omitted in the top views of FIGS. 6 and 7, the gate electrodes 128 to 131 and the capacitor wiring 132 are formed on the island-like semiconductor layers 104 to 107 as shown in the drawings by the steps up to here. Has been.

活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線とする第2の導電膜を形成する。この第2の導電膜は低抵抗材料であるアルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、または合金(Ag−Pd−Cu)を主成分とする導電層(D)と、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、またはモリブデン(Mo)から成る導電層(E)とで形成すると良い。本実施例では、チタン(Ti)を0.1〜2重量%含むアルミニウム(Al)膜を導電層(D)145とし、チタン(Ti)膜を導電層(E)146として形成した。導電層(D)145は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良く、導電層(E)146は50〜200(好ましくは100〜150nm)で形成すれば良い。(図4(A))   When the activation and hydrogenation steps are completed, a second conductive film is formed as a gate wiring. This second conductive film includes a conductive layer (D) mainly composed of aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or an alloy (Ag—Pd—Cu), which is a low resistance material, and titanium ( A conductive layer (E) made of Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or molybdenum (Mo) may be used. In this embodiment, an aluminum (Al) film containing 0.1 to 2% by weight of titanium (Ti) is formed as the conductive layer (D) 145, and a titanium (Ti) film is formed as the conductive layer (E) 146. The conductive layer (D) 145 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm), and the conductive layer (E) 146 may be 50 to 200 (preferably 100 to 150 nm). (Fig. 4 (A))

そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層(E)146と導電層(D)145とをエッチング処理して、ゲート配線147、148と容量配線149を形成した。エッチング処理は最初にSiCl4とCl2とBCl3との混合ガスを用いたドライエッチング法で導電層(E)の表面から導電層(D)の途中まで除去し、その後リン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで導電層(D)を除去することにより、下地との選択加工性を保ってゲート配線を形成することができた。 Then, the conductive layers (E) 146 and (D) 145 were etched to form gate wirings connected to the gate electrodes, whereby gate wirings 147 and 148 and capacitor wirings 149 were formed. The etching process is performed first by removing from the surface of the conductive layer (E) to the middle of the conductive layer (D) by a dry etching method using a mixed gas of SiCl 4 , Cl 2 and BCl 3, and then a phosphoric acid-based etching solution By removing the conductive layer (D) by wet etching, the gate wiring can be formed while maintaining selective processability with the base.

図6(B)および図7(B)はこの状態の上面図を示し、A−A'断面およびC−C'断面は図4(B)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(B)および図9(B)のB−B'およびD−D'に対応している。図6(B)および図7(B)において、ゲート配線147、148の一部は、ゲート電極128、129、131の一部と重なり電気的に接触している。この様子はB−B'断面およびD−D'断面に対応した図8(B)および図9(B)の断面構造図からも明らかで、第1の導電層を形成する導電層(C)と第2の導電層を形成する導電層(D)とが電気的に接触している。 6B and 7B are top views of this state, and the AA ′ and CC ′ sections correspond to AA ′ and CC ′ in FIG. 4B. ing. Further, the BB ′ section and the DD ′ section correspond to BB ′ and DD ′ in FIGS. 8B and 9B. 6B and 7B, part of the gate wirings 147 and 148 overlaps with part of the gate electrodes 128, 129, and 131 and is in electrical contact. This state is also apparent from the cross-sectional structure diagrams of FIGS. 8B and 9B corresponding to the BB ′ cross section and the DD ′ cross section, and the conductive layer (C) forming the first conductive layer. And the conductive layer (D) forming the second conductive layer are in electrical contact.

第1の層間絶縁膜
150は500〜1500nmの厚さで酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜で形成され、その後、それぞれの島状半導体層に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線151〜154と、ドレイン配線155〜158を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の積層膜とした。
The first interlayer insulating film 150 is formed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film with a thickness of 500 to 1500 nm, and then a contact hole reaching the source region or the drain region formed in each island-like semiconductor layer is formed. Then, source wirings 151 to 154 and drain wirings 155 to 158 are formed. Although not shown, in this embodiment, this electrode is a laminated film having a three-layer structure in which a Ti film is 100 nm, an aluminum film containing Ti is 300 nm, and a Ti film is 150 nm continuously formed by sputtering.

次に、パッシベーション膜159として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を50〜500nm(代表的には100〜300nm)の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとTFTの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、3〜100%の水素を含む雰囲気中または窒素雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜159に開口部を形成しておいても良い。(図4(C))   Next, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film is formed as the passivation film 159 with a thickness of 50 to 500 nm (typically 100 to 300 nm). When the hydrogenation treatment was performed in this state, favorable results were obtained with respect to the improvement of TFT characteristics. For example, heat treatment may be performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen or in a nitrogen atmosphere, or the same effect can be obtained by using a plasma hydrogenation method. . Note that an opening may be formed in the passivation film 159 at a position where a contact hole for connecting the pixel electrode and the drain wiring is formed later. (Fig. 4 (C))

図6(C)および図7(C)のはこの状態の上面図を示し、A−A'断面およびC−C'断面は図4(C)のA−A'およびC−C'に対応している。また、B−B'断面およびD−D'断面は図8(C)および図9(C)のB−B'およびD−D'に対応している。図6(C)と図7(C)では第1の層間絶縁膜を省略して示すが、島状半導体層104、105、107の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース配線151、152、154とドレイン配線155、156、158が第1の層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して接続している。 6C and 7C are top views of this state, and the AA ′ and CC ′ sections correspond to AA ′ and CC ′ in FIG. 4C. is doing. The BB ′ cross section and the DD ′ cross section correspond to BB ′ and DD ′ in FIGS. 8C and 9C. In FIG. 6C and FIG. 7C, the first interlayer insulating film is omitted, but source wirings 151, 152, and the like are not illustrated in the source and drain regions of the island-shaped semiconductor layers 104, 105, and 107. 154 and drain wirings 155, 156, 158 are connected through a contact hole formed in the first interlayer insulating film.

その後、有機樹脂からなる第2の層間絶縁膜160を1.0〜1.5μmの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、300℃で焼成して形成した。そして、第2の層間絶縁膜160にドレイン配線158に達するコンタクトホールを形成し、画素電極161、162を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ(ITO)膜を100nmの厚さにスパッタ法で形成した。(図5)   Thereafter, a second interlayer insulating film 160 made of an organic resin is formed to a thickness of 1.0 to 1.5 μm. As the organic resin, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, BCB (benzocyclobutene), or the like can be used. Here, it was formed by baking at 300 ° C. using a type of polyimide that is thermally polymerized after being applied to the substrate. Then, a contact hole reaching the drain wiring 158 is formed in the second interlayer insulating film 160, and pixel electrodes 161 and 162 are formed. The pixel electrode may be a transparent conductive film in the case of a transmissive liquid crystal display device, and may be a metal film in the case of a reflective liquid crystal display device. In this embodiment, an indium tin oxide (ITO) film having a thickness of 100 nm is formed by sputtering to form a transmissive liquid crystal display device. (Fig. 5)

こうして同一基板上に、駆動回路のTFTと画素部の画素TFTとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはpチャネル型TFT201、第1のnチャネル型TFT202、第2のnチャネル型TFT203、画素部には画素TFT204、保持容量205が形成した。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。   In this way, a substrate having the TFT of the driving circuit and the pixel TFT of the pixel portion on the same substrate was completed. A p-channel TFT 201, a first n-channel TFT 202, and a second n-channel TFT 203 are formed in the driver circuit, and a pixel TFT 204 and a storage capacitor 205 are formed in the pixel portion. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.

駆動回路のpチャネル型TFT201には、島状半導体層104にチャネル形成領域206、ソース領域207a、207b、ドレイン領域208a,208bを有している。第1のnチャネル型TFT202には、島状半導体層105にチャネル形成領域209、ゲート電極129と重なるLDD領域210(以降、このようなLDD領域をLovと記す)、ソース領域211、ドレイン領域212を有している。このLov領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.0〜1.5μmとした。第2のnチャネル型TFT203には、島状半導体層106にチャネル形成領域213、LDD領域214,215、ソース領域216、ドレイン領域217を有している。このLDD領域はLov領域とゲート電極130と重ならないLDD領域(以降、このようなLDD領域をLoffと記す)とが形成され、このLoff領域のチャネル長方向の長さは0.3〜2.0μm、好ましくは0.5〜1.5μmである。画素TFT204には、島状半導体層107にチャネル形成領域218、219、Loff領域220〜223、ソースまたはドレイン領域224〜226を有している。Loff領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.5〜2.5μmである。さらに、容量配線132、149と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素TFT204のドレイン領域226に接続し、n型を付与する不純物元素が添加された半導体層227とから保持容量205が形成されている。図5では画素TFT204をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。   The p-channel TFT 201 of the driver circuit includes a channel formation region 206, source regions 207a and 207b, and drain regions 208a and 208b in the island-like semiconductor layer 104. The first n-channel TFT 202 includes an LDD region 210 that overlaps the island-shaped semiconductor layer 105 with a channel formation region 209 and a gate electrode 129 (hereinafter, such an LDD region is referred to as Lov), a source region 211, and a drain region 212. have. The length of the Lov region in the channel length direction is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.0 to 1.5 μm. The second n-channel TFT 203 includes a channel formation region 213, LDD regions 214 and 215, a source region 216, and a drain region 217 in the island-shaped semiconductor layer 106. This LDD region is formed with an LDD region that does not overlap the Lov region and the gate electrode 130 (hereinafter, such an LDD region is referred to as Loff), and the length of the Loff region in the channel length direction is 0.3-2. It is 0 μm, preferably 0.5 to 1.5 μm. The pixel TFT 204 includes channel formation regions 218 and 219, Loff regions 220 to 223, and source or drain regions 224 to 226 in the island-shaped semiconductor layer 107. The length of the Loff region in the channel length direction is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.5 to 2.5 μm. Further, the storage capacitor 205 includes capacitor wirings 132 and 149, an insulating film made of the same material as the gate insulating film, and a semiconductor layer 227 connected to the drain region 226 of the pixel TFT 204 and doped with an impurity element imparting n-type conductivity. Is formed. Although the pixel TFT 204 has a double gate structure in FIG. 5, it may have a single gate structure or a multi-gate structure provided with a plurality of gate electrodes.

以上の様に、画素TFTおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するTFTの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能とすることができる。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で形成することによりLDD領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、ゲート配線を低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、画素部(画面サイズ)が4インチクラス以上の表示装置に適用することができる。   As described above, the structure of the TFT constituting each circuit can be optimized according to the specifications required by the pixel TFT and the drive circuit, and the operation performance and reliability of the semiconductor device can be improved. Furthermore, the LDD region, the source region, and the drain region can be easily activated by forming the gate electrode from a heat-resistant conductive material, and the wiring resistance can be sufficiently reduced by forming the gate wiring from a low-resistance material. Therefore, the present invention can be applied to a display device having a pixel portion (screen size) of 4 inch class or more.

図16はゲート電極とゲート配線の他の一例を示す図である。図16のゲート電極とゲート配線は実施例1で示す工程と同様にして形成されるものであり、島状半導体層901とゲート絶縁膜902の上方に形成されている。   FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the gate electrode and the gate wiring. The gate electrode and the gate wiring in FIG. 16 are formed in the same manner as in the process shown in Embodiment 1, and are formed above the island-shaped semiconductor layer 901 and the gate insulating film 902.

図16(A)において、ゲート電極とする第1の導電層には、導電層(A)903は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)で形成する。導電層(B)904はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜で形成し、その表面に実施例1と同様にして導電層(C)905を形成する。導電層(A)903は10〜50nm(好ましくは20〜30nm)とし、導電層(B)904は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良い。ゲート配線とする第2の導電層は低抵抗材料であるアルミニウム(Al)や銅(Cu)を主成分とする導電層(D)と、その上にチタン(Ti)やタンタル(Ta)などで形成する導電層(E)とを積層形成する。アルミニウム(Al)や銅(Cu)はストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションで容易に拡散するため、第2の導電層を被覆するように窒化シリコン膜908を50〜150nmの厚さで形成することが必要である。   In FIG. 16A, a conductive layer (A) 903 includes a tantalum nitride (TaN), a tungsten nitride (WN), a titanium nitride (TiN) film, and a molybdenum nitride (MoN). Form with. The conductive layer (B) 904 is an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W), an alloy containing the element as a main component, or an alloy film in which the elements are combined. In the same manner as in Example 1, a conductive layer (C) 905 is formed on the surface. The conductive layer (A) 903 may be 10 to 50 nm (preferably 20 to 30 nm), and the conductive layer (B) 904 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). The second conductive layer used as the gate wiring is composed of a conductive layer (D) whose main component is aluminum (Al) or copper (Cu), which is a low resistance material, and titanium (Ti), tantalum (Ta) or the like on the conductive layer (D). A conductive layer (E) to be formed is stacked. Since aluminum (Al) and copper (Cu) are easily diffused by stress migration or electromigration, it is necessary to form the silicon nitride film 908 with a thickness of 50 to 150 nm so as to cover the second conductive layer. is there.

図16(B)は実施例1と同様に作製されるゲート電極とゲート配線であり、ゲート電極の下にリン(P)をドープしたシリコン膜909を形成してある。リン(P)をドープしたシリコン膜909はゲート電極中に含まれる微量のアルカリ金属元素がゲート絶縁膜へ拡散することを防ぐ効果があり、TFTの信頼性を確保する目的で有用である。   FIG. 16B shows a gate electrode and a gate wiring manufactured in the same manner as in Example 1. A silicon film 909 doped with phosphorus (P) is formed under the gate electrode. The silicon film 909 doped with phosphorus (P) has an effect of preventing a trace amount of alkali metal element contained in the gate electrode from diffusing into the gate insulating film, and is useful for the purpose of ensuring the reliability of the TFT.

図16(C)は、ゲート電極を形成する第1の導電層にリン(P)をドープしたシリコン膜910で形成した例である。リン(P)をドープしたシリコン膜は他の導電性金属材料と比較して高抵抗材料であるが、ゲート配線を形成する第2の導電層をアルミニウム(Al)や銅(Cu)や銀(Ag)で形成することにより、大面積の液晶表示装置にも適用することができる。ここでは、ゲート配線を、Ti膜911を100nm、Tiを含むアルミニウム(Al)膜912を300nm、Ti膜913を150nmで形成した3層構造とし、アルミニウム(Al)膜とリン(P)をドープしたシリコン膜とを直接接触しないようにすることにより、耐熱性を持たせることができる。   FIG. 16C illustrates an example in which the first conductive layer for forming the gate electrode is formed using a silicon film 910 doped with phosphorus (P). The silicon film doped with phosphorus (P) is a high-resistance material as compared with other conductive metal materials, but the second conductive layer forming the gate wiring is made of aluminum (Al), copper (Cu), silver ( By being formed of Ag), it can be applied to a liquid crystal display device having a large area. Here, the gate wiring has a three-layer structure in which a Ti film 911 is formed with a thickness of 100 nm, an aluminum (Al) film 912 containing Ti is formed with a thickness of 300 nm, and a Ti film 913 is formed with a thickness of 150 nm, and the aluminum (Al) film and phosphorus (P) are doped. Heat resistance can be provided by preventing direct contact with the silicon film.

図15は本発明のTFTの構造を説明するための図であり、半導体層のチャネル形成領域と、LDD領域と、半導体層上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上のゲート電極とを有するTFTにおいて、ゲート電極とLDD領域の位置関係を説明している。   FIG. 15 is a diagram for explaining the structure of a TFT according to the present invention, which includes a channel formation region of a semiconductor layer, an LDD region, a gate insulating film on the semiconductor layer, and a gate electrode on the gate insulating film. Describes the positional relationship between the gate electrode and the LDD region.

図15(A)において、チャネル形成領域209、LDD領域210、ドレイン領域212を有する半導体層と、その上のゲート絶縁膜120とゲート電極129が設けられた構成を示している。LDD領域210はゲート絶縁膜120を介してゲート電極129と重なるように設けられたLovとなっている。Lovはドレイン近傍で発生する高電界を緩和する作用があり、ホットキャリアによる劣化を防ぐことができ、制御回路のシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バッファ回路などのnチャネル型TFTに用いるのに適している。   FIG. 15A shows a structure in which a semiconductor layer including a channel formation region 209, an LDD region 210, and a drain region 212, and a gate insulating film 120 and a gate electrode 129 thereover are provided. The LDD region 210 is Lov provided so as to overlap the gate electrode 129 with the gate insulating film 120 interposed therebetween. Lov has a function of relaxing a high electric field generated near the drain, can prevent deterioration due to hot carriers, and is suitable for use in an n-channel TFT such as a shift register circuit, a level shifter circuit, and a buffer circuit of a control circuit. Yes.

図15(B)において、チャネル形成領域213、LDD領域215a、215b、ドレイン領域217を有する半導体層と、半導体層の上にゲート絶縁膜120とゲート電極130が設けられた構成を示している。LDD領域215aはゲート絶縁膜120を介してゲート電極130と重なるように設けられている。また、LDD領域215bはゲート電極130と重ならないように設けられたLoffとなっている。Loffはオフ電流値を低減させる作用があり、LovとLoffとを設けた構成にすることで、ホットキャリアによる劣化を防ぐと同時にオフ電流値を低減させることができ、制御回路のサンプリング回路のnチャネル型TFTに用いるのに適している。   FIG. 15B shows a structure in which a semiconductor layer including a channel formation region 213, LDD regions 215a and 215b, and a drain region 217, and a gate insulating film 120 and a gate electrode 130 are provided over the semiconductor layer. The LDD region 215a is provided so as to overlap the gate electrode 130 with the gate insulating film 120 interposed therebetween. The LDD region 215b is Loff provided so as not to overlap the gate electrode 130. Loff has an effect of reducing the off-current value. By adopting a configuration in which Lov and Loff are provided, the off-current value can be reduced while preventing deterioration due to hot carriers, and the n of the sampling circuit of the control circuit can be reduced. Suitable for channel type TFT.

図15(C)は、半導体層に、チャネル形成領域219、LDD領域223、ドレイン領域226が設けられている。LDD領域223は、ゲート電極131と重ならないように設けられたLoffであり、オフ電流値を効果的に低減させることが可能となり、画素TFTに用いるのに適している。画素TFTのLDD領域223におけるn型を付与する不純物元素の濃度は、駆動回路のLDD領域210、215の濃度よりも1/2から1/10にすることが望ましい。   In FIG. 15C, a channel formation region 219, an LDD region 223, and a drain region 226 are provided in the semiconductor layer. The LDD region 223 is Loff provided so as not to overlap with the gate electrode 131, can effectively reduce the off-current value, and is suitable for use in the pixel TFT. The concentration of the impurity element imparting n-type in the LDD region 223 of the pixel TFT is desirably 1/2 to 1/10 than the concentration of the LDD regions 210 and 215 of the driver circuit.

本実施例では、アクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図11に示すように、実施例1で作製した図5の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜601を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板602には、遮光膜603、透明導電膜604および配向膜605を形成した。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。そして、画素部と、CMOS回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ(共に図示せず)などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料606を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止した。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図11に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。   In this embodiment, a process for manufacturing an active matrix liquid crystal display device from an active matrix substrate will be described. As shown in FIG. 11, an alignment film 601 is formed on the active matrix substrate in the state shown in FIG. Usually, a polyimide resin is often used for the alignment film of the liquid crystal display element. A light shielding film 603, a transparent conductive film 604, and an alignment film 605 were formed on the counter substrate 602 on the counter side. After the alignment film was formed, rubbing treatment was performed so that the liquid crystal molecules were aligned with a certain pretilt angle. Then, the pixel portion, the active matrix substrate on which the CMOS circuit is formed, and the counter substrate are bonded to each other through a sealing material, a spacer (both not shown), and the like by a known cell assembling process. Thereafter, a liquid crystal material 606 was injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. Thus, the active matrix liquid crystal display device shown in FIG. 11 was completed.

次にこのアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図12の斜視図および図13の上面図を用いて説明する。尚、図12と図13は、図1〜図5と図11の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。また、図13で示すE―E’に沿った断面構造は、図5に示す画素部の断面図に対応している。   Next, the structure of the active matrix liquid crystal display device will be described with reference to the perspective view of FIG. 12 and the top view of FIG. 12 and 13 use the same reference numerals in order to correspond to the cross-sectional structure diagrams of FIGS. 1 to 5 and FIG. Further, the cross-sectional structure along E-E ′ shown in FIG. 13 corresponds to the cross-sectional view of the pixel portion shown in FIG. 5.

図12においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板101上に形成された、画素部306と、走査信号駆動回路304と、画像信号駆動回路305で構成される。画素部には画素TFT204が設けられ、周辺に設けられる駆動回路はCMOS回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路304と、画像信号駆動回路305はそれぞれゲート配線148とソース配線154で画素TFT204に接続している。また、FPC731が外部入力端子734に接続され、入力配線302、303でそれぞれの駆動回路に接続している。   In FIG. 12, the active matrix substrate includes a pixel portion 306, a scanning signal driving circuit 304, and an image signal driving circuit 305 formed on the glass substrate 101. A pixel TFT 204 is provided in the pixel portion, and a driving circuit provided in the periphery is configured based on a CMOS circuit. The scanning signal driving circuit 304 and the image signal driving circuit 305 are connected to the pixel TFT 204 by a gate wiring 148 and a source wiring 154, respectively. Further, the FPC 731 is connected to the external input terminal 734 and is connected to the respective drive circuits by the input wirings 302 and 303.

図13は画素部306のほぼ一画素分を示す上面図である。ゲート配線148は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層107と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、n--領域でなるLoff領域が形成されている。また、163はソース配線154とソース領域224とのコンタクト部、164はドレイン配線158とドレイン領域226とのコンタクト部、165はドレイン配線158と画素電極161のコンタクト部である。保持容量205は、画素TFT204のドレイン領域226から延在する半導体層227とゲート絶縁膜を介して容量配線132、149が重なる領域で形成されている。 FIG. 13 is a top view showing almost one pixel of the pixel portion 306. The gate wiring 148 intersects the semiconductor layer 107 thereunder via a gate insulating film (not shown). Although not shown, in the semiconductor layer, a source region, a drain region, and an Loff region composed of an n region are formed. Reference numeral 163 denotes a contact portion between the source wiring 154 and the source region 224, 164 denotes a contact portion between the drain wiring 158 and the drain region 226, and 165 denotes a contact portion between the drain wiring 158 and the pixel electrode 161. The storage capacitor 205 is formed in a region where the capacitor wirings 132 and 149 overlap with the semiconductor layer 227 extending from the drain region 226 of the pixel TFT 204 and the gate insulating film.

なお、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施例1で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施例2の構成とも自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができる。   Note that the active matrix liquid crystal display device of this embodiment has been described with reference to the structure described in the first embodiment, but an active matrix liquid crystal display device can be manufactured by freely combining with the structure of the second embodiment. it can.

図10は液晶表示装置の入出力端子、画素部、駆動回路の配置の一例を示す図である。画素部306にはm本のゲート配線とn本のソース配線がマトリクス状に交差している。例えば、画素密度がVGAの場合、480本のゲート配線と640本のソース配線が形成され、XGAの場合には768本のゲート配線と1024本のソース配線が形成される。画素部の画面サイズは、13インチクラスの場合対角線の長さは340mmとなり、18インチクラスの場合には460mmとなる。このような液晶表示装置を実現するには、ゲート配線を実施例1および実施例2で示したような低抵抗材料で形成する必要がある。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an arrangement of input / output terminals, a pixel portion, and a drive circuit of a liquid crystal display device. In the pixel portion 306, m gate wirings and n source wirings intersect in a matrix. For example, when the pixel density is VGA, 480 gate wirings and 640 source wirings are formed, and in the case of XGA, 768 gate wirings and 1024 source wirings are formed. The screen size of the pixel portion is 340 mm in the case of the 13-inch class and 460 mm in the case of the 18-inch class. In order to realize such a liquid crystal display device, the gate wiring needs to be formed of a low resistance material as shown in the first and second embodiments.

画素部306の周辺には走査信号駆動回路304と画像信号駆動回路305が設けられている。これらの駆動回路のゲート配線の長さも画素部の画面サイズの大型化と共に必然的に長くなるので、大画面を実現するためには実施例1および実施例2で示したような低抵抗材料で形成することが好ましい。   A scanning signal driving circuit 304 and an image signal driving circuit 305 are provided around the pixel portion 306. Since the length of the gate wiring of these drive circuits is inevitably longer as the screen size of the pixel portion is increased, a low resistance material as shown in the first and second embodiments is used to realize a large screen. It is preferable to form.

また、本発明は入力端子301から各駆動回路までを接続する入力配線302、303をゲート配線と同じ材料で形成することができ、配線抵抗の低抵抗化に寄与することができる。   Further, according to the present invention, the input wirings 302 and 303 that connect the input terminal 301 to each driving circuit can be formed of the same material as the gate wiring, which can contribute to a reduction in wiring resistance.

図14は実施例1または実施例2で示したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例であり、直視型の表示装置の回路構成を示す図である。本実施例のアクティブマトリクス基板は、画像信号駆動回路1001、走査信号駆動回路(A)1007、走査信号駆動回路(B)1011、プリチャージ回路1012、画素部1006を有している。尚、本明細書中において記した駆動回路とは、画像信号駆動回路1001、走査信号駆動回路(A)1007を含めた総称である。   FIG. 14 is an example of a circuit configuration of the active matrix substrate shown in Example 1 or Example 2, and is a diagram illustrating a circuit configuration of a direct-view display device. The active matrix substrate of this embodiment includes an image signal driving circuit 1001, a scanning signal driving circuit (A) 1007, a scanning signal driving circuit (B) 1011, a precharge circuit 1012, and a pixel portion 1006. Note that the driving circuit described in this specification is a generic name including the image signal driving circuit 1001 and the scanning signal driving circuit (A) 1007.

画像信号駆動回路1001は、シフトレジスタ回路1002、レベルシフタ回路1003、バッファ回路1004、サンプリング回路1005を備えている。また、走査信号駆動回路(A)1007は、シフトレジスタ回路1008、レベルシフタ回路1009、バッファ回路1010を備えている。走査信号駆動回路(B)1011も同様な構成である。   The image signal driving circuit 1001 includes a shift register circuit 1002, a level shifter circuit 1003, a buffer circuit 1004, and a sampling circuit 1005. The scanning signal driver circuit (A) 1007 includes a shift register circuit 1008, a level shifter circuit 1009, and a buffer circuit 1010. The scanning signal driving circuit (B) 1011 has the same configuration.

シフトレジスタ回路1002、1008は駆動電圧が5〜16V(代表的には10V)であり、この回路を形成するCMOS回路のnチャネル型TFTは図5の202で示される構造が適している。また、レベルシフタ回路1003、1009やバッファ回路1004、1010は駆動電圧が14〜16Vと高くなるが、シフトレジスタ回路と同様に、図5のnチャネル型TFT202を含むCMOS回路が適している。これらの回路において、ゲートをマルチゲート構造で形成すると耐圧が高まり、回路の信頼性を向上させる上で有効である。   The shift register circuits 1002 and 1008 have a driving voltage of 5 to 16 V (typically 10 V), and the structure indicated by 202 in FIG. 5 is suitable for the n-channel TFT of the CMOS circuit forming this circuit. Further, the level shifter circuits 1003 and 1009 and the buffer circuits 1004 and 1010 have a drive voltage as high as 14 to 16 V, but a CMOS circuit including the n-channel TFT 202 in FIG. 5 is suitable as in the shift register circuit. In these circuits, when the gate is formed with a multi-gate structure, the breakdown voltage is increased, which is effective in improving the reliability of the circuit.

サンプリング回路1005は駆動電圧が14〜16Vであるが、極性が交互に反転して駆動される上、オフ電流値を低減させる必要があるため、図5のnチャネル型TFT203を含むCMOS回路が適している。図5では、nチャネル型TFTしか表示はされていないが、実際のサンプリング回路においてはpチャネル型TFTも組み合わせて形成される。この時、pチャネル型TFTは同図201で示される構造で十分である。   Although the sampling circuit 1005 has a driving voltage of 14 to 16 V, it is driven by alternately inverting the polarity, and it is necessary to reduce the off-current value. Therefore, a CMOS circuit including the n-channel TFT 203 in FIG. 5 is suitable. ing. In FIG. 5, only an n-channel TFT is displayed, but in an actual sampling circuit, a p-channel TFT is also formed in combination. At this time, the structure shown in FIG. 201 is sufficient for the p-channel TFT.

また、画素TFT204は駆動電圧が14〜16Vであり、低消費電力化の観点からサンプリング回路よりもさらにオフ電流値を低減することが要求され、画素TFT204のようにゲート電極に対して重ならないように設けられたLDD(Loff)領域を有した構造とするのが望ましい。   The pixel TFT 204 has a driving voltage of 14 to 16 V, and it is required to further reduce the off-current value from the viewpoint of reducing power consumption, so that it does not overlap with the gate electrode like the pixel TFT 204. It is desirable to have a structure having an LDD (Loff) region provided in the substrate.

尚、本実施例の構成は、実施例1に示した工程に従ってTFTを作製することによって容易に実現することができる。本実施例では、画素部と駆動回路の構成のみを示しているが、実施例1の工程に従えば、その他にも信号分割回路、分周波回路、D/Aコンバータ、γ補正回路、オペアンプ回路、さらにメモリ回路や演算処理回路などの信号処理回路、あるいは論理回路を同一基板上に形成することが可能である。このように、本発明は同一基板上に画素部とその駆動回路とを含む半導体装置、例えば信号駆動回路および画素部を具備した半導体装置を実現することができる。   The configuration of this embodiment can be easily realized by manufacturing a TFT according to the steps shown in Embodiment 1. In the present embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the steps of the first embodiment, in addition to this, a signal dividing circuit, a frequency divider circuit, a D / A converter, a γ correction circuit, an operational amplifier circuit Further, a signal processing circuit such as a memory circuit or an arithmetic processing circuit, or a logic circuit can be formed on the same substrate. As described above, the present invention can realize a semiconductor device including a pixel portion and a driver circuit thereof on the same substrate, for example, a semiconductor device including a signal driver circuit and a pixel portion.

図17に本発明を利用して絶縁表面上に形成された様々な配線構造の一例を示す。図17(A)には絶縁表面を有する膜(または基板)1700上にタングステンを主成分とする材料1701からなる単層構造の配線の断面図を示した。この配線は、ターゲットとしては純度が6Nのものを用い、スパッタガスとしてはアルゴン(Ar)の単体ガスを用いて形成した膜をパターニングして形成したものである。なお、基板温度を300℃以下とし、スパッタガスの圧力を1.0Pa〜3.0Paとして応力を制御し、他の条件(スパッタパワー等)は適宜実施者が決定すればよい。   FIG. 17 shows an example of various wiring structures formed on an insulating surface using the present invention. FIG. 17A is a cross-sectional view of a single-layer wiring including a material 1701 containing tungsten as a main component over a film (or substrate) 1700 having an insulating surface. This wiring is formed by patterning a film formed by using a target having a purity of 6N and using a single gas of argon (Ar) as a sputtering gas. Note that the substrate temperature is set to 300 ° C. or less, the pressure of the sputtering gas is set to 1.0 Pa to 3.0 Pa, the stress is controlled, and other conditions (sputtering power, etc.) may be appropriately determined by the practitioner.

こうして得られる配線1701は、配線材料中にアルゴンを含むものの、その他の不純物元素がほとんど含まれておらず、特にナトリウムの含有量は、0.3ppm以下、好ましくは0.1ppm以下、且つ、酸素濃度は1wt%、好ましくは0.2wt%以下とすることができ、電気抵抗率は40μΩ・cm以下、好ましくは20μΩ・cm以下、代表的には、6μΩ・cm〜15μΩ・cmとすることができる。また、膜の応力は、−5×1010〜5×1010dyn/cm2の範囲内に制御することができる。また、800℃の熱処理を施しても電気抵抗率は変わらない。 The wiring 1701 obtained in this way contains argon in the wiring material, but contains almost no other impurity elements. Particularly, the sodium content is 0.3 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less, and oxygen. The concentration can be 1 wt%, preferably 0.2 wt% or less, and the electrical resistivity is 40 μΩ · cm or less, preferably 20 μΩ · cm or less, typically 6 μΩ · cm to 15 μΩ · cm. it can. Further, the stress of the film can be controlled within the range of −5 × 10 10 to 5 × 10 10 dyn / cm 2 . Further, the electrical resistivity does not change even when heat treatment at 800 ° C. is performed.

また、図17(B)は、二層構造を示した。なお、窒化タングステン(WNx)を下層とし、タングステンを上層としている。なお、窒化タングステン膜1702は10〜50nm(好ましくは10〜30nm)とし、タングステン膜1703は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良い。本実施例では、大気に触れることなく、連続的にスパッタ法を用いて積層形成した。   FIG. 17B shows a two-layer structure. Note that tungsten nitride (WNx) is the lower layer and tungsten is the upper layer. Note that the tungsten nitride film 1702 may be 10 to 50 nm (preferably 10 to 30 nm), and the tungsten film 1703 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). In this example, the layers were continuously formed using a sputtering method without being exposed to the atmosphere.

また、図17(C)は、絶縁表面を有する膜(または基板)1700上に形成されたタングステンを主成分とする材料からなる配線1704を絶縁膜1705で覆った例である。絶縁膜1705は窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜SiOxNy(但し、0<x、y<1)またはそれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。   FIG. 17C illustrates an example in which a wiring 1704 made of a material containing tungsten as its main component and formed over a film (or substrate) 1700 having an insulating surface is covered with an insulating film 1705. The insulating film 1705 may be formed of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film SiOxNy (where 0 <x, y <1), or a laminated film combining them.

また、図17(D)は、絶縁表面を有する膜(または基板)1700上に形成されたタングステンを主成分とする材料からなる配線1706の表面を窒化タングステン膜1707で覆った例である。なお、図17(A)の状態の配線にプラズマ窒化等の窒化処理を施すと図17(D)の構造が得られる。   FIG. 17D illustrates an example in which the surface of a wiring 1706 formed of a material containing tungsten as a main component and formed over a film (or substrate) 1700 having an insulating surface is covered with a tungsten nitride film 1707. Note that when the wiring in the state of FIG. 17A is subjected to nitriding treatment such as plasma nitriding, the structure of FIG. 17D is obtained.

また、図17(E)は、絶縁表面を有する膜(または基板)1700上に形成されたタングステンを主成分とする材料からなる配線1709を窒化タングステン膜1710、1708で囲った例である。この構造は実施例3に示したものと形状は同一である。なお、図17(B)の状態の配線にプラズマ窒化等の窒化処理を施すと図17(E)の構造が得られる。   FIG. 17E illustrates an example in which a wiring 1709 made of a material containing tungsten as a main component and formed over a film (or substrate) 1700 having an insulating surface is surrounded by tungsten nitride films 1710 and 1708. This structure has the same shape as that shown in the third embodiment. Note that when the wiring in the state of FIG. 17B is subjected to nitriding treatment such as plasma nitriding, the structure of FIG.

また、図17(F)は、図17(E)の状態を形成した後、絶縁膜1711で覆った例である。絶縁膜1711は窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜またはそれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。   FIG. 17F illustrates an example in which the state of FIG. 17E is formed and then covered with an insulating film 1711. The insulating film 1711 may be formed using a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a stacked film including a combination thereof.

このように、本発明は様々な配線構造に適用することができる。本実施例の構成は、実施例1〜6に示したいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。   Thus, the present invention can be applied to various wiring structures. The configuration of this embodiment can be freely combined with any of the configurations shown in Embodiments 1 to 6.

本実施例は、対角1インチ以下のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、ゲート配線とその上層配線とが重なった領域に第2の層間絶縁膜を設け、寄生容量を低減させたアクティブマトリクス基板の構造を図18〜図20を用いて示す。なお、基本的な構造は、本出願人による特願平11−154432号出願に記載された構造と同一である。   In this embodiment, in an active matrix liquid crystal display device having a diagonal size of 1 inch or less, a second interlayer insulating film is provided in a region where the gate wiring and the upper layer wiring overlap to reduce the parasitic capacitance. The structure is shown with reference to FIGS. The basic structure is the same as the structure described in Japanese Patent Application No. 11-154432 filed by the present applicant.

図18に示すように、本実施例では、開口率を向上させるため、画素TFTを構成するnチャネル型TFT1804のチャネル形成領域と重なるゲート電極の一部または全部と第2配線(ソース線またはドレイン線)1854、1857とを重ねる構成とする。また、ゲート電極と第2配線1854、1857の間には第1層間絶縁膜1849及び第2層間絶縁膜1850cを設け、寄生容量を低減する。なお、ゲート電極と第2配線が重なる領域のみに選択的に第2層間絶縁膜1850cが設けられている。   As shown in FIG. 18, in this embodiment, in order to improve the aperture ratio, part or all of the gate electrode overlapping with the channel formation region of the n-channel TFT 1804 constituting the pixel TFT and the second wiring (source line or drain) Line) 1854 and 1857 are overlapped. A first interlayer insulating film 1849 and a second interlayer insulating film 1850c are provided between the gate electrode and the second wirings 1854 and 1857 to reduce parasitic capacitance. Note that the second interlayer insulating film 1850c is selectively provided only in a region where the gate electrode and the second wiring overlap.

また、図18において、1859は第3層間絶縁膜、1860は遮光膜、1861は、遮光膜1860の表面に陽極酸化法またはプラズマ酸化法(本実施例では陽極酸化法)により形成した酸化物である。また、1862は酸化インジウム・スズ(ITO)膜からなる画素電極である。なお、画素電極1863は隣接する別の画素の画素電極である。   In FIG. 18, 1859 is a third interlayer insulating film, 1860 is a light-shielding film, 1861 is an oxide formed on the surface of the light-shielding film 1860 by an anodic oxidation method or a plasma oxidation method (an anodic oxidation method in this embodiment). is there. Reference numeral 1862 denotes a pixel electrode made of an indium tin oxide (ITO) film. Note that the pixel electrode 1863 is a pixel electrode of another adjacent pixel.

また、画素電極1862と遮光膜1860とが陽極酸化物1861を介して重なり、保持容量(キャハ゜シタンス・ストレーシ゛)1864を構成する。なお、遮光膜1860をフローティング状態(電気的に孤立した状態)か固定電位、好ましくはコモン電位(データとして送られる画像信号の中間電位)に設定しておくことが望ましい。   In addition, the pixel electrode 1862 and the light-shielding film 1860 overlap with each other through the anodic oxide 1861 to form a storage capacitor (capacitance storage) 1864. Note that the light-shielding film 1860 is desirably set to a floating state (electrically isolated state) or a fixed potential, preferably a common potential (an intermediate potential of an image signal transmitted as data).

なお、図19(B)は第2配線(ソース線またはドレイン線)1854、1857形成直後の画素部の上面図の一部を共通の符号を用いて示した。また、図19(A)は、ゲート配線形成直後の上面図である。   Note that FIG. 19B illustrates a part of a top view of the pixel portion immediately after formation of the second wirings (source lines or drain lines) 1854 and 1857 with common reference numerals. FIG. 19A is a top view immediately after forming the gate wiring.

また、pチャネル型TFT1801、nチャネル型TFT1802、nチャネル型TFT1803等を備えた駆動回路においては、絶縁膜1815上に設けられたゲート配線と第2配線1851とが交差して重なっている領域に第2層間絶縁膜1850bを選択的に形成すればよい。なお、図20(B)に図18に対応する駆動回路の上面図を共通の符号を用いて示した。また、図20(A)は、ゲート配線形成直後の上面図である。   In the driver circuit including the p-channel TFT 1801, the n-channel TFT 1802, the n-channel TFT 1803, and the like, the gate wiring provided over the insulating film 1815 and the second wiring 1851 intersect and overlap with each other. The second interlayer insulating film 1850b may be selectively formed. Note that FIG. 20B is a top view of the driver circuit corresponding to FIG. FIG. 20A is a top view immediately after forming the gate wiring.

なお、図18に示されるTFT1801〜1804のゲート配線は、窒化タングステン膜1702タングステン膜1703の積層構造とした。このゲート配線は、実施の形態に示したスパッタ法を用いたため、配線中のナトリウムの含有量が、0.3ppm以下、好ましくは0.1ppm以下、且つ、酸素濃度は1wt%、好ましくは0.2wt%以下とすることができ、電気抵抗率は6μ〜15μΩ・cmとすることができた。また、膜の応力は、−1×1010〜1×1010dyn/cm2の範囲内に制御することができた。 Note that the gate wiring of the TFTs 1801 to 1804 shown in FIG. 18 has a stacked structure of a tungsten nitride film 1702 and a tungsten film 1703. Since this gate wiring uses the sputtering method described in the embodiment, the content of sodium in the wiring is 0.3 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less, and the oxygen concentration is 1 wt%, preferably 0. It could be 2 wt% or less, and the electrical resistivity could be 6 μ-15 μΩ · cm. Moreover, the stress of the film could be controlled within the range of −1 × 10 10 to 1 × 10 10 dyn / cm 2 .

このように、実施の形態に示したスパッタ法を用いることによって、低抵抗で信頼性の高い配線を得ることができ、TFTの動作性能や信頼性を大幅に向上させることができた。   As described above, by using the sputtering method shown in the embodiment mode, a wiring having low resistance and high reliability can be obtained, and the operation performance and reliability of the TFT can be greatly improved.

本実施例では、本発明をシリコン基板上に作製した反射型液晶表示装置に適用した場合について説明する。本実施例は、実施例1において、結晶質シリコン膜でなる活性層の代わりに、シリコン基板(シリコンウェハ)に直接的にn型またはp型を付与する不純物元素を添加し、TFT構造を実現すれば良い。また、反射型であるので、画素電極として反射率の高い金属膜(例えばアルミニウム、銀、またはこれらの合金(Al−Ag合金)等を用いれば良い。   In this embodiment, the case where the present invention is applied to a reflective liquid crystal display device manufactured on a silicon substrate will be described. In this embodiment, in place of the active layer made of a crystalline silicon film, an impurity element imparting n-type or p-type is added directly to a silicon substrate (silicon wafer) in Embodiment 1, thereby realizing a TFT structure. Just do it. In addition, since it is a reflective type, a metal film having high reflectance (for example, aluminum, silver, or an alloy thereof (Al—Ag alloy)) or the like may be used as the pixel electrode.

なお、本実施例の構成は、実施例1〜8のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。   In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-8.

本発明は従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上にTFTを形成する際に用いることも可能である。即ち、三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。また、基板としてSIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI基板を用いることも可能である。   The present invention can also be used when an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a TFT is formed thereon. That is, it is possible to realize a three-dimensional semiconductor device. Also, an SOI substrate such as SIMOX, Smart-Cut (registered trademark of SOITEC), ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.), or the like can be used as the substrate.

なお、本実施例の構成は、実施例1〜9のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。   In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-9.

本発明はアクティブマトリクス型ELディスプレイに適用することも可能である。その例を図21に示す。   The present invention can also be applied to an active matrix EL display. An example is shown in FIG.

図21はアクティブマトリクス型ELディスプレイの回路図である。11は画素部を表しており、その周辺にはX方向駆動回路12、Y方向駆動回路13が設けられている。また、画素部11の各画素は、スイッチ用TFT14、保持容量15、電流制御用TFT16、有機EL素子17を有し、スイッチ用TFT14にX方向信号線18a(または18b)、Y方向信号線19a(または19b、19c)が接続される。また、電流制御用TFT16には、電源線20a、20bが接続される。   FIG. 21 is a circuit diagram of an active matrix EL display. Reference numeral 11 denotes a pixel portion, and an X direction driving circuit 12 and a Y direction driving circuit 13 are provided around the pixel portion. Each pixel of the pixel unit 11 includes a switching TFT 14, a storage capacitor 15, a current control TFT 16, and an organic EL element 17, and the switching TFT 14 has an X-direction signal line 18a (or 18b) and a Y-direction signal line 19a. (Or 19b, 19c) are connected. Further, power supply lines 20 a and 20 b are connected to the current control TFT 16.

本実施例のアクティブマトリクス型ELディスプレイでは、X方向駆動回路12、Y方向駆動回路13に用いられるTFTを図5のpチャネル型TFT201、nチャネル型TFT202または203を組み合わせて形成する。また、スイッチ用TFT14や電流制御用TFT16のTFTを図5のnチャネル型TFT204で形成する。 In the active matrix EL display of this embodiment, TFTs used for the X direction driving circuit 12 and the Y direction driving circuit 13 are formed by combining the p-channel TFT 201 and the n-channel TFT 202 or 203 in FIG. Further, the switching TFT 14 and the current control TFT 16 are formed by the n-channel TFT 204 of FIG.

なお、本実施例の構成は、実施例1〜10のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。   In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-10.

本発明によって作製された液晶表示装置は様々な液晶材料を用いることが可能である。そのような材料として、TN液晶、PDLC(ポリマー分散型液晶)、FLC(強誘電性液晶)、AFLC(反強誘性電液晶)、またはFLCとAFLCの混合物が挙げられる。   The liquid crystal display device manufactured according to the present invention can use various liquid crystal materials. Examples of such a material include TN liquid crystal, PDLC (polymer dispersion type liquid crystal), FLC (ferroelectric liquid crystal), AFLC (anti-ferroelectric liquid crystal), or a mixture of FLC and AFLC.

例えば、「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID97DIGEST,1997」、または米国特許第5,594,569号に開示された材料を用いることができる。   For example, `` H.Furue et al.; Characteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability, SID, 1998 '', `` T.Yoshida et al.; A Full- The materials disclosed in “Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time, 841, SID97DIGEST, 1997” or US Pat. No. 5,594,569 can be used.

特に、しきい値なし(無しきい値)の反強誘電性液晶(Thresholdless Antiferroelectric LCD:TL−AFLCと略記する)を使うと、液晶の動作電圧を±2.5V程度に低減しうるため電源電圧として5〜8V程度で済む場合がある。即ち、ドライバー回路と画素部を同じ電源電圧で動作させることが可能となり、液晶表示装置全体の低消費電力化を図ることができる。   In particular, if a thresholdless antiferroelectric liquid crystal (Thresholdless Antiferroelectric LCD: TL-AFLC) is used, the operating voltage of the liquid crystal can be reduced to about ± 2.5 V, so that the power supply voltage 5 to 8V may be sufficient. That is, the driver circuit and the pixel portion can be operated with the same power supply voltage, and the power consumption of the entire liquid crystal display device can be reduced.

また、無しきい値反強誘電性液晶は、V字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μm)のものも見出されている。   In addition, thresholdless antiferroelectric liquid crystals exhibit V-shaped electro-optic response characteristics, and those having a driving voltage of about ± 2.5 V (cell thickness of about 1 μm to 2 μm) are also found. ing.

ここで、V字型の電気光学応答を示す無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率の特性を図22に示す。図22に示すグラフの縦軸は透過率(任意単位)、横軸は印加電圧である。なお、液晶パネルにおける入射側の偏光板の透過軸は、液晶パネルのラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘電性混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行に設定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、入射側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角(クロスニコル)に設定されている。   Here, the characteristics of the light transmittance with respect to the applied voltage of the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal exhibiting the V-shaped electro-optic response are shown in FIG. The vertical axis of the graph shown in FIG. 22 is the transmittance (arbitrary unit), and the horizontal axis is the applied voltage. Note that the transmission axis of the incident-side polarizing plate in the liquid crystal panel is set to be substantially parallel to the normal direction of the smectic layer of the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal that substantially coincides with the rubbing direction of the liquid crystal panel. Further, the transmission axis of the output-side polarizing plate is set to be substantially perpendicular (crossed Nicols) to the transmission axis of the incident-side polarizing plate.

また、強誘電性液晶や反強誘電性液晶はTN液晶に比べて応答速度が速いという利点をもつ。上記実施例で用いるような結晶質TFTは非常に動作速度の速いTFTを実現しうるため、強誘電性液晶や反強誘電性液晶の応答速度の速さを十分に生かした画像応答速度の速い液晶表示装置を実現することが可能である。   Further, the ferroelectric liquid crystal and the antiferroelectric liquid crystal have an advantage that the response speed is faster than that of the TN liquid crystal. Since the crystalline TFT used in the above embodiment can realize a TFT having a very high operation speed, the image response speed is high by making full use of the high response speed of the ferroelectric liquid crystal and the anti-ferroelectric liquid crystal. A liquid crystal display device can be realized.

なお、本実施例の液晶表示装置をパーソナルコンピュータ等の電子機器の表示ディスプレイとして用いることが有効であることは言うまでもない。   Needless to say, it is effective to use the liquid crystal display device of this embodiment as a display for an electronic device such as a personal computer.

また、本実施例の構成は、実施例1〜10のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。   Moreover, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-10.

本発明を実施して形成されたTFTは様々な電気光学装置に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部として組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。   A TFT formed by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices. That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated as display units.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、ウエアラブルディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図23に示す。   Examples of such an electronic device include a video camera, a digital camera, a head mounted display (goggles type display), a wearable display, a car navigation system, a personal computer, a personal digital assistant (mobile computer, mobile phone, electronic book, etc.), and the like. . An example of them is shown in FIG.

図23(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004で構成される。本願発明を画像入力部2002、表示部2003やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 23A illustrates a personal computer which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display portion 2003, and a keyboard 2004. The present invention can be applied to the image input unit 2002, the display unit 2003, and other signal driving circuits.

図23(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明を表示部2102、音声入力部2103やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 23B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 2106. The present invention can be applied to the display portion 2102, the audio input portion 2103, and other signal driving circuits.

図23(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205で構成される。本願発明は表示部2205やその他の信号駆動回路に適用できる。   FIG. 23C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display unit 2205. The present invention can be applied to the display portion 2205 and other signal driving circuits.

図23(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303で構成される。本発明は表示部2302やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 23D illustrates a goggle type display which includes a main body 2301, a display portion 2302, and an arm portion 2303. The present invention can be applied to the display portion 2302 and other signal driving circuits.

図23(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2402やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 23E shows a player that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display portion 2402, a speaker portion 2403, a recording medium 2404, and operation switches 2405. This apparatus uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display portion 2402 and other signal driving circuits.

図23(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)で構成される。本願発明を表示部2502やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 23F illustrates a digital camera which includes a main body 2501, a display portion 2502, an eyepiece portion 2503, an operation switch 2504, and an image receiving portion (not shown). The present invention can be applied to the display portion 2502 and other signal driving circuits.

以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜12のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。   As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Moreover, the electronic apparatus of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 1-12.

本発明を実施して形成されたTFTは様々な電気光学装置に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部として組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。   A TFT formed by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices. That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated as display units.

その様な電子機器としては、プロジェクター(リア型またはフロント型)などが挙げられる。それらの一例を図24に示す。   Examples of such an electronic device include a projector (rear type or front type). An example of them is shown in FIG.

図24(A)はフロント型プロジェクターであり、表示装置2601、スクリーン2602で構成される。本発明は表示装置やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 24A illustrates a front type projector which includes a display device 2601 and a screen 2602. The present invention can be applied to display devices and other signal driving circuits.

図24(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、表示装置2702、ミラー2703、スクリーン2704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号駆動回路に適用することができる。   FIG. 24B illustrates a rear projector, which includes a main body 2701, a display device 2702, a mirror 2703, and a screen 2704. The present invention can be applied to display devices and other signal driving circuits.

なお、図24(C)は、図24(A)及び図24(B)中における表示装置2601、2702の構造の一例を示した図である。表示装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図24(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   Note that FIG. 24C illustrates an example of the structure of the display devices 2601 and 2702 in FIGS. 24A and 24B. The display devices 2601 and 2702 include a light source optical system 2801, mirrors 2802, 2804 to 2806, a dichroic mirror 2803, a prism 2807, a liquid crystal display device 2808, a phase difference plate 2809, and a projection optical system 2810. Projection optical system 2810 includes an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.

また、図24(D)は、図24(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図24(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   FIG. 24D shows an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a reflector 2811, a light source 2812, lens arrays 2813 and 2814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 2816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 24D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.

以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜8及び実施例12のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。   As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can be realized by using any combination of the first to eighth embodiments and the twelfth embodiment.

本発明はTFT構造に限定されず、様々なTFT構造のゲート配線やソース配線やドレイン配線に用いることが可能である。本実施例では、本発明を逆スタガ型のTFTのゲート配線に用いた例を示す。   The present invention is not limited to the TFT structure, and can be used for gate wiring, source wiring, and drain wiring of various TFT structures. In this embodiment, an example in which the present invention is used for a gate wiring of an inverted stagger type TFT will be described.

図32において逆スタガ型のTFTの一例を示す。図32において、1901は基板、1902はゲート電極、1903a、1903bはゲート絶縁膜、1904はチャネル形成領域、1905、1906は高濃度不純物領域(ソース領域またはドレイン領域)、1907、1908は低濃度不純物領域(LDD領域)、1909はチャネル形成領域を保護する絶縁層、1910は層間絶縁膜、1911、1912は高濃度不純物領域と接続する電極(ソース電極またはドレイン電極)である。   FIG. 32 shows an example of an inverted stagger type TFT. In FIG. 32, 1901 is a substrate, 1902 is a gate electrode, 1903a and 1903b are gate insulating films, 1904 is a channel formation region, 1905 and 1906 are high concentration impurity regions (source region or drain region), and 1907 and 1908 are low concentration impurities. A region (LDD region), 1909 is an insulating layer protecting the channel formation region, 1910 is an interlayer insulating film, and 1911 and 1912 are electrodes (source electrode or drain electrode) connected to the high concentration impurity region.

ゲート電極1902の形成手段としては本発明のスパッタ法を用いて10〜1000nm、好ましくは30〜300nmの膜厚範囲の導電膜を形成した後、公知のパターニング技術で形成した。   The gate electrode 1902 was formed by a known patterning technique after a conductive film having a film thickness range of 10 to 1000 nm, preferably 30 to 300 nm, was formed using the sputtering method of the present invention.

また、積層構造のゲート絶縁膜1903a、1903bを用いた。下層のゲート絶縁膜1903aとしては、基板やゲート配線からの不純物の拡散を効果的に防止する窒化シリコン膜等を膜厚10nm〜60nmの膜厚範囲で形成した。ただし、積層構造に限定されることなく単層であってもよい。   In addition, stacked gate insulating films 1903a and 1903b are used. As the lower gate insulating film 1903a, a silicon nitride film or the like that effectively prevents diffusion of impurities from the substrate and the gate wiring was formed in a thickness range of 10 nm to 60 nm. However, it may be a single layer without being limited to a laminated structure.

なお、ここでは半導体にn型を付与する不純物元素としてリンを用いたnチャネル型TFTを作製したが、n型を付与する不純物元素に代えてp型を付与する不純物元素としてボロンを用いればpチャネル型TFTを作製することができる。また、ここでは、低濃度不純物領域を設けた例を示したが、TFTの信頼性に問題がなければ設けなくともよい。   Note that an n-channel TFT using phosphorus as an impurity element imparting n-type conductivity to a semiconductor is manufactured here. However, if boron is used as an impurity element imparting p-type in place of an impurity element imparting n-type conductivity, p is used. A channel-type TFT can be manufactured. Although an example in which a low concentration impurity region is provided is shown here, it may not be provided if there is no problem in TFT reliability.

また、ゲート電極に限らず、電極1911、1912に本発明のスパッタ法を用いた膜を用いてもよい。   Further, not only the gate electrode but also a film using the sputtering method of the present invention may be used for the electrodes 1911 and 1912.

このようなTFTを用いた基本論理回路を用いて駆動回路や画素部を形成することができる。   A driver circuit and a pixel portion can be formed using such a basic logic circuit using TFTs.

また、本実施例は実施例1乃至12のいずれか一と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 12.

Claims (9)

絶縁表面上に半導体膜、及び前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
高融点金属を有するターゲットを用い且つスパッタガスとしてアルゴンを用い、スパッタ法によって、前記ゲート絶縁膜上に前記高融点金属を有するゲート配線を形成し、
前記ゲート配線上に設けられ且つ開口部を有する第1の絶縁膜、及び前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、
前記開口部を介して前記半導体膜と電気的に接続し、且つ前記ゲート配線と重なる配線を形成し、
前記第2の絶縁膜は、前記ゲート配線と前記配線とが重なる領域に選択的に形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a semiconductor film on the insulating surface and a gate insulating film on the semiconductor film;
A gate wiring having the refractory metal is formed on the gate insulating film by sputtering using a target having a refractory metal and using argon as a sputtering gas,
Forming a first insulating film provided on the gate wiring and having an opening, and a second insulating film on the first insulating film;
Forming a wiring electrically connected to the semiconductor film through the opening and overlapping the gate wiring;
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the second insulating film is selectively formed in a region where the gate wiring and the wiring overlap with each other.
絶縁表面上に半導体膜、及び前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
高融点金属を有するターゲットを用い且つスパッタガスとしてアルゴンを用い、スパッタ法によって、前記ゲート絶縁膜上に前記高融点金属を有するゲート配線を形成し、
前記ゲート配線上に設けられ且つ開口部を有する第1の絶縁膜、及び前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、
前記開口部を介して前記半導体膜と電気的に接続し、且つ前記ゲート配線と重なる配線を形成し、
加熱処理又はレーザ処理により、前記半導体膜に含まれる不純物元素の活性化を行うとともに、前記ゲート配線の表面に前記高融点金属の窒化物を形成し、
前記第2の絶縁膜は、前記ゲート配線と前記配線とが重なる領域に選択的に形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a semiconductor film on the insulating surface and a gate insulating film on the semiconductor film;
A gate wiring having the refractory metal is formed on the gate insulating film by sputtering using a target having a refractory metal and using argon as a sputtering gas,
Forming a first insulating film provided on the gate wiring and having an opening, and a second insulating film on the first insulating film;
Forming a wiring electrically connected to the semiconductor film through the opening and overlapping the gate wiring;
The impurity element contained in the semiconductor film is activated by heat treatment or laser treatment, and the refractory metal nitride is formed on the surface of the gate wiring.
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the second insulating film is selectively formed in a region where the gate wiring and the wiring overlap with each other.
請求項1又は請求項2において、
前記絶縁表面を有する基板の温度を300℃以下、前記スパッタガスの圧力を1.0Pa以上3.0Pa以下として、前記スパッタ法によって前記ゲート配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate wiring is formed by the sputtering method with a temperature of the substrate having an insulating surface being 300 ° C. or lower and a pressure of the sputtering gas being 1.0 Pa to 3.0 Pa.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記高融点金属は、タングステンを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the refractory metal contains tungsten.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記高融点金属を有するターゲットは、純度が4N以上のタングステンターゲットであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the target having a refractory metal is a tungsten target having a purity of 4N or higher.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記ゲート配線は、窒化タングステン膜と、タングステン膜と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate wiring includes a tungsten nitride film and a tungsten film.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記高融点金属は、モリブデンを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the refractory metal contains molybdenum.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記第2の絶縁膜は、前記半導体膜が有するソース領域又はドレイン領域上で選択的に除去されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the second insulating film is selectively removed over a source region or a drain region of the semiconductor film.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記配線は、前記第1の絶縁膜の側面に接することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the wiring is in contact with a side surface of the first insulating film.
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